基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管及生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管及生產(chǎn)方法，利用高能離子注入設(shè)備進行漸深注入，再通過擴散制作一N型通道連接溝道與漏極，N型通道所形成的類T形結(jié)構(gòu)也是3D結(jié)構(gòu)，PN之間形成空乏區(qū)從單一的垂直方向改變?yōu)榇怪迸c水平兩個方向，這樣可以大幅提高這個區(qū)域的耐壓，從而可以增加N通道的摻雜濃度，進而又起到降低導(dǎo)通電阻的作用；同時，上述結(jié)構(gòu)中柵極底部與漏極之間由P外延阻隔，從而使柵極底部與漏極之間的電容基本為零；并且通道與溝道的接觸部分較小，可以大幅消除柵極和漏極之間的電容，綜合前述兩方面的改進，可以大幅減少柵極開關(guān)時的充、放電時間（Qgd可以大幅降低），從而提高了MOS管的開關(guān)速度。
【專利說明】基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率場效應(yīng)管，具體涉及一種基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管及生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率場效應(yīng)(MOS)管在反壓較高時，由于外延層承擔(dān)反壓，其外延層的電阻率較大及厚度較厚，而導(dǎo)致外延層電阻占整體導(dǎo)通電阻的比例最大，因此，通過改善外延層電阻來提升功率MOS管性能的效果最明顯。目前，比較流行的方法是采用類似超級結(jié)SuperJunction的3D結(jié)構(gòu)，如圖1所示，類似Super Junction的3D結(jié)構(gòu)從兩個方面減小外延層電阻。一方面，將承擔(dān)反壓的空間電荷區(qū)從單一的垂直方向改變?yōu)榇怪迸c水平兩個方向，縮小外延層的厚度；另一方面，在保證MOS管截止時空間電荷區(qū)多數(shù)載流子能耗盡的情況下，盡量提高外延層載流子濃度，則MOS管導(dǎo)通時外延層的電阻率就盡量小了。這樣在耐壓不變的情況下外延層電阻或整體導(dǎo)通電阻就變小了，功率MOS管工作時發(fā)熱就少了。然而，目前Super Junction和3D結(jié)構(gòu)大多都采用的是單層式成型方法，由于生產(chǎn)技術(shù)工藝難度較大，因此只掌握在國外品牌廠家和國內(nèi)少數(shù)代工企業(yè)手里。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管及生產(chǎn)方法，其能夠在達到Super Junction和3D結(jié)構(gòu)相同作用的同時，降低工藝難度。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下方案實現(xiàn)的:
[0005]基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管的生產(chǎn)方法，包括如下步驟:
[0006](I)在N+襯底上生長P型外延層；
[0007](2)在P型外延層上光蝕刻出條狀溝槽；
[0008](3)在條狀溝槽的槽壁、槽底、以及P型外延層的上表面生長二氧化硅氧化層；
[0009](4)在條狀溝槽內(nèi)沉積金屬或多晶硅作為良導(dǎo)體，并在功能區(qū)外連接到一起形成柵極；
[0010](5)從步驟(4)所得晶體的表面向下擴散推結(jié)形成η區(qū)；
[0011](6)從步驟(5)所得晶體的表面向下擴散推結(jié)形成體區(qū)P，此時η區(qū)形成η型橫向通道，在形成的η型橫向通道上開設(shè)接觸孔以使得體區(qū)P與P型外延層在功能區(qū)外圍連通；
[0012](7)從步驟(6)所得晶體的表面向下擴散推結(jié)形成源區(qū)N+ ；
[0013](8)在步驟(7)所得晶體的表面沉積硼磷硅玻璃以保護柵極；
[0014](9)在步驟(8)所得晶體的表面光刻出接觸槽；
[0015](10)使用高能離子注入設(shè)備，將磷離子從步驟(9)所得接觸槽通道中按不同能量等級分多次注入，使之形成不同深度的磷離子層；
[0016](11)將注入的磷離子擴散推結(jié)形成η+型縱向通道，該η+型縱向通道與步驟(6)所得η型橫向通道形成類T形結(jié)構(gòu)的η型通道連接區(qū)；
[0017](12)在接觸槽的底部注入硼離子形成P+層，并進行擴散推結(jié)；
[0018]( 13)在P+層的上方填充金屬形成金屬塞；
[0019](14)對步驟(13)所得晶體進行蒸鋁操作，以在該晶體的上表面形成源極；
[0020](15)減薄步驟(14)所得晶體的N+襯底，并在減薄的N+襯底下表面背金形成功率場效應(yīng)管的漏極。
[0021]采用上述生產(chǎn)方法制備的基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管，主要由漏極、柵極、源極、N+襯底、P型外延層、η+型縱向通道、η型橫向通道、良導(dǎo)體、二氧化硅氧化層、體區(qū)P、P+層、金屬塞、源區(qū)N+、硼磷硅玻璃、以及鋁層組成；其中N+襯底的下表面背金形成功率場效應(yīng)管的漏極；Ρ型外延層位于N+襯底的上表面；η+型縱向通道處于P型外延層中，并將P型外延層分隔為多塊；11型橫向通道的左右兩側(cè)搭接在2塊P型外延層的上部；η+型縱向通道的頂部與η型橫向通道相連，η+型縱向通道的底部與N+襯底相連；每塊P型外延層的正上方各立設(shè)有一塊柱形良導(dǎo)體，良導(dǎo)體的側(cè)面和底面包覆有二氧化硅氧化層，良導(dǎo)體向外引出形成功率場效應(yīng)管的柵極；多個體區(qū)P分別位于η型橫向通道的上方并填充在良導(dǎo)體周邊所留間隙處；體區(qū)P與P型外延層通過開設(shè)在η型橫向通道上的接觸孔在功能區(qū)外圍是連接通的；每個良導(dǎo)體的左右兩側(cè)各設(shè)有I個源區(qū)N+，且源區(qū)N+處于源區(qū)P的上方；源區(qū)N+與源區(qū)N+之間的空隙形成接觸槽，每個接觸槽的底部均設(shè)有P+層，每個接觸槽的內(nèi)部均填充有金屬塞；2個源區(qū)N+和所夾良導(dǎo)體的上方各覆蓋有一硼磷硅玻璃；鋁層填充覆蓋在金屬塞和硼磷硅玻璃的上表面，鋁層的上部形成功率場效應(yīng)管的源極。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用高能離子注入設(shè)備進行漸深注入，再通過擴散制作一 N型通道連接溝道(Chanel)與漏極(Drain)，N型通道所形成的類T形結(jié)構(gòu)也是3D結(jié)構(gòu)，PN之間形成空乏區(qū)(耗盡層)從單一的垂直方向改變?yōu)榇怪迸c水平兩個方向，這樣可以大幅提高這個區(qū)域的耐壓，從而可以增加N通道的摻雜濃度，進而又起到降低導(dǎo)通電阻的作用；同時，上述結(jié)構(gòu)中柵極底部與Drain之間由P外延阻隔，從而使柵極底部與Drain之間的電容基本為零；并且通道與Chanel的接觸部分較小，可以大幅消除柵極(Gate)和Drain之間的電容，綜合前述兩方面的改進，可以大幅減少Gate開關(guān)時的充、放電時間(Qgd可以大幅降低)，從而提高了 MOS管的開關(guān)速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為類似Super Junction的功率MOS管的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2-圖17 (包括圖3a)為一種基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管的生產(chǎn)方法各步驟所得晶體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖18為一種基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號:1、漏極；2、柵極；3、源極；4、N+襯底；5、P型外延層；6、n+型縱向通道；7、n型橫向通道；
8、良導(dǎo)體；9、二氧化硅氧化層；10、體區(qū)P ;11、P+層；12、金屬塞；13、源區(qū)N+;14、硼磷硅玻璃；15、鋁層。
【具體實施方式】
[0026]一種基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管的生產(chǎn)方法，其特征是包括如下步驟:
[0027](I)在N+襯底4上生長P型外延層5 ;參見圖2 ；
[0028](2)在步驟(I)生長的P型外延層5上光蝕刻出條狀溝槽；參見圖3 ;其中光刻條狀圖形如圖3a所示；
[0029](3)在在步驟(2)所得條狀溝槽的槽壁、槽底、以及P型外延層5的上表面生長二氧化硅氧化層；參見圖4 ；
[0030](4)在步驟(3)所得條狀溝槽內(nèi)沉積金屬或多晶硅作為良導(dǎo)體8，并在功能區(qū)外連接到一起形成柵極2;參見圖5;
[0031](5)從步驟(4)所得晶體的表面向下擴散推結(jié)形成η區(qū)，參見圖6 ;
[0032](6)從步驟(5)所得晶體的表面向下擴散推結(jié)形成體區(qū)Ρ10，此時η區(qū)形成η型橫向通道7，在形成的η型橫向通道7上開設(shè)接觸孔以使得體區(qū)PlO與P型外延層5在功能區(qū)外圍連通；參見圖7 ；
[0033](7)從步驟(6)所得晶體的表面向下擴散推結(jié)形成源區(qū)Ν+13 ;參見圖8 ；
[0034](8)在步驟(7)所得晶體的表面沉積硼磷硅玻璃14 (BPSG)以保護柵極2 (Gate)；參見圖9 ；
[0035](9)在步驟(8)所得晶體的表面光刻出接觸槽；參見圖10 ；
[0036](10)使用高能離子注入設(shè)備，將高能磷離子從步驟(9)所得接觸槽通道中按不同能量等級多次注入，使之形成不同深度的磷離子層；參見圖11和圖12 ；
[0037](11)將步驟(10)注入的磷離子擴散推結(jié)形成η+型縱向通道6，該η+型縱向通道6與步驟(6)所得η型橫向通道7形成類T形結(jié)構(gòu)的η型通道連接區(qū)；參見圖13 ；
[0038](12) η型通道連接區(qū)形成后，在步驟(9)所得接觸槽的底部注入高劑量硼離子形成P+層11，并進行擴散推結(jié)；參見圖14 ;
[0039](13)在步驟(12)所得P+層11的上方填充金屬形成金屬塞12 ;參見圖15 ；
[0040](14)對步驟(13)所得晶體進行蒸鋁操作，以在該晶體的上表面形成源極3(Source);參見圖 16 ；
[0041](15)減薄步驟(14)所得晶體的N+襯底4，并在減薄的N+襯底4下表面背金形成功率場效應(yīng)管的漏極I (Drain);參見圖17。
[0042]采用上述生產(chǎn)方法制備的一種基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管，如圖18所示，主要由漏極1、柵極2、源極3、N+襯底4、P型外延層5、η+型縱向通道6、η型橫向通道7、良導(dǎo)體8、二氧化硅氧化層9、體區(qū)Ρ10、P+層11、金屬塞12、源區(qū)Ν+13、硼磷硅玻璃14、以及鋁層15組成；其中N+襯底4的下表面背金形成功率場效應(yīng)管的漏極I ;Ρ型外延層5位于N+襯底4的上表面；η+型縱向通道6處于P型外延層5中，并將P型外延層5分隔為多塊；η型橫向通道7的左右兩側(cè)搭接在2塊P型外延層5的上部；η+型縱向通道6的頂部與η型橫向通道7相連，η+型縱向通道6的底部與N+襯底4相連；每塊P型外延層5的正上方各立設(shè)有一塊柱形良導(dǎo)體8，良導(dǎo)體8的側(cè)面和底面包覆有二氧化硅氧化層9，良導(dǎo)體8向外引出形成功率場效應(yīng)管的柵極2 ;多個體區(qū)PlO分別位于η型橫向通道7的上方并填充在良導(dǎo)體8周邊所留間隙處；體區(qū)PlO與P型外延層5通過開設(shè)在η型橫向通道7上的接觸孔在功能區(qū)外圍是連接通的；每個良導(dǎo)體8的左右兩側(cè)各設(shè)有I個源區(qū)Ν+13，且源區(qū)Ν+13處于源區(qū)P的上方；源區(qū)Ν+13與源區(qū)Ν+13之間的空隙形成接觸槽，每個接觸槽的底部均設(shè)有P+層11，每個接觸槽的內(nèi)部均填充有金屬塞12 ;2個源區(qū)N+13和所夾良導(dǎo)體8的上方各覆蓋有一硼磷硅玻璃14 ;鋁層15填充覆蓋在金屬塞12和硼磷硅玻璃14的上表面，鋁層15的上部形成功率場效應(yīng)管的源極3。
【權(quán)利要求】
1.基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管的生產(chǎn)方法，其特征是包括如下步驟: (1)在N+襯底(4)上生長P型外延層(5)； (2)在P型外延層(5)上光蝕刻出條狀溝槽； (3)在條狀溝槽的槽壁、槽底、以及P型外延層(5)的上表面生長二氧化硅氧化層； (4)在條狀溝槽內(nèi)沉積金屬或多晶硅作為良導(dǎo)體(8)，并在功能區(qū)外連接到一起形成柵極⑵; (5)從步驟(4)所得晶體的表面向下擴散推結(jié)形成η區(qū)； (6)從步驟(5)所得晶體的表面向下擴散推結(jié)形成體區(qū)P(10)，此時η區(qū)形成η型橫向通道(7)，在形成的η型橫向通道(7)上開設(shè)接觸孔以使得體區(qū)P (10)與P型外延層(5)在功能區(qū)外圍連通； (7)從步驟(6)所得晶體的表面向下擴散推結(jié)形成源區(qū)N+(13)； (8)在步驟(7)所得晶體的表面沉積硼磷硅玻璃(14)以保護柵極(2)； (9)在步驟(8)所得晶體的表面光刻出接觸槽； (10)使用高能離子注入設(shè)備，將磷離子從步驟(9)所得接觸槽通道中按不同能量等級分多次注入，使之形成不同深度的磷離子層； (11)將注入的磷離子擴散推結(jié)形成η+型縱向通道(6)，該η+型縱向通道(6)與步驟(6)所得η型橫向通道(7)形成類T形結(jié)構(gòu)的η型通道連接區(qū)； (12)在接觸槽的底部注入硼離子形成P+層(11)，并進行擴散推結(jié)； (13)在P+層(11)的上方填充金屬形成金屬塞(12)； (14)對步驟(13)所得晶體進行蒸鋁操作，以在該晶體的上表面形成源極(3)； (15)減薄步驟(14)所得晶體的N+襯底(4)，并在減薄的N+襯底(4)下表面背金形成功率場效應(yīng)管的漏極(I)。
2.采用權(quán)利要求1所述生產(chǎn)方法制備的基于高能離子注入方式的通道分壓場效應(yīng)管，其特征是，主要由漏極(I)、柵極(2)、源極(3)、N+襯底(4)、P型外延層(5)、η+型縱向通道(6)、η型橫向通道(7)、良導(dǎo)體(8)、二氧化硅氧化層(9)、體區(qū)P (10)、P+層(11)、金屬塞(12)、源區(qū)Ν+(13)、硼磷硅玻璃(14)、以及鋁層(15)組成；其中N+襯底(4)的下表面背金形成功率場效應(yīng)管的漏極(I) ；Ρ型外延層(5)位于N+襯底(4)的上表面；η+型縱向通道(6)處于P型外延層(5)中，并將P型外延層(5)分隔為多塊；η型橫向通道(7)的左右兩側(cè)搭接在2塊P型外延層(5)的上部；η+型縱向通道(6)的頂部與η型橫向通道(7)相連，η+型縱向通道(6)的底部與N+襯底(4)相連；每塊P型外延層(5)的正上方各立設(shè)有一塊柱形良導(dǎo)體(8)，良導(dǎo)體(8)的側(cè)面和底面包覆有二氧化硅氧化層(9)，良導(dǎo)體(8)向外引出形成功率場效應(yīng)管的柵極(2);多個體區(qū)P (10)分別位于η型橫向通道(7)的上方并填充在良導(dǎo)體(8)周邊所留間隙處；體區(qū)P (10)與P型外延層(5)通過開設(shè)在η型橫向通道(7)上的接觸孔在功能區(qū)外圍是連接通的；每個良導(dǎo)體(8)的左右兩側(cè)各設(shè)有I個源區(qū)N+ (13)，且源區(qū)N+ (13)處于源區(qū)P的上方；源區(qū)N+ (13)與源區(qū)N+ (13)之間的空隙形成接觸槽，每個接觸槽的底部均設(shè)有P+層(11),每個接觸槽的內(nèi)部均填充有金屬塞(12) ;2個源區(qū)N+(13)和所夾良導(dǎo)體(8)的上方各覆蓋有一硼磷硅玻璃(14);鋁層(15)填充覆蓋在金屬塞(12)和硼磷硅玻璃(14)的上表面，鋁層(15)的上部形成功率場效應(yīng)管的源極(3)。
【文檔編號】H01L29/78GK103515245SQ201310460632
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】關(guān)仕漢, 李勇昌, 彭順剛, 鄒鋒, 王常毅 申請人:桂林斯壯微電子有限責(zé)任公司