專利名稱：高壓n型金屬氧化物半導體管及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明是一種金屬氧化物半導體管及其制備方法，尤其是高壓N型金屬氧化物半導體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
金屬氧化物半導體型功率器件具有開關特性好、功耗小等優(yōu)點，更為重要的是金屬氧化物半導體型功率器件易于兼容標準低壓金屬氧化物半導體工藝，降低芯片的生產(chǎn)成本，因此在10V-600V的應用范圍內(nèi)，金屬氧化物半導體型功率器件廣泛應用于功率集成電路中，擊穿電壓和導通電阻是高壓金屬氧化物半導體器件的兩個最關鍵的參數(shù)，也是一對矛盾體，擊穿電壓提高，導通電阻就會相應增加。最近，出現(xiàn)了一些新技術(shù)或新結(jié)構(gòu)來克服以上缺點，即在提高擊穿電壓的同時不增加導通電阻，如多場極板結(jié)構(gòu)，多維柵結(jié)構(gòu)，漂移區(qū)線性注入等等。但是目前提出的漂移區(qū)線性注入技術(shù)是一維的，沒有考慮到不同的氧化層厚度以及場極板的影響，因此還不夠全面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠提高耐壓、降低導通電阻，且與標準外延金屬氧化物半導體工藝相兼容的漂移區(qū)分段線性注入的高壓N型金屬氧化物半導體管及其制備方法。
本發(fā)明所述產(chǎn)品技術(shù)方案如下一種線性摻雜的高壓N型金屬氧化物半導體管，包括N型襯底，在N型襯底上設有P型阱和N型漂移區(qū)，在P型阱內(nèi)設有P型接觸孔和N型源，在N型漂移區(qū)內(nèi)設有N型漏，在P型阱和N型漂移區(qū)的上方設有柵氧化層，在柵氧化層上方設有多晶硅柵且多晶硅柵位于P型阱與N型漂移區(qū)交界的上方，在柵氧化層及多晶硅柵的上方設有場氧化層，在P型接觸孔和N型源上連接有鋁引線，
在多晶硅柵上連接有鋁引線，在N型漏上連接有鋁引線，在場氧化層內(nèi)設有多晶硅場極板，該多晶硅場極板與多晶硅柵連接，N型漂移區(qū)由、第二區(qū)、第三區(qū)及第四區(qū)組成，該四根區(qū)沿N型源至N型漏的方向依次排列，上述第一區(qū)始于P型阱的邊界終于多晶硅柵的端部，第二區(qū)始于多晶硅柵的端部終于多晶硅場極板的端部，第三區(qū)始于多晶硅場極板的端部終于與N型漏連接鋁引線的末端，第四區(qū)始于與N型漏連接鋁引線的末端終于N型漏的末端，上述第四區(qū)的摻雜濃度大于第三區(qū)，第三區(qū)的摻雜濃度大于第二區(qū)，第二區(qū)的摻雜濃度大于第一區(qū)。
本發(fā)明所述方法技術(shù)方案如下一種用于制造上述高壓N型金屬氧化物半導體管的制備方法，先制備N型襯底，濃度為1×1015cm-3左右，再在N型襯底制備N型漂移區(qū)，其漂移區(qū)分四個區(qū)線性注入，在第一至第四漂移區(qū)的光刻版上依次開設由小到大的注入窗口，離子注入后，經(jīng)過熱擴散，雜質(zhì)在漂移區(qū)形成分段線性分布，此后，再制備場氧化層、柵氧化層、多晶硅柵、P型阱、N型源、漏和N型襯底接觸孔及接觸孔和金屬鋁引線。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明引入了分段線性摻雜的漂移區(qū)，這種結(jié)構(gòu)可以降低柵氧化層下方漂移區(qū)、多晶柵場極板邊緣以及漏端鋁場極板邊緣的峰值電場，這樣可以大大提高擊穿電壓，擊穿電壓可以提高30％以上；同時由于漂移區(qū)采用分段線性摻雜，這樣漂移區(qū)的濃度比常規(guī)的漂移區(qū)濃度要提高很多，故導通電阻可以大大降低，大約可以降低40％以上。
(2)由于本發(fā)明引入的分段線性摻雜的漂移區(qū)可以基于標準體硅低壓金屬氧化物半導體工藝線上實現(xiàn)，不會增加任何工藝步驟，易于集成到功率集成電路中，故本發(fā)明具有制造成本低，可產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖2是本發(fā)明的漂移區(qū)分區(qū)線性注入示意圖。
具體實施例方式
實施例1參照圖1，一種線性摻雜的高壓N型金屬氧化物半導體管，包括N型襯底1，在N型襯底1上設有P型阱2和N型漂移區(qū)3，在P型阱2內(nèi)設有P型接觸孔6和N型源5，在N型漂移區(qū)3內(nèi)設有N型漏4，在P型阱2和N型漂移區(qū)3的上方設有柵氧化層7，在柵氧化層7上方設有多晶硅柵8且多晶硅柵8位于P型阱2與N型漂移區(qū)3交界的上方，在柵氧化層7及多晶硅柵8的上方設有場氧化層10，在P型接觸孔6和N型源5上連接有鋁引線11，在多晶硅柵8上連接有鋁引線12，在N型漏4上連接有鋁引線13，在場氧化層10內(nèi)設有多晶硅場極板9，該多晶硅場極板9與多晶硅柵8連接，N型漂移區(qū)3由、第二區(qū)N2、第三區(qū)N3及第四區(qū)N4組成，該四根區(qū)沿N型源5至N型漏4的方向依次排列，上述第一區(qū)N1始于P型阱2的邊界終于多晶硅柵8的端部，第二區(qū)N2始于多晶硅柵8的端部終于多晶硅場極板9的端部，第三區(qū)N3始于多晶硅場極板9的端部終于與N型漏4連接鋁引線13的末端，第四區(qū)N4始于與N型漏4連接鋁引線13的末端終于N型漏4的末端，上述第四區(qū)N4的摻雜濃度大于第三區(qū)N3，第三區(qū)N3的摻雜濃度大于第二區(qū)N2，第二區(qū)N2的摻雜濃度大于第一區(qū)N1。
實施例2一種用于制造上述高壓N型金屬氧化物半導體管的制備方法，先制備N型襯底，濃度為1×1015cm-3左右，再在N型襯底制備N型漂移區(qū)，其漂移區(qū)分四個區(qū)線性注入，在第一至第四漂移區(qū)的光刻版上依次開設由小到大的注入窗口，離子注入后，經(jīng)過熱擴散，雜質(zhì)在漂移區(qū)形成分段線性分布，此后，再制備場氧化層、柵氧化層、多晶硅柵、P型阱、N型源、漏和N型襯底接觸孔及接觸孔和金屬鋁引線。
參照圖2，在N型襯底制備N型漂移區(qū)時，其漂移區(qū)分四段線性注入，每一部分分別按照如下等式進行摻雜。
N1(x)=Mαf1x-ϵ0ϵoxqt1tdVg,0≤x≤L1]]>
N2(x)=Mαf2x-ϵ0ϵoxqt2tdVg,L1≤x≤L2]]>N3(x)＝Maf3xL2≤x≤L3N4(x)=Mαf4x-ϵ0ϵoxqt3tdVd,L3≤x≤L4]]>其中M=ϵ0ϵsiqL4Vd]]>αf1=ϵoxϵsit1td+2td(td+ts1),βf1=-[qNd(x)ϵ0ϵsi+ϵoxϵsit1tdVg]]]>αf2=ϵoxϵsit2td+2td(td+ts2),βf2=-[qNd(x)ϵ0ϵsi+ϵoxϵsit2tdVg]]>αf3=2td(td+ts3),βf3=-[qNd(x)ϵ0ϵsi]]]>αf4=ϵoxϵsit3td+-2td(td+ts4),βf4=-[qNd(x)ϵ0ϵsi+ϵoxϵsit3tdVd]]]>L1，L2，L3和L4分別為N1，N2，N3和N4區(qū)域的右邊界位置。t1s，t2s，t3s和t4s分別為L1，L2，L3和L4區(qū)域的耗盡層寬度。t1為柵氧化層的厚度，t2和t3為多晶柵場極板和漏端鋁場極板下各自對應的場氧層的厚度。εox和εsi分別為二氧化硅和硅的相對介電常數(shù)。Vg為器件的柵電壓，Vd為器件所需的擊穿電壓。td為N型漂移區(qū)的結(jié)深，Nd(x)為初始雜質(zhì)濃度。
在工藝制備中，可以按照以上公式在漂移區(qū)光刻版上開設不同大小的注入窗口(參照圖2)，這樣注入到漂移區(qū)表面的雜質(zhì)劑量就不同，經(jīng)過熱擴散后，雜質(zhì)在漂移區(qū)就可以形成分段線性分布。
權(quán)利要求
1.一種線性摻雜的高壓N型金屬氧化物半導體管，包括N型襯底(1)，在N型襯底(1)上設有P型阱(2)和N型漂移區(qū)(3)，在P型阱(2)內(nèi)設有P型接觸孔(6)和N型源(5)，在N型漂移區(qū)(3)內(nèi)設有N型漏(4)，在P型阱(2)和N型漂移區(qū)(3)的上方設有柵氧化層(7)，在柵氧化層(7)上方設有多晶硅柵(8)且多晶硅柵(8)位于P型阱(2)與N型漂移區(qū)(3)交界的上方，在柵氧化層(7)及多晶硅柵(8)的上方設有場氧化層(10)，在P型接觸孔(6)和N型源(5)上連接有鋁引線(11)，在多晶硅柵(8)上連接有鋁引線(12)，在N型漏(4)上連接有鋁引線(13)，在場氧化層(10)內(nèi)設有多晶硅場極板(9)，該多晶硅場極板(9)與多晶硅柵(8)連接，其特征在于N型漂移區(qū)(3)由、第二區(qū)(N2)、第三區(qū)(N3)及第四區(qū)(N4)組成，該四根區(qū)沿N型源(5)至N型漏(4)的方向依次排列，上述第一區(qū)(N1)始于P型阱(2)的邊界終于多晶硅柵(8)的端部，第二區(qū)(N2)始于多晶硅柵(8)的端部終于多晶硅場極板(9)的端部，第三區(qū)(N3)始于多晶硅場極板(9)的端部終于與N型漏(4)連接鋁引線(13)的末端，第四區(qū)(N4)始于與N型漏(4)連接鋁引線(13)的末端終于N型漏(4)的末端，上述第四區(qū)(N4)的摻雜濃度大于第三區(qū)(N3)，第三區(qū)(N3)的摻雜濃度大于第二區(qū)(N2)，第二區(qū)(N2)的摻雜濃度大于第一區(qū)(N1)。
2.一種用于制造權(quán)利要求1所述高壓N型金屬氧化物半導體管的制備方法，其特征在于先制備N型襯底，濃度為1×1015cm-3左右，再在N型襯底制備N型漂移區(qū)，其漂移區(qū)分四個區(qū)線性注入，在第一至第四漂移區(qū)的光刻版上依次開設由小到大的注入窗口，離子注入后，經(jīng)過熱擴散，雜質(zhì)在漂移區(qū)形成分段線性分布，此后，再制備場氧化層、柵氧化層、多晶硅柵、P型阱、N型源、漏和N型襯底接觸孔及接觸孔和金屬鋁引線。
全文摘要
一種線性摻雜的高壓N型金屬氧化物半導體管，在N型襯底上設有P型阱和N型漂移區(qū)，在P型阱內(nèi)設有P型接觸孔和N型源，在N型漂移區(qū)內(nèi)設有N型漏，在P型阱和N型漂移區(qū)的上方設有柵氧化層，在柵氧化層上方設有多晶硅柵且多晶硅柵位于P型阱與N型漂移區(qū)交界的上方，在柵氧化層及多晶硅柵的上方設有場氧化層，在P型接觸孔和N型源上、多晶硅柵上、N型漏上都接有鋁引線，在場氧化層內(nèi)設有的多晶硅場極板與多晶硅柵連接，N型漂移區(qū)由第一、第二、第三、第四區(qū)組成，沿N型源至N型漏的方向依次排列，摻雜濃度由大到小依次為第四區(qū)、第三區(qū)、第二區(qū)、第一區(qū)。
文檔編號H01L21/336GK1988176SQ20061004132
公開日2007年6月27日 申請日期2006年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月14日
發(fā)明者孫偉鋒, 易揚波, 李海松, 陸生禮, 時龍興 申請人:東南大學