一种具有自偏置终端的平面MOSFET及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有自偏置终端的平面MOSFET及其制备方法。该方法对第二多晶进行P型元素和N型元素注入形成二极管，对第一金属层经刻蚀形成源极金属、场板和截止环，第二金属层经刻蚀形成金属板和将截止环的内端与二极管的P端连接的连接金属，金属板的一端与二极管的N端连接，且其设置在场板的上侧，以配合形成平行板电容器结构。本发明专利技术同时引入电容和二极管集成方案，无需通过外部引入电压，可通过器件本身的结构特点，形成自偏置电压，将自偏置电压作用于场板终端结构，可显著提高终端的击穿电压BVDSS；本发明专利技术工艺实现过程简单，与现有工艺兼容，在不显著增加加工成本的前提下，实现功率器件与自偏置结构的集成。实现功率器件与自偏置结构的集成。实现功率器件与自偏置结构的集成。

【技术实现步骤摘要】
一种具有自偏置终端的平面MOSFET及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种具有自偏置终端的平面MOSFET及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统的MOSFET的终端结构的Pwell区域是由低掺杂的B离子注入形成深阱，与N漂移区形成N/P耐压结构，由于表面电势的作用， P/N结靠近Si表面的曲率半径逐渐变小，由柱面结变成球面结。因此，靠近Si表面的电场强度更易达到临界场强，影响横向电势的扩展，终端的耐压偏低；另一方面，该结构的击穿电压对注入计量十分敏感，工艺偏差会影响器件的性能，使器件的稳定性变差。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种具有自偏置终端的平面MOSFET及其制备方法。
[0004]为实现上述目的，在第一方面，本专利技术提供了一种具有自偏置终端的平面MOSFET的制备方法，包括：提供衬底，在衬底上制作外延层，并在所述外延层内制作Ring区；在所述外延层上侧生长场氧层，并对所述场氧层进行刻蚀，以形成有源区；对所述外延层执行JFET注入和推阱操作；在外延层的上侧生长栅氧化层；在所述场氧层和栅氧化层上侧沉积多晶，并进行多晶刻蚀操作，以形成设置在Ring区内上侧的第一多晶、设置在场氧层上侧的第二多晶和设置在场氧层与栅氧化层上侧之间的第三多晶；对第一多晶下侧的外延层、第二多晶和第三多晶下侧的外延层内注入P型元素，然后经推阱操作依次形成 Pwell区域、P型多晶和P区；向第一多晶外下侧的Pwell区域、第二多晶的内半部和第三多晶的外下侧的P区内注入N型元素，以分别形成第一N阱、N型多晶和第二N阱，所述N型多晶与P型多晶配合形成二极管；沉积第一介质层，并在所述第一介质层上刻蚀形成第一连接孔；在所述第一连接孔内及第一介质层的上侧沉积第一金属层，所述第一金属层经刻蚀形成源极金属、场板和截止环，所述场板位于Pwell区域的外端上方；沉积第二介质层，并在所述第二介质层上刻蚀形成第二连接孔；在所述第二连接孔内及第二介质层的上侧沉积第二金属层，所述第二金属层经刻蚀形成金属板和将截止环的内端与二极管的P端连接的连接金属，所述金属板的右端与二极管的N端连接，且其设置在场板的上侧，以配合形成平行板电容器结构，所述二极管的反向击穿电压大于电容器的最大电压。
[0005]进一步的，所述场板的长度包括10至30 um。
[0006]进一步的，所述第一介质层的厚度包括1.2至2 um。
[0007]进一步的，所述P型元素包括硼元素，其注入能量为40
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80Kev，剂量为4E13
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6E13。
[0008]进一步的，所述N型元素包括磷元素，且其注入能量为40
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80Kev，注入计量为6E15
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10E15。
[0009]进一步的，还包括：在刻蚀形成第一连接孔后，对第一连接孔下侧的区域注入硼型元素，注入剂量为3E14
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7E14，注入能量为30
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70KeV。
[0010]在第二方面，本专利技术还提供了一种具有自偏置终端的平面MOSFET，包括衬底和设置在衬底上侧的外延层，在终端区的外延层内部两侧分别设有Pwell区域和P区，所述Pwell区域和P区内上侧分别设有第一N阱和第二N阱，所述外延层的上侧设有场氧层和栅氧化层，所述场氧层和栅氧化层上侧沉积有多晶，所述多晶经刻蚀操作形成设置在Pwell区域内上侧的第一多晶、设置在场氧层上侧的第二多晶和设置在场氧层与栅氧化层上侧之间的第三多晶，所述第二多晶经杂质注入形成二极管，所述第一多晶、二极管、第三多晶、场氧层和栅氧化层的上侧沉积有第一介质层，所述第一介质层上刻蚀形成有第一连接孔，在所述第一连接孔内及第一介质层的上侧沉积有第一金属层，所述第一金属层经刻蚀形成源极金属、场板和截止环，所述场板位于Pwell区域的外端上方，在所述源极金属、场板、截止环和第一介质层的上侧沉积有第二介质层，所述第二介质层上刻蚀形成有第二连接孔，所述第二连接孔内及第二介质层的上侧沉积有第二金属层，所述第二金属层经刻蚀形成金属板和将截止环的内端与二极管的P端连接的连接金属，所述金属板设置在场板的上侧，以配合形成平行板电容器结构，所述金属板的右端与二极管的N端连接，所述二极管的反向击穿电压大于电容器的最大电压。
[0011]进一步的，所述场板的长度包括10至30 um。
[0012]进一步的，所述第一介质层的厚度包括1.2至2 um。
[0013]有益效果：本专利技术同时引入电容和二极管集成方案，无需通过外部引入电压，可通过器件本身的结构特点，形成自偏置电压，将自偏置电压作用于场板终端结构，可显著提高终端的击穿电压BVDSS；本专利技术工艺实现过程简单，与现有工艺兼容，在不显著增加加工成本的前提下，实现功率器件与自偏置结构的集成。
附图说明
[0014]图1是对场氧层刻蚀后的结构示意图；图2是在场氧层上侧长栅氧化层后的结构示意图；图3是对多晶刻蚀后的结构示意图；图4是制作出Pwell区域、P型多晶和P区后的结构示意图；图5是制作出第一N阱、N型多晶和第二N阱后的结构示意图；图6是在第一介质层上刻蚀形成第一连接孔后的结构示意图；图7是刻蚀形成源极金属、场板S1和截止环后的结构示意图；图8是沉积第二介质层后的结构示意图；图9是在衬底的下侧蒸发背金层后的结构示意图；图10是具有自偏置终端的平面MOSFET的结构示意图；
图11是具有自偏置终端的平面MOSFET的主结位置的仿真结构图及电势分布图；图12是现有的MOSFET的主结位置的仿真结构图及电势分布图；图13是场板电压与MOSFET的BVDSS变化关系的仿真图；图14是不同的场板电压及未设置场板的MOSFET的电场分布图；图15是场板长度与MOSFET的BVDSS变化关系的仿真图；图16是不同的场板长度及未设置场板的MOSFET的电场分布图；图17是第一介质层的厚度与MOSFET的BVDSS变化关系的仿真图；图18是不同的第一介质层的厚度的MOSFET的电场分布图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。
[0016]如图1至9所示，本专利技术实施例提供了一种具有自偏置终端的平面MOSFET的制备方法，包括：参见图1，提供衬底1，在衬底1上制作外延层2，并在外延层2内制作Ring区3。具体的，在本实施例中衬底1为N型重掺杂，如采用砷元素或磷元素掺杂。外延层2为N型轻掺杂，外延层的电阻率和厚度，由不同的器件耐压决定，通常外延厚度：40
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60um。在制作Ring区3时，先在外延层2的表面生长一层厚度为2000埃的氧化层，来消除外延层2表面的缺陷，形成Ring注入的阻挡层。然后再通过光刻、刻蚀初氧形成Ring注入的注入口。然后通过该注入口注入硼元素，注入能量为60
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自偏置终端的平面MOSFET的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底，在衬底上制作外延层，并在所述外延层内制作Ring区；在所述外延层上侧生长场氧层，并对所述场氧层进行刻蚀，以形成有源区；对所述外延层执行JFET注入和推阱操作；在外延层的上侧生长栅氧化层；在所述场氧层和栅氧化层上侧沉积多晶，并进行多晶刻蚀操作，以形成设置在Ring区内上侧的第一多晶、设置在场氧层上侧的第二多晶和设置在场氧层与栅氧化层上侧之间的第三多晶；对第一多晶下侧的外延层、第二多晶和第三多晶下侧的外延层内注入P型元素，然后经推阱操作依次形成 Pwell区域、P型多晶和P区；向第一多晶外下侧的Pwell区域、第二多晶的内半部和第三多晶的外下侧的P区内注入N型元素，以分别形成第一N阱、N型多晶和第二N阱，所述N型多晶与P型多晶配合形成二极管；沉积第一介质层，并在所述第一介质层上刻蚀形成第一连接孔；在所述第一连接孔内及第一介质层的上侧沉积第一金属层，所述第一金属层经刻蚀形成源极金属、场板和截止环，所述场板位于Pwell区域的外端上方；沉积第二介质层，并在所述第二介质层上刻蚀形成第二连接孔；在所述第二连接孔内及第二介质层的上侧沉积第二金属层，所述第二金属层经刻蚀形成金属板和将截止环的内端与二极管的P端连接的连接金属，所述金属板的一端与二极管的N端连接，且其设置在场板的上侧，以配合形成平行板电容器结构，所述二极管的反向击穿电压大于电容器的最大电压。2.根据权利要求1所述的具有自偏置终端的平面MOSFET的制备方法，其特征在于，所述场板的长度包括10至30 um。3.根据权利要求1所述的具有自偏置终端的平面MOSFET的制备方法，其特征在于，所述第一介质层的厚度包括1.2至2 um。4.根据权利要求1所述的具有自偏置终端的平面MOSFET的制备方法，其特征在于，所述P型元素包括硼元素，其注入能量为40
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80Kev，剂量为4E13
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6E13。5.根据权利要求1所述的具有自偏置终端的平面MO...

【专利技术属性】
技术研发人员：李加洋，陶瑞龙，胡兴正，薛璐，刘海波，
申请(专利权)人：南京华瑞微集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：