專(zhuān)利名稱(chēng)：基于超結(jié)技術(shù)制備的高壓功率場(chǎng)效應(yīng)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型內(nèi)容屬于電子器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電壓控制器件，特別是一種基 于超結(jié)技術(shù)制備的高壓功率場(chǎng)效應(yīng)管(高壓功率M0SFET)。
背景技術(shù)：
功率場(chǎng)效應(yīng)管自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，即以其優(yōu)越的電特性(輸入阻抗高、 關(guān)斷時(shí)間短等)在許多應(yīng)用領(lǐng)域取代了雙極型晶體管。在功率電路中，功率場(chǎng)效應(yīng)管主要 是用作開(kāi)關(guān)器件的，為多數(shù)載流子器件，雖然它的開(kāi)關(guān)功耗相對(duì)較小，但它的通態(tài)功耗卻比 較高。要降低功率場(chǎng)效應(yīng)管的通態(tài)功耗，就必須減小其導(dǎo)通電阻Ron,也就是說(shuō)，功率場(chǎng)效應(yīng) 管要得到進(jìn)一步發(fā)展，就必須有效地降低導(dǎo)通電阻?，F(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域，在保證擊穿電壓BV的 前提下，為了獲得較大的導(dǎo)通電流，傳統(tǒng)的功率MOSFET通常被設(shè)計(jì)成縱向雙擴(kuò)散結(jié)構(gòu)。這 種結(jié)構(gòu)利用多晶硅的邊緣作為掩膜來(lái)實(shí)現(xiàn)雙擴(kuò)散，形成P+區(qū)和N+區(qū)，其擊穿電壓主要體現(xiàn) 在P+區(qū)與漂移層(即N—外延層)形成的PN結(jié)上，據(jù)此要獲得高擊穿電壓，就必須使漂移 層有較大的厚度和較低的摻雜濃度。然而隨著擊穿電壓的增加和漂移層摻雜濃度的不斷降 低，使作為電流通路的漂移層電阻升高，從而導(dǎo)致導(dǎo)通電阻的增加，使得通態(tài)功耗提高。由 于擊穿電壓與導(dǎo)通電阻這對(duì)矛盾的存在，至上世紀(jì)80年代后期，高壓功率MOS管(400 1000V)的發(fā)展似乎已到達(dá)一個(gè)瓶頸，即導(dǎo)通電阻受擊穿電壓的限制而存在一個(gè)極限——稱(chēng) 之為“硅限”(Siliconlimit)，而無(wú)法再降低。但到了上世紀(jì)90年代初，一種新型概念的提 出打破了 “硅限”，它可以同時(shí)得到低通態(tài)功耗和高開(kāi)關(guān)速度，這一概念經(jīng)過(guò)演化和完善之 后，推出了 “超結(jié)理論”(SuperjunctionTheory)。應(yīng)用超結(jié)理論的典型產(chǎn)品是1998年德國(guó) 西門(mén)子的英飛凌(Infineon)公司研制推出的C00LM0STM器件。當(dāng)時(shí)推出的C00LM0STM產(chǎn) 品的相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)的革命性突破在于在器件工作范圍內(nèi)(耐壓600 800V)，與傳統(tǒng)產(chǎn) 品相同的芯片面積上的導(dǎo)通電阻(主要是漂移層電阻)降低了 80% 90%，打破了硅限， 并且具有高開(kāi)關(guān)速度。目前本領(lǐng)域公知的采用超結(jié)技術(shù)制備的高壓功率場(chǎng)效應(yīng)管由于在制造過(guò)程中光 刻、注入和外延的次數(shù)較多，成本較高，結(jié)構(gòu)性能差，特別是當(dāng)器件的特征尺寸變小之后，由 于硼在外延時(shí)的高溫橫向擴(kuò)散，溝槽(P阱)深度以及臺(tái)面P+區(qū)和N+區(qū)的寬度均難以控制， 從而導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档停译妷悍植嫉碾x散性很大，產(chǎn)品合格率低，以致高壓功率場(chǎng)效應(yīng) 管產(chǎn)品的關(guān)鍵參數(shù)——導(dǎo)通電阻和柵極電荷也都難以大幅度降低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題加以解決，進(jìn)而提供一種結(jié)構(gòu)性能 合理、制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、成品率高且可明顯改善產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)效果的基于超結(jié)技術(shù)制 備的高壓功率場(chǎng)效應(yīng)管。為實(shí)現(xiàn)上述目的而采用的技術(shù)方案是這樣的所提供的基于超結(jié)技術(shù)制備的高壓 功率場(chǎng)效應(yīng)管具有一個(gè)下背面淀積設(shè)置了漏極背金屬層的高摻雜的N+襯底層，在N+襯底層上外延生長(zhǎng)有一層N—外延層(N-EPI層)，在N—外延層內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)上部注入N+區(qū)和P+ 區(qū)的P—阱，在帶P—阱的N—外延層之除P+區(qū)外的表面上熱生長(zhǎng)設(shè)置有柵氧層，在柵氧層表面 自上而下依次淀積設(shè)置有多晶硅層和TEOS絕緣介質(zhì)層，在多晶硅層和TEOS絕緣介質(zhì)層外 側(cè)淀積回刻有柵極側(cè)墻，在TEOS絕緣介質(zhì)層上及Ν_外延層的P+區(qū)表面上淀積設(shè)置有金屬
化鋁層。本實(shí)用新型所述的基于超結(jié)技術(shù)制備的高壓功率場(chǎng)效應(yīng)管是一種通過(guò)新型半導(dǎo) 體超結(jié)技術(shù)制備形成的產(chǎn)品，其在制備方式上和傳統(tǒng)的光刻、注入形成超結(jié)的高壓功率場(chǎng) 效應(yīng)管相比，僅通過(guò)兩次外延、光刻、刻槽、PCM拋光和填充來(lái)實(shí)現(xiàn)P阱，明顯減少了光刻和 注入的次數(shù)，這樣不僅優(yōu)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、降低了成本，而且能非常精確地控制P阱深度、臺(tái) 面P+區(qū)和N+區(qū)的寬度，使產(chǎn)品器件的擊穿電壓非常均勻，并能大幅度減少產(chǎn)品的導(dǎo)通電阻 和柵極電荷，有效提高了產(chǎn)品的成品率和參數(shù)指標(biāo)。

附圖為本實(shí)用新型一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中各標(biāo)號(hào)的名稱(chēng)分別為1_漏極背金屬層，2-Ν+襯底層，3-Ν—外延層(N-EPI)， 4_Ρ_阱，5-源極金屬化鋁層，6-TE0S絕緣介質(zhì)層，7-多晶硅層，8-柵極側(cè)墻，9-柵氧層， IO-P+區(qū)，Il-N+區(qū)。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)附圖，本實(shí)用新型所述的基于超結(jié)技術(shù)制備的高壓功率場(chǎng)效應(yīng)管包括一個(gè)下 背面淀積設(shè)置了漏極背金屬層1的高摻雜的N+襯底層2，在N+襯底層2上外延生長(zhǎng)一定厚 度的Ν_外延層3，在Ν_外延層3內(nèi)通過(guò)光刻、挖溝技術(shù)腐蝕溝槽、填充輕摻雜的Ρ_硅、PCM 拋光(確保N—外層上沒(méi)有殘留的P—硅)、高濃度源極N+注入和高濃度P+(硼)注入等方式 設(shè)有兩個(gè)上部注入N+區(qū)11和P+區(qū)10的P—阱4，在N—外延層3的除P+區(qū)10外的表面上熱 生長(zhǎng)設(shè)置一定厚度的柵氧層9，在柵氧層9表面淀積設(shè)置有多晶硅層7，多晶硅可以原位摻 雜高濃度的磷或硼，也可以通過(guò)注入的方式得到，再在多晶硅層7淀積TEOS絕緣介質(zhì)層6， 在多晶硅層7和TEOS絕緣介質(zhì)層6外側(cè)淀積回刻有柵極側(cè)墻8，最后在TEOS絕緣介質(zhì)層6 上及N—外延層3的P+區(qū)10表面上淀積設(shè)置有源極金屬化鋁層5，金屬化鋁采用鋁硅銅合
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權(quán)利要求一種基于超結(jié)技術(shù)制備的高壓功率場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于具有一個(gè)下背面淀積設(shè)置了漏極背金屬層(1)的高摻雜的N+襯底層(2)，在N+襯底層(2)上外延生長(zhǎng)有一層N 外延層(3)，在N 外延層(3)內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)上部注入N+區(qū)(11)和P+區(qū)(10)的P 阱(4)，在帶P 阱(4)的N 外延層(3)之除P+區(qū)(10)外的表面上熱生長(zhǎng)設(shè)置有柵氧層(9)，在柵氧層(9)表面自上而下依次淀積設(shè)置有多晶硅層(7)和TEOS絕緣介質(zhì)層(6)，在多晶硅層(7)和TEOS絕緣介質(zhì)層(6)外側(cè)淀積回刻有柵極側(cè)墻(8)，在TEOS絕緣介質(zhì)層(6)上及N 外延層(3)的P+區(qū)(10)表面上淀積設(shè)置有金屬化鋁層(5)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于超結(jié)技術(shù)制備的高壓功率場(chǎng)效應(yīng)管，具有一個(gè)下背面淀積設(shè)置了漏極背金屬層的高摻雜的N+襯底層，在N+襯底層上外延生長(zhǎng)有一層N-外延層，在N-外延層內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)上部注入N+區(qū)和P+區(qū)的P-阱，在帶P-阱的N-外延層之除P+區(qū)外的表面上熱生長(zhǎng)設(shè)置有柵氧層，在柵氧層表面自上而下依次淀積設(shè)置有多晶硅層和TEOS絕緣介質(zhì)層，在多晶硅層和TEOS絕緣介質(zhì)層外側(cè)淀積回刻有柵極側(cè)墻，在TEOS絕緣介質(zhì)層上及N-外延層的P+區(qū)表面上淀積設(shè)置有金屬化鋁層。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)合理、制作工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，器件產(chǎn)品的擊穿電壓均勻，可大幅度減少導(dǎo)通電阻和柵極電荷，有效提高了成品率和參數(shù)指標(biāo)。
文檔編號(hào)H01L29/78GK201699016SQ20102023208
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
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