一种功率沟槽式MOS场效应管制造技术

一种功率沟槽式ＭＯＳ场效应管，其特征在于对ＭＯＳ场效应管有源区外围的终端保护结构进行了以下几方面改进：１．将单胞阵列的边缘单胞外围的Ｐ－阱直接作为场限环；２．将场板中的场氧化硅层作为Ｐ型杂质离子自对准注入的阻挡层直接形成场限环Ｐ－区，截止环Ｐ－区及单胞的Ｐ－阱；３．在Ｐ型掺杂之后直接进行Ｎ型掺杂，使得场限环Ｐ－区、截止环Ｐ－区和单胞阵列的Ｐ－阱三者上部均带Ｎ＋区；４．在终端保护结构处，金属层连续或分段的覆盖所有场限环与场板区域上方。本实用新型专利技术在保证产品性能的前提下，节省了场限环光刻版，多晶硅光刻版及源区注入光刻板，将原来的七块光刻板减少到四块光刻版，从而大大降低了制造成本，可适用于大批量低成本制造功率沟槽式ＭＯＳ场效应管。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种一种功率沟槽式MOS场效应管。这种功率沟槽式 MOS场效应管可以是N或P型MOS场效应管，它能承受的电压在中低压范 围(20V〈电压〈300V)。
技术介绍
功率沟槽式MOS场效应管作为一种在平面式MOS场效应管基础上发展 起来的新型大功率MOS场效应管，消除了平面式MOS场效应管的寄生JFET 效应，具有导通电阻减小、饱和压降低、开关速度快、沟道密度高、芯片尺 寸小等特点，是中低压大功率MOS场效应管发展的主流。功率沟槽式MOS 场效应管设计和制造方法一直在持续的改进，朝着低导通电阻(Rdson)，高 耐压，高频率的方向发展。近年来，随着介入商家的不断增多，市场竟争的 激烈，对成本控制的要求也越来越高，如何在不降低器件性能(如特征导通 电阻(SpecificRdson)、耐压、器件电容等)的情况下，降低制造成本成为目前 重要的研究方向。控制制造成本，有两个主要方向， 一是减小芯片面积，在 同样大小的硅片上得到更多的芯片。另一方向是减少光刻次数，生产成本与 光刻次数成正比，所以使用尽量少的光刻次数，能大幅度减少生产成本。终端保护结构是功率MOS场效应管设计的一个非常重要的环节。功率 MOS场效应管，工作时需承受较高的反向电压，位于器件中间有源区的各并 联单胞阵列间的表面电位大致相同，而位于有源区边缘(即终端)的单胞与 村底表面的电位却相差很大，往往引起外圏单胞的表面电场过于集中从而造 成器件的边缘击穿。因此，需要在单胞阵列的外圏增加终端保护结构，减小 终端电场密度，起到提高MOS场效应管耐压的作用。对于大于20V的功率MOS场效应管，其终端保护结构从内向外由场限环、 场板和截止环组成。而制造场限环和有源区需要进行两次光刻。目前的技术 水平，制造一种功率沟槽式MOS场效应管(见图l所示)，总共需要使用七 块光刻版，并按以下工艺流程来完成第一步，在半导体硅片上生长场氧化硅层；第二步，通过光刻，界定出有源区，对场氧化硅层进行刻蚀(光刻版l);第三步，通过光刻，界定出场限环注入区域，进行P型掺杂形成场限环P+ 区(光刻版2);第四步，于半导体硅片表面生长硬掩膜氧化层，通过光刻，界定出沟槽腐蚀区域，并进行硬掩膜氧化层腐蚀(光刻板3 )第五步，基于硬掩膜氧化层进行深沟槽硅刻蚀；第六步，生长栅氧化层，于栅氧化层表面淀积导电多晶硅；第七步，通过光刻，界定出多晶硅刻蚀区域，进行多晶硅刻蚀(光刻版4);第八步，于整个半导体硅片表面进行P型杂质离子注入，并进行推阱形成单胞阵列的p-阱；第九步，通过光刻，界定出源极区域，进行N型杂质离子:;认，^￡#^,阱 形成N+区(光刻版5);第十步，于整个半导体硅片表面淀积介质层；第十一步，通过光刻，界定出接触孔区域，并进行氧化层刻蚀(光刻版6); 第十二步，淀积金属层，通过光刻，定义出刻蚀区域，进行金属刻蚀(光刻版7)。该制造过程总共涉及7次光刻，尤其是对场限环进行单独制作，需要使用 到氧化，推阱等热处理过程，这些制造步骤无一例外的增加了制造周期，工艺复杂性，增加了制造成本，因此能否尽可能减少光刻，以及热过程是本实用新 型主要考虑的方向。
技术实现思路
本技术提供一种功率沟槽式MOS场效应管，其目的是要在保证不影 响器件性能(如特征导通电阻(Specific Rdson )、耐压等)的前提下，通过对终端保护结构的优化设计来减少光刻次数，从而降低器件的制造成本。为达到上述目的，本技术MOS场效应管采用的第一种技术方案是 一种功率沟槽式MOS场效应管，在俯视平面上，该器件中间为并联的单胞阵列,单胞阵列的外围设有终端保护结构，其创新在于在俯视平面上，所述终端保护结构由一个场限环、 一个场板和一个截止环组成，从单胞阵列的边缘单胞外围开始，终端保护结构由内向外按场限环、场板、截止环次序设置，而且边缘单胞外围直接连接场限环；在截面上，场限环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内，它 由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺杂区位于笫二导电类型掺杂区的上部；在截面上，场板由氧化硅层和场板区金属层构成，其中，氧化硅层分为场 氧化硅层和介质层两层，场氧化硅层位于半导体硅片的第一导电类型外延层 表面上，介质层覆盖在场氧化硅层之上，场板区金属层位于介质层之上；在截面上，截止环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内，它 由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺 杂区位于第二导电类型掺杂区的上部，截止环区金属层将第一导电类型掺杂 区和第二导电类型掺杂区连接成等电位；在截面上，场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第二导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第二导电类型杂质掺杂深度相同；场限环、截止环和单 胞阵列三者各自的第一导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第一导电类型 杂质掺杂深度相同；场板中的场氧化硅层位于场限环与截止环之间区域的上 方，并作为第一导电类型杂质离子和第二导电类型杂质离子自对准注入的阻 挡层。为达到上述目的，本技术MOS场效应管釆用的第二种技术方案是 一种功率沟槽式MOS场效应管，在俯一见平面上，该器件中间为并联的单胞阵 列，单胞阵列的外围设有终端保护结构，其创新在于在俯视平面上，所述终端保护结构由至少两个场限环、与场限环数量相同 的场板和一个截止环组成，从单胞阵列的边缘单胞外围开始，终端保护结构 由内向外按场限环、场板、场限环、场板，最后为截止环的规律设置，而且 边缘单胞外围直接连接场限环；在截面上，场限环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内，它 由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺 杂区位于第二导电类型掺杂区的上部；在截面上，场板由氧化硅层和场板区金属层构成，其中，氧化珪层分为场 氧化硅层和介质层两层，场氧化硅层位于半导体硅片的第一导电类型外延层 表面上，介质层覆盖在场氧化硅层之上，场板区金属层位于介质层之上；在截面上，截止环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内，它 由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺 杂区位于第二导电类型掺杂区的上部，截止环区金属层将第一导电类型掺杂 区和第二导电类型掺杂区连接成等电位；在截面上，场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第二导电类型掺杂区为 同一制造层，它们的第二导电类型杂质掺杂深度相同；场限环、截止环和单 胞阵列三者各自的第一导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第一导电类型 杂质掺杂深度相同；场板中的场氧化硅层位于场限环与截止环之间区域的上 方，并作为第一导电类型杂质离子和第二导电类型杂质离子自对准注入的阻挡层。上述MOS场效应管第一种和第二种技术方案中的有关内容解释如下1、 所述边缘单胞是指单胞阵列边缘位置的单胞。所述由内向外 是指以单胞阵列为中心向外围扩散的方向。所述该器件中间是指器件单 胞阵列的区域，或称其为有源区，它是相对外围终端保护结构而言的。2、 所述第一导电类型和第二导电类型两者中，对于N型MOS 场效应管第一导电类型指N型，第二导电类型指P型；对于P型MOS场效 应管正好相反。3、 场板区金属层自单胞阵列外围开始到截止环上方的场氧化硅层为止， 连续的或分段的覆盖在所有场限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率沟槽式ＭＯＳ场效应管，在俯视平面上，该器件中间为并联的单胞阵列，单胞阵列的外围设有终端保护结构，其特征在于：　在俯视平面上，所述终端保护结构由一个场限环、一个场板和一个截止环组成，从单胞阵列的边缘单胞外围开始，终端保护结构由内向外按场限环、场板、截止环次序设置，而且边缘单胞外围直接连接场限环；　在截面上，场限环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内，它由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺杂区位于第二导电类型掺杂区的上部；　在截面上，场板由氧化硅层和场板区金属层构成，其中，氧化硅层分为场氧化硅层和介质层两层，场氧化硅层位于半导体硅片的第一导电类型外延层表面上，介质层覆盖在场氧化硅层之上，场板区金属层位于介质层之上；　在截面上，截止环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内，它由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺杂区位于第二导电类型掺杂区的上部，截止环区金属层将第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区连接成等电位；　在截面上，场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第二导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第二导电类型杂质掺杂深度相同；场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第一导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第一导电类型杂质掺杂深度相同；场板中的场氧化硅层位于场限环与截止环之间区域的上方，并作为第一导电类型杂质离子和第二导电类型杂质离子自对准注入的阻挡层。...

【技术特征摘要】
1、一种功率沟槽式MOS场效应管，在俯视平面上，该器件中间为并联的单胞阵列，单胞阵列的外围设有终端保护结构，其特征在于在俯视平面上，所述终端保护结构由一个场限环、一个场板和一个截止环组成，从单胞阵列的边缘单胞外围开始，终端保护结构由内向外按场限环、场板、截止环次序设置，而且边缘单胞外围直接连接场限环；在截面上，场限环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内，它由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺杂区位于第二导电类型掺杂区的上部；在截面上，场板由氧化硅层和场板区金属层构成，其中，氧化硅层分为场氧化硅层和介质层两层，场氧化硅层位于半导体硅片的第一导电类型外延层表面上，介质层覆盖在场氧化硅层之上，场板区金属层位于介质层之上；在截面上，截止环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内，它由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺杂区位于第二导电类型掺杂区的上部，截止环区金属层将第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区连接成等电位；在截面上，场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第二导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第二导电类型杂质掺杂深度相同；场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第一导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第一导电类型杂质掺杂深度相同；场板中的场氧化硅层位于场限环与截止环之间区域的上方，并作为第一导电类型杂质离子和第二导电类型杂质离子自对准注入的阻挡层。2、 一种功率沟槽式MOS场效应管，在俯视平面上，该器件中间为并联的 单胞阵列，单胞阵列的外围设有终端保护结构，其特征在于在俯—见平面上，所述终端保护结构由至少两个场限环、与场限环数量相同 的场板和一个截止环组成，从单胞阵列的边缘单胞外围开始，终端保护结构 由内向外按场限环、场板、场限环、场板，最后为截止环的规律设置，而且 边缘单胞外围直接连接场限环；在截面上，场限环位于半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱袁正，张鲁，
申请(专利权)人：苏州硅能半导体科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]