基于溝槽方式的通道分壓場效應(yīng)管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種基于溝槽方式的通道分壓場效應(yīng)管，主要由漏極、柵極、源極、N+襯底、P型外延層、n型通道、體區(qū)P、良導(dǎo)體、氧化層、源區(qū)N+、金屬塞、硼磷硅玻璃、以及鋁層組成；其利用溝槽方式，再通過擴(kuò)散制作一n型通道連接溝道與漏極，n型通道所形成的十字型結(jié)構(gòu)或T字形也是3D結(jié)構(gòu)，PN之間形成空乏區(qū)（耗盡層）從單一的垂直方向改變?yōu)榇怪迸c水平兩個(gè)方向，這樣可以大幅提高這個(gè)區(qū)域的耐壓，從而可以增加N通道的摻雜濃度，進(jìn)而又起到降低導(dǎo)通電阻的作用。
【專利說明】基于溝槽方式的通道分壓場效應(yīng)管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種功率場效應(yīng)管，具體涉及一種基于溝槽方式的通道分壓場效應(yīng)管。
【背景技術(shù)】
[0002]功率場效應(yīng)(MOS)管在反壓較高時(shí)，由于外延層承擔(dān)反壓，其外延層的電阻率較大及厚度較厚，而導(dǎo)致外延層電阻占整體導(dǎo)通電阻的比例最大，因此，通過改善外延層電阻來提升功率MOS管性能的效果最明顯。目前，比較流行的方法是采用類似超級結(jié)SuperJunction的3D結(jié)構(gòu)，如圖1所示，類似Super Junction的3D結(jié)構(gòu)從兩個(gè)方面減小外延層電阻。一方面，將承擔(dān)反壓的空間電荷區(qū)從單一的垂直方向改變?yōu)榇怪迸c水平兩個(gè)方向，縮小外延層的厚度；另一方面，在保證MOS管截止時(shí)空間電荷區(qū)多數(shù)載流子能耗盡的情況下，盡量提高外延層載流子濃度，則MOS管導(dǎo)通時(shí)外延層的電阻率就盡量小了。這樣在耐壓不變的情況下外延層電阻或整體導(dǎo)通電阻就變小了，功率MOS管工作時(shí)發(fā)熱就少了。然而，目前Super Junction和3D結(jié)構(gòu)大多都采用的是單層式成型方法，由于生產(chǎn)技術(shù)工藝難度較大，因此只掌握在國外品牌廠家和國內(nèi)少數(shù)代工企業(yè)手里。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于溝槽方式的通道分壓場效應(yīng)管，其能夠在達(dá)到Super Junction和3D結(jié)構(gòu)相同作用的同時(shí)，降低工藝難度。
[0004]為解決上述問題，本實(shí)用新型是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]基于溝槽方式的通道分壓場效應(yīng)管，主要由漏極、柵極、源極、N+襯底、P型外延層、η型通道、體區(qū)P、良導(dǎo)體、氧化層、源區(qū)N+、金屬塞、硼磷硅玻璃、以及鋁層組成；其中N+襯底的下表面背金形成功率場效應(yīng)管的漏極；Ρ型外延層位于N+襯底的上表面；條狀溝槽將P型外延層分隔成多塊，每塊P型外延層的正上方各有一塊柱形良導(dǎo)體，良導(dǎo)體的側(cè)面和底面包覆有氧化層，良導(dǎo)體向外引出形成功率場效應(yīng)管的柵極；11型通道呈T形或十字形結(jié)構(gòu)，η型通道的縱向部分即縱向通道嵌設(shè)在條狀溝槽中，η型通道的橫向部分即橫向通道穿過P型外延層并延伸接至良導(dǎo)體側(cè)面覆蓋的氧化層處；體區(qū)P嵌設(shè)在條狀溝槽中，并處于η型通道的上方；位于上層的體區(qū)P與位于下層的P型外延層通過η型通道的橫向通道上開設(shè)的接觸孔在功能區(qū)外圍連接通；每個(gè)良導(dǎo)體的左右兩側(cè)各設(shè)有I個(gè)源區(qū)N+，且源區(qū)N+處于P型外延層的上方；2個(gè)相靠近的源區(qū)N+之間的空隙形成接觸槽，每個(gè)接觸槽的內(nèi)部均填充有金屬塞；2個(gè)源區(qū)N+和所夾良導(dǎo)體的上方各覆蓋有一硼磷硅玻璃；鋁層填充覆蓋在金屬塞和硼磷硅玻璃的上表面，鋁層的上部形成功率場效應(yīng)管的源極。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型利用溝槽方式，再通過擴(kuò)散制作一 η型通道連接溝道(Chanel)與漏極(Drain)，η型通道所形成的十字型結(jié)構(gòu)(或T字形)也是3D結(jié)構(gòu)，PN之間形成空乏區(qū)(耗盡層)從單一的垂直方向改變?yōu)榇怪迸c水平兩個(gè)方向，這樣可以大幅提高這個(gè)區(qū)域的耐壓，從而可以增加N通道的摻雜濃度，進(jìn)而又起到降低導(dǎo)通電阻的作用；同時(shí)，上述結(jié)構(gòu)中柵極底部與Drain之間由P外延阻隔，從而使柵極底部與Drain之間的電容基本為零；并且通道與Chanel的接觸部分較小，可以大幅消除柵極(Gate)和Drain之間的電容，可以大幅減少Gate開關(guān)時(shí)的充、放電時(shí)間(Qgd可以大幅降低)，從而提高了 MOS管的
開關(guān)速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為類似Super Junction的功率MOS管的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2-圖15 (包括圖3a和6a)為一種基于溝槽方式的通道分壓場效應(yīng)管的生產(chǎn)方法各步驟所得晶體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖16為一種基于溝槽方式的通道分壓場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào):1、漏極；2、柵極；3、源極；4、N+襯底；5、P型外延層；6、n型通道；7、體區(qū)P ;8、良導(dǎo)體；9、氧化層；10、源區(qū)N+ ;11、硼磷硅玻璃；12、金屬塞；13、鋁層。
【具體實(shí)施方式】
[0010]一種基于溝槽方式的通道分壓場效應(yīng)管的生產(chǎn)方法，其特征是包括如下步驟:
[0011](I)在N+襯底4上生長P型外延層5 ;參見圖2 ；
[0012](2)在P型外延層5上光蝕刻出多條條狀溝槽，且各條狀溝槽均一直蝕刻到N+襯底4界面；參見圖3 ;其中光刻條狀圖形如圖3a所示；
[0013](3)在條狀溝槽的下部填充η+型單晶硅；參見圖4 ；
[0014](4)在條狀溝槽的上部填充P型單晶硅，并清潔表面；參見圖5 ；
[0015](5)在剩余P型外延層5上再次光蝕刻出多條條狀槽；每條條狀槽均處于2條條狀溝槽之間；參見圖6 ;其中光刻條狀圖形如圖6a所示；
[0016](6)在步驟(5)所得晶體的表面生長氧化層9，該氧化層9位于條狀槽的底部和側(cè)壁、P型外延層5的上表面、以及P型單晶硅的上表面；參見圖7 ;
[0017](7)在覆蓋有氧化層9的條狀槽中沉積良導(dǎo)體8，并在功能區(qū)外連接到一起形成柵極2 ;參見圖8 ；
[0018](8)從步驟(7)所得晶體的表面向下擴(kuò)散推結(jié)，使得步驟(3)填充的η+型單晶硅形成T形或十字形的η型通道6 ;接著在該η型通道6的橫向通道上開設(shè)接觸孔，并使得體區(qū)Ρ7與P型外延層5在功能區(qū)外圍相連通；參見圖9 ；
[0019](9)從步驟(7)所得晶體的表面向下擴(kuò)散推結(jié)形成源區(qū)Ν+10 ;參見圖10 ；
[0020](10)在步驟(9)所得晶體的表面沉積硼磷硅玻璃11 (BPSG)保護(hù)柵極2 (Gate)；參見圖11 ；
[0021](11)在硼磷硅玻璃11上光刻出多個(gè)接觸槽，且每個(gè)接觸槽的位置與I條狀溝槽相對，接觸槽位于條狀溝槽的正上方；參見圖12 ；
[0022](12)在每個(gè)接觸槽的底部填充金屬形成金屬塞12 ;參見圖13 ；
[0023](13)對步驟(12)所得晶體進(jìn)行蒸鋁操作，以在該晶體的上表面形成源極3(Source);參見圖 14 ；
[0024](14)減薄步驟(13)所得晶體的N+襯底4，并在減薄的N+襯底4下表面背金形成功率場效應(yīng)管的漏極I (Drain);參見圖15。[0025]采用上述生產(chǎn)方法制備的一種基于溝槽方式的通道分壓場效應(yīng)管，如圖16所示，主要由漏極1、柵極2、源極3、N+襯底4、P型外延層5、η型通道6、體區(qū)Ρ7、良導(dǎo)體8、氧化層9、源區(qū)Ν+10、金屬塞12、硼磷硅玻璃11、以及鋁層13組成；其中N+襯底4的下表面背金形成功率場效應(yīng)管的漏極I ;Ρ型外延層5位于N+襯底4的上表面；條狀溝槽將P型外延層5分隔成多塊，每塊P型外延層5的正上方各有一塊柱形良導(dǎo)體8，良導(dǎo)體8的側(cè)面和底面包覆有氧化層9，良導(dǎo)體8向外引出形成功率場效應(yīng)管的柵極2 ;η型通道6呈T形或十字形結(jié)構(gòu)，η型通道6的縱向部分即縱向通道嵌設(shè)在條狀溝槽中，η型通道6的橫向部分即橫向通道穿過P型外延層5并延伸接至良導(dǎo)體8側(cè)面覆蓋的氧化層9處；體區(qū)Ρ7嵌設(shè)在條狀溝槽中，并處于η型通道6的上方；位于上層的體區(qū)Ρ7與位于下層的P型外延層5通過η型通道6的橫向通道上開設(shè)的接觸孔在功能區(qū)外圍連接通；每個(gè)良導(dǎo)體8的左右兩側(cè)各設(shè)有I個(gè)源區(qū)Ν+10，且源區(qū)Ν+10處于P型外延層5的上方；2個(gè)相靠近的源區(qū)Ν+10之間的空隙形成接觸槽，每個(gè)接觸槽的內(nèi)部均填充有金屬塞12 ；2個(gè)源區(qū)Ν+10和所夾良導(dǎo)體8的上方各覆蓋有一硼磷硅玻璃11 ;鋁層13填充覆蓋在金屬塞12和硼磷硅玻璃11的上表面，鋁層13的上部形成功率場效應(yīng)管的源極3。
【權(quán)利要求】
1.基于溝槽方式的通道分壓場效應(yīng)管，其特征是，主要由漏極(I)、柵極(2)、源極(3)、N+襯底(4)、P型外延層(5)、n型通道(6)、體區(qū)P(7)、良導(dǎo)體(8)、氧化層(9)、源區(qū)N+(10)、金屬塞(12)、硼磷硅玻璃(11 )、以及鋁層(13)組成；其中N+襯底(4)的下表面背金形成功率場效應(yīng)管的漏極(I) ;P型外延層(5)位于N+襯底(4)的上表面；條狀溝槽將P型外延層(5)分隔成多塊，每塊P型外延層(5)的正上方各有一塊柱形良導(dǎo)體(8)，良導(dǎo)體(8)的側(cè)面和底面包覆有氧化層(9)，良導(dǎo)體(8)向外引出形成功率場效應(yīng)管的柵極(2) ;n型通道(6)呈T形或十字形結(jié)構(gòu)，η型通道(6)的縱向部分即縱向通道嵌設(shè)在條狀溝槽中，η型通道(6)的橫向部分即橫向通道穿過P型外延層(5)并延伸接至良導(dǎo)體(8)側(cè)面覆蓋的氧化層(9)處；體區(qū)P (7)嵌設(shè)在條狀溝槽中，并處于η型通道(6)的上方；位于上層的體區(qū)P (7)與位于下層的P型外延層(5)通過η型通道(6)的橫向通道上開設(shè)的接觸孔在功能區(qū)外圍連接通；每個(gè)良導(dǎo)體(8)的左右兩側(cè)各設(shè)有I個(gè)源區(qū)N+ (10)，且源區(qū)N+ (10)處于P型外延層(5)的上方；2個(gè)相靠近的源區(qū)N+ (10)之間的空隙形成接觸槽，每個(gè)接觸槽的內(nèi)部均填充有金屬塞(12) ;2個(gè)源區(qū)N+ (10)和所夾良導(dǎo)體(8)的上方各覆蓋有一硼磷硅玻璃(11);鋁層(13)填充覆蓋在金屬塞(12)和硼磷硅玻璃(11)的上表面，鋁層(13)的上部形成功率場效應(yīng)管的源極(3)。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK203503664SQ201320613514
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】關(guān)仕漢, 李勇昌, 彭順剛, 鄒鋒, 王常毅 申請人:桂林斯壯微電子有限責(zé)任公司