【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子领域，涉及一种抗辐射mos场效应晶体管的非对称沟槽型终端及制备方法。
技术介绍
1、高压大功率mos场效应晶体管(击穿电压≥400v)和绝缘栅双极型晶体管均通常采用平面结型终端耐压结构，由场限环、终结端扩展和横向变掺杂等工艺技术实现。沟槽型终端耐压结构相比平面结型终端耐压结构，可以通过浮空多晶沟槽栅调节器件关断状态的结横向电场，削弱器件耗尽区的峰值电场强度，较平面终端耐压结构，能够实现以较小的终端面积获得更高的雪崩击穿电压，有利于低导通大电流的高压功率mos场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管的芯片设计和封装设计。在功率器件抗辐射加固方法中，沟槽型终端的浮空多晶沟槽栅结构有利于屏蔽γ射线和χ射线电离辐射过程的氧化硅层表面的电荷累积效应，抑制器件终端耗尽区电场分布模式的改变，减小辐射造成的耐压能力的退化。
2、沟槽型终端耐压结构的缺点是制备方法的复杂度高，沟槽内生长的绝缘氧化硅膜的质量不易控制，较平面结型终端其成型的绝缘氧化硅膜的耐压能力低、质量可靠性较差，设置绝缘氧化硅膜和磷掺杂多晶的沟槽型浮空多晶栅结构在承受高频次高压大电场应力或高剂量电离辐射应力后易发生退化甚至损坏，使功率器件的漏电流和功耗急剧增加，因此沟槽型终端结构在高压大功率mos场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管类功率器件中应用极少。然而，沟槽型终端是一种有效的抗辐射耐压结构，采用mos电路通用制造方法制备的沟槽型终端，其辐射后耐压变化量要优于平面结型终端；经钴源γ射线电离辐射试验的验证，其可实现承受100k rad(si)电离辐射后雪崩击穿
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种抗辐射mos场效应晶体管的非对称沟槽型终端及制备方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、本专利技术第一方面，提供一种抗辐射mos场效应晶体管的非对称沟槽型终端，包括硅衬底；硅衬底上形成耐压外延层，耐压外延层顶端设置整体沟槽栅区域和终端p+结，整体沟槽栅区域由掩膜层定义的n级沟槽栅区域组成，各级沟槽栅区域中开设有结构差异的沟槽结构，终端p+结由定义的沟槽栅区域p+结和主结在工艺热过程后相连接形成；定义沟槽栅区域p+结朝向主结的方向为主方向，定义整体沟槽栅区域的最外侧一个沟槽结构在零级沟槽栅区域内，从零级沟槽栅区域后定义沿主方向的相邻沟槽栅区域依次为一级沟槽栅区域、二级沟槽栅区域至n级沟槽栅区域，除零级沟槽栅区域的一个沟槽结构外，其余沟槽结构分散分布在一级沟槽栅区域至n级沟槽栅区域内；零级沟槽栅区域的沟槽结构的槽深度与一级沟槽栅区域的沟槽结构相同且槽宽度大于一级沟槽栅区域的沟槽结构，从一级沟槽栅区域起，各级沟槽栅区域的沟槽结构的槽宽度相同且槽深度小于相邻的前一级沟槽栅区域的沟槽结构；终端p+结的沟槽栅区域p+结在远离主结的一端与零级沟槽栅区域沟槽的侧壁接触，沟槽栅区域p+结穿过其余各级沟槽栅区域的沟槽结构；各级沟槽栅区域的沟槽内壁均设置绝缘氧化硅膜，并填充磷掺杂多晶；耐压外延层的终端主结区域顶端设置场氧，主结区域场氧上方设置磷掺杂多晶走线图形，主结区域场氧和磷掺杂多晶走线图形上设置层间介质层，层间介质层上设置浮空金属层图形；层间介质层上开设若干互连孔，浮空金属层图形通过互连孔与磷掺杂多晶走线图形和主方向上最靠近主结的沟槽内的磷掺杂多晶连接。
4、本专利技术第二方面，提供一种上述的抗辐射mos场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，包括：
5、s1：在硅衬底上生长耐压外延层，在耐压外延层上设置终端p+结和主结区域场氧；
6、s2：在耐压外延层表面淀积氮化硅膜和teos膜双层复合膜质组成的掩膜层；通过n-1次光刻在掩膜层定义各级沟槽栅区域，由氧化硅膜湿法刻蚀方法形成各级沟槽栅区域并分别减薄掩膜层中各级沟槽栅区域的相应的teos膜厚度，氧化硅膜湿法刻蚀次数为n-1次，零级沟槽栅区域与一级沟槽栅区域的掩膜层teos膜刻蚀减薄厚度相同，光刻次数和氧化硅膜湿法刻蚀次数由n级沟槽栅区域的级数决定；再通过光刻方法定义掩膜层在各级沟槽栅区域的沟槽转移图形，并通过等离子刻蚀方法完成各级沟槽栅区域的由光刻定义的沟槽转移图形处的掩膜层的teos膜和氮化硅膜的刻蚀，成型掩膜层转移图形；
7、s3：在所述掩膜层转移图形上，首先通过第一次沟槽刻蚀，在零级沟槽栅区域和一级沟槽栅区域的沟槽转移图形处实现沟槽结构，再通过n-1次重复的掩膜层刻蚀步骤和沟槽刻蚀步骤，逐步实现掩膜层各级沟槽栅区域的沟槽图形转移，成型整体沟槽栅区域的非对称的沟槽结构，掩膜层刻蚀步骤和沟槽刻蚀步骤的重复次数由n级沟槽栅区域的级数决定；
8、s4：完成各级沟槽栅区域的沟槽结构的成型后，通过湿法刻蚀方法去除掩膜层剩余的teos膜，并通过热氧化方法在沟槽结构内成型沟槽牺牲氧化硅膜，通过湿法刻蚀方法去除沟槽牺牲氧化硅膜和剩余的氮化硅膜；
9、通过耐压外延层氧化方法和笑气退火方法，在各级沟槽栅区域的沟槽结构内成型绝缘氧化硅膜，以及在主结区域场氧表面、耐压外延层表面以及各级沟槽内淀积磷掺杂多晶；通过光刻方法定义主结区域场氧表面的多晶走线图形；通过等离子刻蚀方法成型磷掺杂多晶走线图形，并刻蚀去除耐压外延层表面的磷掺杂多晶；通过快速热氧化方法激活磷掺杂多晶走线图形和磷掺杂多晶；
10、s5：在磷掺杂多晶走线图形、主结区域场氧、耐压外延层和各级沟槽栅区域的表面淀积层间介质层，在层间介质层上成型与磷掺杂多晶走线图形连接的互连孔以及与主方向上最后一个沟槽结构内的磷掺杂多晶连接的互连孔；在层间介质层上淀积铝硅铜金属层并通过湿法金属刻蚀方法在层间介质层上成型与互连孔连接的浮空金属层图形。
11、可选的，所述s1中在耐压外延层上设置终端p+结和主结区域场氧包括：在耐压外延层上方通过热氧化方法成型硼注入掩蔽场氧，通过光刻定义主结和沟槽栅区域p+结注入图形，并由氧化硅膜湿法刻蚀方法去除注入图形处的硼注入掩蔽场氧，在注入图形处设置硼注入牺牲氧化硅膜，基于硼注入牺牲氧化硅膜由离子注入方法在耐压外延层顶端形成主结和沟槽栅区域p+结；并通过热氧化、光刻和湿法刻蚀方法，在耐压外延层表面成型主结区域场氧，且在成型主结区域场氧时，主结和沟槽栅区域p+结由杂质扩散相连接形成终端p+结。
12、所述s2中，掩膜层转移图形的形成过程包括：
13、通过n-1次光刻和相应的氧化硅膜湿法刻蚀方法依次在掩膜层开设各级沟槽栅区域，并减薄相应各级沟槽栅区域的teos膜厚度；其中，光刻次数和氧化硅膜湿法刻蚀次数由n级沟槽栅区域的级数决定；teos膜的刻蚀减薄厚度由各级沟槽栅区域的沟槽结构在刻蚀过程中teos膜的刻蚀量决定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗辐射MOS场效应晶体管的非对称沟槽型终端，其特征在于，包括硅衬底(1)；
2.一种权利要求1所述的抗辐射MOS场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的抗辐射MOS场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，所述S1中在耐压外延层上设置终端P+结(10)和主结区域场氧(6)包括：在耐压外延层上方通过热氧化方法成型硼注入掩蔽场氧(5)，通过光刻定义主结和沟槽栅区域P+结注入图形，并由氧化硅膜湿法刻蚀方法去除注入图形处的硼注入掩蔽场氧(5)，在注入图形处设置硼注入牺牲氧化硅膜(4)，基于硼注入牺牲氧化硅膜(4)由离子注入方法在耐压外延层顶端形成主结和沟槽栅区域P+结；并通过热氧化、光刻和湿法刻蚀方法，在耐压外延层表面成型主结区域场氧(6)，且在成型主结区域场氧(6)时，主结和沟槽栅区域P+结由杂质扩散相连接形成终端P+结(10)；
4.根据权利要求2所述的抗辐射MOS场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，所述S2包括：
5.根据权利要求2所述的抗辐射MOS场
6.根据权利要求2所述的抗辐射MOS场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，所述S4包括：
7.根据权利要求2所述的抗辐射MOS场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，所述在各级沟槽栅区域的沟槽结构内成型绝缘氧化硅膜(12)，包括：
8.根据权利要求2所述的抗辐射MOS场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，所述的在主结区域场氧(6)表面、耐压外延层表面以及各级沟槽内淀积磷掺杂多晶(131)；通过光刻方法定义主结区域场氧(6)表面的多晶走线图形；通过等离子刻蚀方法成型磷掺杂多晶走线图形(13)，并刻蚀去除耐压外延层表面的磷掺杂多晶(131)；通过快速热氧化方法激活磷掺杂多晶走线图形(13)和磷掺杂多晶(131)包括：
9.根据权利要求2所述的抗辐射MOS场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，所述S2中在耐压外延层表面淀积氮化硅膜(7)时，控制淀积氮化硅膜的硅元素和氮元素的组分比例，使氮化硅膜(7)的材料氮化硅SixN中x介于0.45～0.65，S3所述的沟槽刻蚀方法能够实现耐压外延层对氮化硅膜(7)的刻蚀选择比大于8；所述S2中掩膜层的氮化硅膜(7)的等离子刻蚀方法的氮化硅膜(7)对TEOS膜(8)的刻蚀选择比大于6。
10.根据权利要求2所述的抗辐射MOS场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，所述淀积层间介质层(14)时，层间介质层(14)成型步骤的热回流方法的最高温度为825～900℃。
...【技术特征摘要】
1.一种抗辐射mos场效应晶体管的非对称沟槽型终端，其特征在于，包括硅衬底(1)；
2.一种权利要求1所述的抗辐射mos场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的抗辐射mos场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，所述s1中在耐压外延层上设置终端p+结(10)和主结区域场氧(6)包括：在耐压外延层上方通过热氧化方法成型硼注入掩蔽场氧(5)，通过光刻定义主结和沟槽栅区域p+结注入图形，并由氧化硅膜湿法刻蚀方法去除注入图形处的硼注入掩蔽场氧(5)，在注入图形处设置硼注入牺牲氧化硅膜(4)，基于硼注入牺牲氧化硅膜(4)由离子注入方法在耐压外延层顶端形成主结和沟槽栅区域p+结；并通过热氧化、光刻和湿法刻蚀方法，在耐压外延层表面成型主结区域场氧(6)，且在成型主结区域场氧(6)时，主结和沟槽栅区域p+结由杂质扩散相连接形成终端p+结(10)；
4.根据权利要求2所述的抗辐射mos场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，所述s2包括：
5.根据权利要求2所述的抗辐射mos场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，所述s3包括：
6.根据权利要求2所述的抗辐射mos场效应晶体管的非对称沟槽型终端的制备方法，其特征在于，所述s4包括：
7.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晨杰，赵辉，曾坤，王英民，刘存生，孙有民，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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