CoolMos的原理、结构及制造

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1、COOLMOS（superjunction）原理、结构、制造方法一xCOOLMOS（superjunction）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±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

2、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,Pbody浓度要大于NEPI,PN结耗尽区主要向低参杂一侧扩散，所以此结构下，Pbody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Pbody--NEPI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

3、绿色面积有呈现梯形。但是对于COOLMOS结构，由于设置了相对Pbody浓度低一些的Pregion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（图屮浅绿色的面积）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Pregion而受到影响。b)a)standardtechnologyCXamMDmeshiM<1^ISubstratecA5y图

4、1CoolMos耳普通VDMOS的差界图2CoolMos与普通VDMOS相比BV和Rdson的优势二、COOLMOS(superjunction)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屮，且要均匀分布，一次注入即使能注入到这么深，在这个深度屮的分布也不会均匀，所以要采用多次注入法。丁InfineonCoolMOS™图3多次注入法形成superjunction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

5、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(S叩ertrenchMOSFET)o采用倾斜角度注入，实现Superjunction的结构(STM)ovMitsubishiproposedanewsuperjunctionstructurecalledSTMfSuperTrenchMOSFET)usingdeeptrenchtechnologyin2000ISPSDconference.FF«WNKtemMKmcb如*Zdbr%・nisiete

6、MMAcMi»<«-WC>VerticalP/Nitripestructurewithinmesaregion*H«ub>20/■trenchdepthwith1.5■widthF«?.*«■■■mM^TSTMtofm柚TWWMmrnfMMB・W『4*F■4-degfeean^eimplantation图4SuperTrenchMOSFET/STMMDmesh™N.souro*S4mp!if^ddrawingofMDm&sh3Dstructure图5STM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

7、华虹NEC电子有限公司的专利：本发明公开了--种Coo1MOS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，然后通过冋刻工艺将槽内生长的P型外延单晶刻蚀到与沟槽表而平齐，以形成Coo1MOS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Coo1MOS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

8、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而生长出的外延硅，并将深沟槽内的P型外延刻蚀到接近N型外延表血；（5）去除二氧化硅膜，露出外延表面，在外延上牛.长栅二氧化硅膜，在栅二氧化硅膜上牛长栅极多晶硅，体注入形成体区,源注入形成源区，最终形成Coo1MOS的纵向P型区外延结构。