CoolMos的原理、结构及制造.docVIP

COOLMOS（super junction）原理、结构、制造方法 一、COOLMOS（super junction）原理 对于常规VDMOS器件结构， Rdson与BV存在矛盾关系，要想提高BV，都是从减小EPI参杂浓度着手，但是外延层又是正向电流流通的通道，EPI参杂浓度减小了，电阻必然变大，Rdson增大。所以对于普通VDMOS，两者矛盾不可调和。 但是对于COOLMOS，这个矛盾就不那么明显了。通过设置一个深入EPI的的P区，大大提高了BV，同时对Rdson上不产生影响。为什么有了这个深入衬底的P区，就能大大提高耐压呢？ 对于常规VDMOS，反向耐压，主要靠的是N型EPI与body区界面的PN结，对于一个PN结，耐压时主要靠的是耗尽区承受，耗尽区内的电场大小、耗尽区扩展的宽度的面积，也就是下图中的浅绿色部分，就是承受电压的大小。常规VDMOS，P body浓度要大于N EPI， PN结耗尽区主要向低参杂一侧扩散，所以此结构下，P body区域一侧，耗尽区扩展很小，基本对承压没有多大贡献，承压主要是P body－－N EPI在N型的一侧区域，这个区域的电场强度是逐渐变化的，越是靠近PN结面（a图的A结），电场强度E越大。所以形成的浅绿色面积有呈现梯形。 但是对于COOLMOS结构，由于设置了相对P body浓度低一些的P region区域，所以P区一侧的耗尽区会大大扩展，并且这个区域深入EPI中，造成了PN结（b图的A结）两侧都能承受大的电压，换句话说，就是把峰值电场Ec由靠近器件表面，向器件内部深入的区域移动了。形成的耐压（图中浅绿色的面积）就大了。当COOLMOS正向导通时，正向电流流通的路径，并没有因为设置了P region而受到影响。 图1 CoolMos与普通VDMOS的差异 图2 CoolMos与普通VDMOS相比BV和Rdson的优势 二、COOLMOS（super junction）结构及P区制造方法 1、多次注入法 英飞凌采用多次注入法形成的结构，如图3所示。之所以采用多次注入，是由于P区需要深入到EPI中，且要均匀分布，一次注入即使能注入到这么深，在这个深度中的分布也不会均匀，所以要采用多次注入法。 图3 多次注入法形成super junction结构 2、倾斜角度注入（STM技术） 除了多次注入法，能保证在EPI中注入这么深，并且保证不同位置的浓度差异不大的方法还有 STM技术（Super trench MOSFET）。采用倾斜角度注入，实现Super junction的结构（STM）。 图4 Super Trench MOSFET 图5 STM结构的3D示意图 3、开深沟槽后外延生长填充形成P区 上海华虹NEC电子有限公司的专利：本发明公开了一种ＣｏｏｌＭＯＳ结构中纵向Ｐ型区的形成方法，通过在Ｎ型外延上开深沟槽，然后再利用外延工艺在沟槽内生长出Ｐ型单晶硅形成在Ｎ型外延上的Ｐ型区域，然后通过回刻工艺将槽内生长的Ｐ型外延单晶刻蚀到与沟槽表面平齐，以形成ＣｏｏｌＭＯＳ的纵向Ｐ型区域。该方法减少了工艺的复杂度和加工时间。 主权利要求： 一种ＣｏｏｌＭＯＳ结构中纵向Ｐ型区的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：（１）在硅衬底上一次性生长Ｎ型外延；（２）在Ｎ型外延上生长一层二氧化硅膜，然后在Ｎ型外延上选定要生长Ｐ型区的部分开深沟槽；（３）在保留表面二氧化硅膜的状态下，利用外延方法生长Ｐ型外延硅用以填充深沟槽；（４）用回刻工艺去除在二氧化硅膜表面生长出的外延硅，并将深沟槽内的Ｐ型外延刻蚀到接近Ｎ型外延表面；（５）去除二氧化硅膜，露出外延表面，在外延上生长栅二氧化硅膜，在栅二氧化硅膜上生长栅极多晶硅，体注入形成体区，源注入形成源区，最终形成ＣｏｏｌＭＯＳ的纵向Ｐ型区外延结构。