基于高能离子注入方式的通道分压场效应管制造技术

本实用新型专利技术公开一种基于高能离子注入方式的通道分压场效应管，主要由漏极、栅极、源极、N+衬底、P型外延层、n+型纵向通道、n型横向通道、良导体、二氧化硅氧化层、体区P、P+层、金属塞、源区N+、硼磷硅玻璃、以及铝层组成。利用高能离子注入设备进行渐深注入，再通过扩散制作一N型通道连接沟道与漏极，N型通道所形成的类T形结构也是3D结构，PN之间形成空乏区从单一的垂直方向改变为垂直与水平两个方向，这样可以大幅提高这个区域的耐压，从而可以增加N通道的掺杂浓度，进而又起到降低导通电阻的作用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开一种基于高能离子注入方式的通道分压场效应管，主要由漏极、栅极、源极、N+衬底、P型外延层、n+型纵向通道、n型横向通道、良导体、二氧化硅氧化层、体区P、P+层、金属塞、源区N+、硼磷硅玻璃、以及铝层组成。利用高能离子注入设备进行渐深注入，再通过扩散制作一N型通道连接沟道与漏极，N型通道所形成的类T形结构也是3D结构，PN之间形成空乏区从单一的垂直方向改变为垂直与水平两个方向，这样可以大幅提高这个区域的耐压，从而可以增加N通道的掺杂浓度，进而又起到降低导通电阻的作用。【专利说明】基于高能离子注入方式的通道分压场效应管
本技术涉及一种功率场效应管，具体涉及一种基于高能离子注入方式的通道分压场效应管。
技术介绍
功率场效应(MOS)管在反压较高时，由于外延层承担反压，其外延层的电阻率较大及厚度较厚，而导致外延层电阻占整体导通电阻的比例最大，因此，通过改善外延层电阻来提升功率MOS管性能的效果最明显。目前，比较流行的方法是采用类似超级结SuperJunction的3D结构，如图1所示，类似Super Junction的3D结构从两个方面减小外延层电阻。一方面，将承担反压的空间电荷区从单一的垂直方向改变为垂直与水平两个方向，缩小外延层的厚度；另一方面，在保证MOS管截止时空间电荷区多数载流子能耗尽的情况下，尽量提高外延层载流子浓度，则MOS管导通时外延层的电阻率就尽量小了。这样在耐压不变的情况下外延层电阻或整体导通电阻就变小了，功率MOS管工作时发热就少了。然而，目前Super Junction和3D结构大多都采用的是单层式成型方法，由于生产技术工艺难度较大，因此只掌握在国外品牌厂家和国内少数代工企业手里。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种基于高能离子注入方式的通道分压场效应管，其能够在达到Super Junction和3D结构相同作用的同时，降低工艺难度。为解决上述问题，本技术是通过以下方案实现的:基于高能离子注入方式的通道分压场效应管，主要由漏极、栅极、源极、N+衬底、P型外延层、η+型纵向通道、η型横向通道、良导体、二氧化硅氧化层、体区P、P+层、金属塞、源区N+、硼磷硅玻璃、以及铝层组成；其中N+衬底的下表面背金形成功率场效应管的漏极；P型外延层位于N+衬底的上表面；η+型纵向通道处于P型外延层中，并将P型外延层分隔为多块；11型横向通道的左右两侧搭接在2块P型外延层的上部；η+型纵向通道的顶部与η型横向通道相连，η+型纵向通道的底部与N+衬底相连；每块P型外延层的正上方各立设有一块柱形良导体，良导体的侧面和底面包覆有二氧化硅氧化层，良导体向外引出形成功率场效应管的栅极；多个体区P分别位于η型横向通道的上方并填充在良导体周边所留间隙处；体区P与P型外延层通过开设在η型横向通道上的接触孔在功能区外围是连接通的；每个良导体的左右两侧各设有I个源区N+，且源区N+处于源区P的上方；源区N+与源区N+之间的空隙形成接触槽，每个接触槽的底部均设有P+层，每个接触槽的内部均填充有金属塞；2个源区N+和所夹良导体的上方各覆盖有一硼磷硅玻璃；铝层填充覆盖在金属塞和硼磷硅玻璃的上表面，铝层的上部形成功率场效应管的源极。与现有技术相比，本技术利用高能离子注入设备进行渐深注入，再通过扩散制作一 N型通道连接沟道(Chanel)与漏极(Drain)，N型通道所形成的类T形结构也是3D结构，PN之间形成空乏区(耗尽层)从单一的垂直方向改变为垂直与水平两个方向，这样可以大幅提高这个区域的耐压，从而可以增加N通道的掺杂浓度，进而又起到降低导通电阻的作用；同时，上述结构中栅极底部与Drain之间由P外延阻隔，从而使栅极底部与Drain之间的电容基本为零；并且通道与Chanel的接触部分较小，可以大幅消除栅极(Gate)和Drain之间的电容，综合前述两方面的改进，可以大幅减少Gate开关时的充、放电时间(Qgd可以大幅降低)，从而提高了 MOS管的开关速度。【专利附图】【附图说明】图1为类似Super Junction的功率M0S管的三维结构示意图；图2-图17 (包括图3a)为一种基于高能离子注入方式的通道分压场效应管的生产方法各步骤所得晶体结构示意图；图18为一种基于高能离子注入方式的通道分压场效应管的结构示意图。图中标号:1、漏极；2、栅极；3、源极；4、N+衬底；5、P型外延层；6、n+型纵向通道；7、n型横向通道；8、良导体；9、二氧化硅氧化层；10、体区P ;11、P+层；12、金属塞；13、源区N+;14、硼磷硅玻璃；15、铝层。【具体实施方式】一种基于高能离子注入方式的通道分压场效应管的生产方法，其特征是包括如下步骤:(1)在N+衬底4上生长P型外延层5 ;参见图2 ；(2)在步骤(1)生长的P型外延层5上光蚀刻出条状沟槽；参见图3 ;其中光刻条状图形如图3a所示；(3)在在步骤(2)所得条状沟槽的槽壁、槽底、以及P型外延层5的上表面生长二氧化硅氧化层；参见图4 ；(4)在步骤(3)所得条状沟槽内沉积金属或多晶硅作为良导体8，并在功能区外连接到一起形成栅极2;参见图5;(5)从步骤(4)所得晶体的表面向下扩散推结形成η区，参见图6 ;(6)从步骤(5)所得晶体的表面向下扩散推结形成体区Ρ10，此时η区形成η型横向通道7，在形成的η型横向通道7上开设接触孔以使得体区Ρ10与Ρ型外延层5在功能区外围连通；参见图7;(7)从步骤(6)所得晶体的表面向下扩散推结形成源区Ν+13 ;参见图8 ；(8)在步骤(7)所得晶体的表面沉积硼磷硅玻璃14 (BPSG)以保护栅极2 (Gate)；参见图9 ；(9)在步骤(8)所得晶体的表面光刻出接触槽；参见图10 ；(10)使用高能离子注入设备，将高能磷离子从步骤(9)所得接触槽通道中按不同能量等级多次注入，使之形成不同深度的磷离子层；参见图11和图12 ；(11)将步骤(10)注入的磷离子扩散推结形成n+型纵向通道6，该n+型纵向通道6与步骤(6)所得η型横向通道7形成类T形结构的η型通道连接区；参见图13 ；(12) η型通道连接区形成后，在步骤(9)所得接触槽的底部注入高剂量硼离子形成Ρ+层11，并进行扩散推结；参见图14 ;(13)在步骤(12)所得Ρ+层11的上方填充金属形成金属塞12 ;参见图15 ；(14)对步骤(13)所得晶体进行蒸铝操作，以在该晶体的上表面形成源极3(Source);参见图 16 ；(15)减薄步骤(14)所得晶体的N+衬底4，并在减薄的N+衬底4下表面背金形成功率场效应管的漏极I (Drain);参见图17。采用上述生产方法制备的一种基于高能离子注入方式的通道分压场效应管，如图18所示，主要由漏极1、栅极2、源极3、N+衬底4、P型外延层5、η+型纵向通道6、η型横向通道7、良导体8、二氧化硅氧化层9、体区Ρ10、P+层11、金属塞12、源区Ν+13、硼磷硅玻璃14、以及铝层15组成；其中N+衬底4的下表面背金形成功率场效应管的漏极I ;Ρ型外延层5位于N+衬底4的上表面；η+型纵向通道6处于P型外延层5中，并将P型外延层5分隔为多块；η型横向通道7的左右两侧搭接在2块P型外本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于高能离子注入方式的通道分压场效应管，其特征是，主要由漏极（1）、栅极（2）、源极（3）、N+衬底（4）、P型外延层（5）、n+型纵向通道（6）、n型横向通道（7）、良导体（8）、二氧化硅氧化层（9）、体区P（10）、P+层（11）、金属塞（12）、源区N+（13）、硼磷硅玻璃（14）、以及铝层（15）组成；其中N+衬底（4）的下表面背金形成功率场效应管的漏极（1）；P型外延层（5）位于N+衬底（4）的上表面；n+型纵向通道（6）处于P型外延层（5）中，并将P型外延层（5）分隔为多块；n型横向通道（7）的左右两侧搭接在2块P型外延层（5）的上部；n+型纵向通道（6）的顶部与n型横向通道（7）相连，n+型纵向通道（6）的底部与N+衬底（4）相连；每块P型外延层（5）的正上方各立设有一块柱形良导体（8），良导体（8）的侧面和底面包覆有二氧化硅氧化层（9），良导体（8）向外引出形成功率场效应管的栅极（2）；多个体区P（10）分别位于n型横向通道（7）的上方并填充在良导体（8）周边所留间隙处；体区P（10）与P型外延层（5）通过开设在n型横向通道（7）上的接触孔在功能区外围是连接通的；每个良导体（8）的左右两侧各设有1个源区N+（13），且源区N+（13）处于源区P的上方；源区N+（13）与源区N+（13）之间的空隙形成接触槽，每个接触槽的底部均设有P+层（11），每个接触槽的内部均填充有金属塞（12）；2个源区N+（13）和所夹良导体（8）的上方各覆盖有一硼磷硅玻璃（14）；铝层（15）填充覆盖在金属塞（12）和硼磷硅玻璃（14）的上表面，铝层（15）的上部形成功率场效应管的源极（3）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：关仕汉，李勇昌，彭顺刚，邹锋，王常毅，
申请(专利权)人：桂林斯壮微电子有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：