一种提高BV稳定性的SGT终端结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种提高BV稳定性的SGT终端结构及其制备方法。该方法包括在所述栅氧化层的上侧淀积形成第二导电类型的多晶硅，然后对所述多晶硅进行刻蚀操作，对所述体区内以及栅氧化层上侧经过刻蚀保留的多晶硅的内端部执行第一导电类型元素注入和退火操作，以制作形成设置在有源区的体区内的第一阱区、设置在终端区的体区外端的第二阱区、以及设置在所述栅氧化层上侧的二极管和电阻，所述二极管的外端与电阻的内端连接。本发明专利技术通过在终端沟槽内增加偏置电压的方式，减小雪崩击穿时的氧化层界面空穴缺陷密度，从而有效改善BV walk

【技术实现步骤摘要】
一种提高BV稳定性的SGT终端结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种提高BV稳定性的SGT终端结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统的SGT终端结构如图1所示，结构中终端区域的沟槽采用浮空和接地的组合方式，对器件施加反向偏压的过程中，沟槽内的多晶硅电极充当场板的作用使耗尽线更易向外扩展。
[0003]如图2所示，传统的SGT终端结构的耐压水平受限于沟槽氧化层厚度和沟槽形貌，在距离截止环较远位置就已经完全耗尽，耗尽线无法继续扩展，导致耐压无法继续提高。
[0004]同时，在器件雪崩击穿时，沟槽侧壁的氧化层容易形成空穴缺陷，使器件的BVDSS出现walk
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in(BV减小)或walk
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out（BV增加）的问题，导致BV不稳定，影响器件的可靠性。
[0005]并且，在硅表面介质层中存在一些游离的金属离子和陷阱电荷，对器件的击穿电压和可靠性均造成一定的影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种提高BV稳定性的SGT终端结构及其制备方法。
[0007]为实现上述目的，在第一方面，本专利技术提供了一种提高BV稳定性的SGT终端结构的制造方法，包括：提供第一导电类型衬底，在所述衬底的上侧制作外延层；在所述外延层上刻蚀形成多个沟槽；在所述外延层的上侧及沟槽的内侧生长场氧层；在有源区和终端区内的沟槽内分别制作形成第一导电类型的屏蔽栅多晶硅和多晶硅场板；在所述屏蔽栅多晶硅和多晶硅场板上侧的沟槽内制作第一氧化层，所述屏蔽栅多晶硅上侧的第一氧化层刻蚀形成隔离氧化层；在所述隔离氧化层上侧的沟槽内和外延层的上侧生长栅氧化层；在所述栅氧化层内侧的沟槽内制作第一导电类型的控制栅多晶硅，并在所述控制栅多晶硅的上侧制作形成第二氧化层；在所述外延层上制作第二导电类型的体区；在所述栅氧化层的上侧淀积形成第二导电类型的多晶硅，然后对所述多晶硅进行刻蚀操作，对所述体区内以及刻蚀保留的多晶硅的内端部执行第一导电类型元素注入和退火操作，以制作形成设置在有源区的体区内的第一阱区、设置在终端区的体区外端的第二阱区、以及设置在所述栅氧化层上侧的二极管和电阻，所述二极管的外端与电阻的内端连接；
淀积形成第一介质层，并在所述第一介质层上刻蚀形成第一连接孔；在所述第一介质层的上侧及第一连接孔内溅射形成第一金属层，所述第一金属层经刻蚀形成与第一阱区连接的第一源极金属、与多晶硅场板和二极管的内端分别连接的电容场板金属、与电阻的外端、多晶硅场板和第二阱区分别连接的截止环金属以及栅极金属；淀积形成第二介质层，在所述第二介质层上刻蚀形成第二连接孔，在所述第二介质层的上侧及第二连接孔内溅射形成第二金属层，所述第二金属层经刻蚀形成与第一源极金属连接的第二源极金属，所述第二源极金属向外延伸至电容场板金属的上侧，以与所述电容场板金属配合形成电容结构。
[0008]进一步的，位于终端区内相邻的两个沟槽之间的外延层内形成有空置区，所述二极管和电阻设置在空置区的上侧。
[0009]进一步的，对所述体区内以及所述刻蚀保留的多晶硅的内端部注入的元素为砷元素，注入的剂量为5E15
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1E16atom/cm2，注入的能量为60KeV，退火温度为950℃，退火时间为60min。
[0010]进一步的，在所述第二源极金属及第二介质层的上侧沉积钝化层，并在所述钝化层上刻蚀形成源极和栅极的开口区。
[0011]进一步的，在所述衬底的下侧制作形成背金层。
[0012]在第二方面，本专利技术提供了一种提高BV稳定性的SGT终端结构，包括第一导电类型衬底和设置在所述衬底的上侧的外延层，所述外延层上设有多个沟槽，所述沟槽的内侧设有场氧层，有源区和终端区内的沟槽内分别制作形成第一导电类型的屏蔽栅多晶硅和多晶硅场板，所述屏蔽栅多晶硅和多晶硅场板上侧的沟槽内分别设有隔离氧化层和第一氧化层，所述隔离氧化层上侧的沟槽内设有栅氧化层，所述栅氧化层内侧的沟槽内设有第一导电类型的控制栅多晶硅，所述控制栅多晶硅的上侧设有第二氧化层，所述外延层上设有第二导电类型的体区，所述有源区的体区内设有第一阱区，所述终端区的体区外端设有第二阱区，所述栅氧化层的上侧二极管和电阻，所述二极管的外端与电阻的内端连接，所述栅氧化层、二极管和电阻的上侧设有第一介质层，所述第一介质层上设有第一连接孔，所述介质层的上侧设有与源区内的阱区连接的第一源极金属、与多晶硅场板和二极管的内端分别连接的电容场板金属、与电阻的外端、多晶硅场板和第二阱区分别连接的截止环金属以及栅极金属，所述第一源极金属、电容场板金属、截止环金属和栅极金属的上侧及其之间的第一介质层的上侧第二介质层，所述第二介质层上设有第二连接孔，所述第二介质层的上侧设有与第一源极金属连接的第二源极金属，所述第二源极金属向外延伸至电容场板金属的上侧，以与所述电容场板金属配合形成电容结构。
[0013]进一步的，位于终端区内相邻的两个沟槽之间形成有空置区，所述二极管和电阻设置在空置区的上侧。
[0014]进一步的，在所述第二源极金属及第二介质层的上侧沉积钝化层，并在所述钝化层上刻蚀形成源极和栅极的开口区。
[0015]进一步的，在所述衬底的下侧制作形成背金层。
[0016]进一步的，所述电阻呈环绕设置。
[0017]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1）本专利技术通过在终端区内制作电阻、二极管和电容结构，在器件的漏极加正向电
压时，电压依次经过绕组、二极管给电容充电，同时电容场板金属与终端沟槽内的多晶硅场板相连，从而使沟槽内的多晶硅场板与电容场板金属等电位，使终端沟槽内的多晶硅场板加上正向偏置电压，减小雪崩击穿时的氧化层界面空穴缺陷密度，从而有效改善BV walk
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in和walk
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out的问题，从而提高BV的稳定性，增加器件的可靠性；从仿真拉偏结果来看，沟槽内的偏置电压在6V到17V之间，器件的BVDSS比较稳定；2）由于终端沟槽内存在正向偏置电压，可以调节终端区的电场分布，使耗尽线横向延展，提高器件的耐压能力，同时雪崩击穿点由终端向有源区移动，高温稳定性更好；3）本专利技术相比传统的SGT终端结构，可以明显改善电场分布，由终端沟槽承担更多的电压，提高器件的耐压水平；同时，通过垂直于沟槽底部的电场分布来看，本专利技术在靠近终端区外围的电场强度更高；4）在终端结构中集成平行板电容和多晶硅二极管，通过将截止环电势作用于终端沟槽的方式，来提高器件的击穿电压；5）由于第二层金属在耐压时感应出负电荷，可以有效的吸附介质层中的游离电荷，例如钠离子等，起到屏蔽电荷的作用，提高器件的可靠性；6）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，有效提高器件的BV稳定性和可靠性。
附图说明
[0018]图1是现有的SGT终端结构的结构示意图；图2是现有的SGT终端结构的仿真结构图；图3是在衬底上制作出外延层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高BV稳定性的SGT终端结构的制造方法，其特征在于，包括：提供第一导电类型衬底，在所述衬底的上侧制作外延层；在所述外延层上刻蚀形成多个沟槽；在所述外延层的上侧及沟槽的内侧生长场氧层；在有源区和终端区内的沟槽内分别制作形成第一导电类型的屏蔽栅多晶硅和多晶硅场板；在所述屏蔽栅多晶硅和多晶硅场板上侧的沟槽内制作第一氧化层，所述屏蔽栅多晶硅上侧的第一氧化层刻蚀形成隔离氧化层；在所述隔离氧化层上侧的沟槽内和外延层的上侧生长栅氧化层；在所述栅氧化层内侧的沟槽内制作第一导电类型的控制栅多晶硅，并在所述控制栅多晶硅的上侧制作形成第二氧化层；在所述外延层上制作第二导电类型的体区；在所述栅氧化层的上侧淀积形成第二导电类型的多晶硅，然后对所述多晶硅进行刻蚀操作，对所述体区内以及栅氧化层上侧经过刻蚀保留的多晶硅的内端部执行第一导电类型元素注入和退火操作，以制作形成设置在有源区的体区内的第一阱区、设置在终端区的体区外端的第二阱区、以及设置在所述栅氧化层上侧的二极管和电阻，所述二极管的外端与电阻的内端连接；淀积形成第一介质层，并在所述第一介质层上刻蚀形成第一连接孔；在所述第一介质层的上侧及第一连接孔内溅射形成第一金属层，所述第一金属层经刻蚀形成与第一阱区连接的第一源极金属、与多晶硅场板和二极管的内端分别连接的电容场板金属、与电阻的外端、多晶硅场板和第二阱区分别连接的截止环金属以及栅极金属；淀积形成第二介质层，在所述第二介质层上刻蚀形成第二连接孔，在所述第二介质层的上侧及第二连接孔内溅射形成第二金属层，所述第二金属层经刻蚀形成与第一源极金属连接的第二源极金属，所述第二源极金属向外延伸至电容场板金属的上侧，以与所述电容场板金属配合形成电容结构。2.根据权利要求1所述的提高BV稳定性的SGT终端结构的制造方法，其特征在于，位于终端区内相邻的两个沟槽之间的外延层内形成有空置区，所述二极管和电阻设置在空置区的上侧。3.根据权利要求1所述的提高BV稳定性的SGT终端结构的制造方法，其特征在于，对所述体区内以及栅氧化层上侧经过刻蚀保留的多晶硅的内端部注入的元素为砷元素，注入的剂量为5E15
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1E16atom/cm2，注入的能量为60KeV，退火温度为950℃，退火时间为60min。4.根据权利...

【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：