平面型功率mos器件及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可減少光刻次數(shù)的平面型功率MOS器件的制造方法,步驟為:a)提供將第一導(dǎo)電類(lèi)型外延層的表面作為第一主面、將第一導(dǎo)電類(lèi)型襯底的表面作為第二主面的半導(dǎo)體基板;b)在第一主面上生長(zhǎng)絕緣柵氧化層;c)淀積導(dǎo)電多晶硅;d)選擇性地掩蔽和刻蝕多晶硅,e)注入第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)、并推阱,形成第二導(dǎo)電類(lèi)型深阱區(qū);f)淀積介質(zhì)層;g)形成刻蝕孔,h)選擇性地刻蝕介質(zhì)層;i)注入第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)并推阱形成N+區(qū),然后;j)以介質(zhì)層為阻擋,刻蝕多晶阻擋塊和多晶阻擋塊底部剩余的柵氧化層;k)填充孔并淀積金屬,并刻蝕金屬形成源極金屬和截止環(huán)金屬;1)在第一導(dǎo)電類(lèi)型襯底底部淀積金屬作為漏極。
【專(zhuān)利說(shuō)明】平面型功率MOS器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率MOS器件及其制造方法,具體涉及到一種平面型功率MOS器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率MOS場(chǎng)效應(yīng)管的使用和發(fā)展已經(jīng)有多年的歷史,其設(shè)計(jì)和制造方法一直在不斷地改進(jìn),從性能上,主要是朝著高耐壓、低導(dǎo)通電阻、高頻率、高可靠性的方向發(fā)展。但隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈,對(duì)于成本的控制要求也越來(lái)越高,如何在保證器件的性能不下降的前提下,盡量地降低制造成本,已經(jīng)成為現(xiàn)今技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的重要方向。
[0003]對(duì)于功率MOS器件來(lái)講,控制制造成本,主要有兩個(gè)方向:第一為減小芯片面積,即在同樣大小的硅片上做出更多的芯片;第二減少光刻的次數(shù),簡(jiǎn)化制造工藝,一般來(lái)說(shuō),生產(chǎn)成本與光刻的次數(shù)成正比,減少光刻次數(shù)對(duì)降低成本意義重大。
[0004]如圖1所示,功率MOS器件的結(jié)構(gòu)通常包括:元胞區(qū)(也稱(chēng)單胞區(qū))以及位于元胞區(qū)周?chē)慕K端保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu),元胞區(qū)的元胞集成度和終端保護(hù)結(jié)構(gòu)的耐壓能力共同影響著產(chǎn)品的特性,目前,傳統(tǒng)的平面型功率MOS器件,通常要經(jīng)過(guò)六至七次光刻完成,工藝步驟繁多,制造成本較高。具體的制造方法包括以下步驟:
[0005]第一步:場(chǎng)氧化層生長(zhǎng);
[0006]第二步:保護(hù)環(huán)區(qū)光刻/刻蝕/注入/推阱(光刻版I);
[0007]第三步:有源區(qū)光刻/刻蝕(光刻版2);
[0008]第四步:多晶硅生長(zhǎng)/光刻/刻蝕(光刻版3);
[0009]第五步:P阱注入推阱;
[0010]第六步:N+源極光刻/注入(光刻版4);
[0011]第七步:介質(zhì)淀積;
[0012]第八步:接觸孔光刻/刻蝕(光刻版5);
[0013]第九步:金屬層光刻/刻蝕(光刻版6)。
[0014]當(dāng)然,有些高壓器件還需要鈍化層保護(hù),光刻版數(shù)會(huì)增加至七次。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0015]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種可以減少光刻次數(shù)、從而降低制造成本的平面型功率MOS器件的制造方法。
[0016]為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:平面型功率MOS器件的制造方法,其步驟為:
[0017]a)在第一導(dǎo)電類(lèi)型襯底上生長(zhǎng)第一導(dǎo)電類(lèi)型外延層即第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū),形成半導(dǎo)體基板,第一導(dǎo)電類(lèi)型外延層的表面為第一主面,第一導(dǎo)電類(lèi)型襯底的表面為第二主面;
[0018]b)在第一主面上生長(zhǎng)絕緣柵氧化層;[0019]c)淀積導(dǎo)電多晶娃;
[0020]d)選擇性地掩蔽和刻蝕導(dǎo)電多晶硅,形成間斷的多晶硅體;間斷的多晶硅體包括:單胞區(qū)的MOS柵極多晶、場(chǎng)限環(huán)多晶和多晶阻擋塊,多晶阻擋塊的寬度不能太大,以保證后續(xù)注入在其兩邊的第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)在推阱后能夠擴(kuò)散在一起;同樣,多晶阻擋塊的寬度也不能太小,以保證后續(xù)注入在其兩邊的第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)在推阱后不相接;
[0021]e)注入第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)、并熱推阱,形成第二導(dǎo)電類(lèi)型阱;此處由于推阱作用,位于多晶阻擋塊兩邊的第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)會(huì)擴(kuò)散相接,形成MOS的阱區(qū);
[0022]f)淀積絕緣介質(zhì)層;
[0023]g)涂光刻膠,光刻顯影光刻膠形成孔刻蝕的掩膜結(jié)構(gòu);
[0024]h)以g)步驟形成的掩膜,刻蝕絕緣介質(zhì)層,在單胞區(qū)中露出多晶阻擋塊;
[0025]去除光刻膠
[0026]i)以h)步中刻蝕后的絕緣介質(zhì)層以及多晶阻擋塊為阻擋層,注入第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì),并熱推阱,形成第一導(dǎo)電類(lèi)型注入?yún)^(qū);
[0027]j)以絕緣介質(zhì)層為阻擋,刻蝕多晶阻擋塊和多晶阻擋塊底部剩余的柵氧化層;
[0028]k)在第一主面上方淀積金屬,選擇性地掩蔽和刻蝕金屬層,形成源極金屬和截止環(huán)金屬;
[0029]I)在第一導(dǎo)電類(lèi)型襯底底部淀積金屬作為漏極。
[0030]本發(fā)明還提供了一種采用本發(fā)明所述的制造方法得到的、可大幅降低制造成本的平面型功率MOS器件,包括:半導(dǎo)體基板,半導(dǎo)體基板下部為重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類(lèi)型襯底,上部為輕摻雜的第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū);半導(dǎo)體基板上設(shè)置有由并聯(lián)的單胞組成陣列布置的中心區(qū)即單胞區(qū)、位于單胞陣列外圍的終端保護(hù)結(jié)構(gòu),單胞陣列通過(guò)導(dǎo)電多晶硅連成一個(gè)整體,終端保護(hù)結(jié)構(gòu)包括位于內(nèi)圈的場(chǎng)限環(huán)區(qū)和位于外圍的截止環(huán)區(qū),場(chǎng)限環(huán)區(qū)中設(shè)置有至少一個(gè)場(chǎng)限環(huán),截止環(huán)區(qū)設(shè)置有至少一個(gè)截止環(huán)。
[0031]所述的中心區(qū)在第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)內(nèi)間斷設(shè)置有至少一個(gè)柵極多晶硅區(qū),所述的場(chǎng)限環(huán)區(qū)在第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)內(nèi)間斷設(shè)置有至少一個(gè)場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū),所述的柵極多晶硅區(qū)、場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū)與第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)之間設(shè)有用于隔離的絕緣柵氧化層;相鄰的柵極多晶硅區(qū)之間、相鄰的場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū)之間以及相鄰的柵極多晶硅區(qū)與場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū)之間在第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)內(nèi)分別設(shè)置有一個(gè)第二導(dǎo)電類(lèi)型阱;中心區(qū)所對(duì)應(yīng)的第二導(dǎo)電類(lèi)型阱內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型注入?yún)^(qū);所述截止環(huán)區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的第二導(dǎo)電類(lèi)型阱內(nèi)設(shè)置有一個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型注入?yún)^(qū);第一主面上覆蓋有絕緣介質(zhì)層,絕緣介質(zhì)層在兩兩柵極多晶硅區(qū)之間以及截止環(huán)區(qū)開(kāi)設(shè)有接觸孔,中心區(qū)的絕緣介質(zhì)層和接觸孔中淀積有中心區(qū)金屬,形成源極,截止環(huán)區(qū)的絕緣介質(zhì)層和接觸孔中淀積有截止環(huán)金屬;第二主面上淀積有第二金屬,形成漏極。
[0032]所述的場(chǎng)限環(huán)區(qū)在第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)間斷設(shè)置有至少兩個(gè)場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū)。
[0033]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在形成場(chǎng)限環(huán)區(qū)內(nèi)的阱過(guò)程中,巧妙地使用多晶硅作為阻擋層來(lái)替代場(chǎng)氧阻擋層,使得場(chǎng)限環(huán)區(qū)內(nèi)阱的形成和單胞區(qū)內(nèi)阱的形成可以一起完成,這樣可以有效地省去保護(hù)環(huán)光刻版以及相應(yīng)工藝步驟;再者,由于場(chǎng)氧光刻省略,場(chǎng)氧層最初也無(wú)需形成,這樣又可以省略有源區(qū)光刻以及相應(yīng)工藝步驟,此兩次光刻的省略可以大大降低制造成本;此外,還通過(guò)巧妙地設(shè)置多晶硅阻擋塊,少了一次源極光刻過(guò)程,進(jìn)一步降低了成本。這樣一來(lái),本發(fā)明所述的制造方法一共可以節(jié)省三次光刻,節(jié)省了制造成本近50%;另外,本發(fā)明所述的平面型功率MOS器件還可以通過(guò)改變場(chǎng)限環(huán)的數(shù)量、每個(gè)場(chǎng)限環(huán)的寬度、相鄰場(chǎng)限環(huán)的間距等參數(shù)來(lái)滿足不同擊穿電壓產(chǎn)品的需求。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為【背景技術(shù)】中所述的平面型功率MOS器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖2?圖13為本發(fā)明所述的平面型功率MOS器件在制造各階段中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖2至圖13中的附圖標(biāo)記:6、N型襯底,7、N型外延層,8、絕緣柵氧化層,91、柵極多晶硅,92、場(chǎng)限環(huán)多晶硅,93、多晶硅阻擋塊,10、P型雜質(zhì)預(yù)注區(qū),11、P阱,12、絕緣介質(zhì)層,13、光刻膠,14、N型雜質(zhì)預(yù)注區(qū),15、N型注入?yún)^(qū),16、源極,17、截止環(huán)金屬,18、漏極。
【具體實(shí)施方式】
[0037]首先,以N型平面型功率MOS器件為例詳細(xì)描述本發(fā)明所述的平面型功率MOS器件的制造方法,其步驟為:
[0038]a)在重?fù)诫s的N型襯底6上生長(zhǎng)輕摻雜的N型外延層7,形成以N型外延層7(又稱(chēng)N型漂移區(qū))的表面作為第一主面和以N型襯底6的表面作為第二主面的半導(dǎo)體基板一參見(jiàn)圖2所示;
[0039]b)在第一主面上生長(zhǎng)絕緣柵氧化層8 ;
[0040]c)淀積一層導(dǎo)電多晶娃;
[0041]d)選擇性地掩蔽和刻蝕導(dǎo)電多晶硅,形成間斷的多晶硅體;間斷的多晶硅體包括:單胞區(qū)的MOS的棚極多晶娃91、場(chǎng)限環(huán)多晶娃92和多晶娃阻擋塊93 參見(jiàn)圖3所不;其中,多晶硅阻擋塊93的寬度不能太大,以保證后續(xù)注入在其兩邊的P型雜質(zhì)預(yù)注區(qū)10在推阱后形成的P阱11能夠擴(kuò)散在一起;多晶硅阻擋塊93的寬度也不能太小,以保證后續(xù)注入在其兩邊的N型雜質(zhì)預(yù)注區(qū)14在推阱后形成的N型注入?yún)^(qū)15不能相連;
[0042]e)注入硼等P型雜質(zhì),形成P型雜質(zhì)預(yù)注入?yún)^(qū)10—參見(jiàn)圖4所示,然后熱推阱,溫度在1000至1200°C之間,形成P阱11——參見(jiàn)圖5所示;由于推阱作用,位于多晶硅阻擋塊93兩邊的P型雜質(zhì)會(huì)擴(kuò)散相接,形成MOS的阱區(qū);
[0043]f)淀積絕緣介質(zhì)層12—參見(jiàn)圖6所示;
[0044]g)涂光刻膠13,光刻顯影光刻膠形成孔刻蝕的掩膜結(jié)構(gòu);
[0045]h)以g)步驟中形成的掩膜刻蝕介質(zhì)層12 ;在單胞區(qū)中露出多晶阻擋塊93—參見(jiàn)圖7所示;去除光刻膠——參見(jiàn)圖8所示;
[0046]i)以h)步刻蝕后的絕緣介質(zhì)層以及多晶阻擋塊93為阻擋層,注入磷或砷等N型雜質(zhì),形成N型雜質(zhì)預(yù)注區(qū)14—參見(jiàn)圖9所示,然后,熱推阱,溫度通常在900至KKKTC之間,由于磷或砷的原子量比硼大,相對(duì)于硼而言,推阱擴(kuò)散的速率較小,形成各自獨(dú)立(不會(huì)擴(kuò)散相接)的N型注入?yún)^(qū)15 (N+)—一參見(jiàn)圖10所示;
[0047]j)以絕緣介質(zhì)層為阻擋,刻蝕多晶阻擋塊93——參見(jiàn)圖11所示,然后刻蝕多晶阻擋塊93底部剩余的柵氧化層8—參見(jiàn)圖12所示;
[0048]k)填充孔并淀積金屬,并刻蝕金屬形成源極金屬16和截止環(huán)金屬17 ;
[0049]I)在N型襯底底部淀積金屬作為漏極18——參見(jiàn)圖13所示。[0050]實(shí)際應(yīng)用時(shí),還需將所有單胞區(qū)內(nèi)的導(dǎo)電多晶硅相并接、并引出,形成柵極(屬于本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù),圖中未畫(huà)出)。
[0051]如圖13所示,采用本發(fā)明所述的制造方法得到的平面型功率MOS器件,其結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體基板,半導(dǎo)體基板下部為重?fù)诫s的N型襯底6,上部為輕摻雜的N型漂移區(qū)7 ;半導(dǎo)體基板上設(shè)置有由并聯(lián)的單胞組成陣列布置的中心區(qū)即單胞區(qū)、位于單胞陣列外圍的終端保護(hù)結(jié)構(gòu),單胞陣列通過(guò)導(dǎo)電多晶硅連成一個(gè)整體并引出,形成柵級(jí);終端保護(hù)結(jié)構(gòu)包括位于內(nèi)圈的場(chǎng)限環(huán)區(qū)和位于外圍的截止環(huán)區(qū),場(chǎng)限環(huán)區(qū)中設(shè)置有至少一個(gè)場(chǎng)限環(huán),截止環(huán)區(qū)設(shè)置有至少一個(gè)截止環(huán);在本實(shí)施例中,所述的中心區(qū)在N型漂移區(qū)7上間斷設(shè)置有至少一個(gè)柵極多晶硅區(qū)91,所述的場(chǎng)限環(huán)區(qū)在N型漂移區(qū)7上間斷設(shè)置有至少兩個(gè)場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū)92,所述的柵極多晶硅區(qū)91、場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū)92與N型漂移區(qū)7之間設(shè)有用于隔離的絕緣柵氧化層8 ;相鄰的柵極多晶硅區(qū)91之間、相鄰的場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū)92之間以及相鄰的柵極多晶硅區(qū)91與場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū)92之間在N型漂移區(qū)7內(nèi)分別設(shè)置有一個(gè)P阱11 ;中心區(qū)所對(duì)應(yīng)的P阱11內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)N型注入?yún)^(qū)15 ;所述截止環(huán)區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的P阱11內(nèi)設(shè)置有一個(gè)N型注入?yún)^(qū)15 ;第一主面上覆蓋有絕緣介質(zhì)層12,絕緣介質(zhì)層12在兩兩柵極多晶硅區(qū)91之間以及截止環(huán)區(qū)開(kāi)設(shè)有接觸孔,中心區(qū)的絕緣介質(zhì)層12和接觸孔中淀積有中心區(qū)金屬,形成源極16,截止環(huán)區(qū)的絕緣介質(zhì)層12和接觸孔中淀積有截止環(huán)金屬17 ;第二主面上淀積有第二金屬,形成漏極18。
【權(quán)利要求】
1.一種平面型功率MOS器件,包括:半導(dǎo)體基板,半導(dǎo)體基板下部為重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類(lèi)型襯底,上部為輕摻雜的第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū);半導(dǎo)體基板上設(shè)置有由并聯(lián)的單胞組成陣列布置的中心區(qū)即單胞區(qū)、位于單胞陣列外圍的終端保護(hù)結(jié)構(gòu),單胞陣列通過(guò)導(dǎo)電多晶硅連成一個(gè)整體,終端保護(hù)結(jié)構(gòu)包括位于內(nèi)圈的場(chǎng)限環(huán)區(qū)和位于外圍的截止環(huán)區(qū),場(chǎng)限環(huán)區(qū)中設(shè)置有至少一個(gè)場(chǎng)限環(huán),截止環(huán)區(qū)設(shè)置有至少一個(gè)截止環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面型功率MOS器件,其特征在于:所述的中心區(qū)在第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)上間斷設(shè)置有至少一個(gè)柵極多晶硅區(qū),所述的場(chǎng)限環(huán)區(qū)在第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)上間斷設(shè)置有至少一個(gè)場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū),所述的柵極多晶硅區(qū)、場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū)與第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)之間設(shè)有用于隔離的絕緣柵氧化層;相鄰的柵極多晶硅區(qū)之間、相鄰的場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū)之間以及相鄰的柵極多晶硅區(qū)與場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū)之間在第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)內(nèi)分別設(shè)置有一個(gè)第二導(dǎo)電類(lèi)型阱;中心區(qū)所對(duì)應(yīng)的第二導(dǎo)電類(lèi)型阱內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型注入?yún)^(qū);所述截止環(huán)區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的第二導(dǎo)電類(lèi)型阱內(nèi)設(shè)置有一個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型注入?yún)^(qū);第一主面上覆蓋有絕緣介質(zhì)層,絕緣介質(zhì)層在兩兩柵極多晶硅區(qū)之間及截止環(huán)區(qū)開(kāi)設(shè)有接觸孔,中心區(qū)的絕緣介質(zhì)層和接觸孔中淀積有中心區(qū)金屬,形成源極,截止環(huán)區(qū)的絕緣介質(zhì)層和接觸孔中淀積有截止環(huán)金屬;第二主面上淀積有第二金屬,形成漏極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平面型功率MOS器件,其特征在于:所述的場(chǎng)限環(huán)區(qū)在第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū)間斷設(shè)置有至少兩個(gè)場(chǎng)限環(huán)多晶硅區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面型功率MOS器件的制造方法,其步驟為: a)在第一導(dǎo)電類(lèi)型襯底上生長(zhǎng)第一導(dǎo)電類(lèi)型外延層即第一導(dǎo)電類(lèi)型漂移區(qū),形成半導(dǎo)體基板,第一導(dǎo)電類(lèi)型外延層的表面為第一主面,第一導(dǎo)電類(lèi)型襯底的表面為第二主面; b)在第一主面上生長(zhǎng)絕緣柵氧化層; c)淀積導(dǎo)電多晶硅; d)選擇性地掩蔽和刻蝕導(dǎo)電多晶硅,形成間斷的多晶硅體;間斷的多晶硅體包括:單胞區(qū)的MOS柵極多晶、場(chǎng)限環(huán)多晶和多晶阻擋塊,多晶阻擋塊的寬度不能太大,以保證后續(xù)注入在其兩邊的第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)在推阱后能夠擴(kuò)散在一起;同樣,多晶阻擋塊的寬度也不能太小,以保證后續(xù)注入在其兩邊的第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)在推阱后不相接; e)注入第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)、并熱推阱,形成第二導(dǎo)電類(lèi)型阱;此處由于推阱作用,位于多晶阻擋塊兩邊的第二導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)會(huì)擴(kuò)散相接,形成MOS的阱區(qū); f)淀積絕緣介質(zhì)層; g)涂光刻膠,光刻顯影光刻膠形成孔刻蝕的掩膜結(jié)構(gòu); h)以g)步驟形成的掩膜,刻蝕絕緣介質(zhì)層,在單胞區(qū)中露出多晶阻擋塊;去除光刻膠; i)Wh)步中刻蝕后的絕緣介質(zhì)層以及多晶阻擋塊為阻擋層,注入第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì),并熱推阱,形成第一導(dǎo)電類(lèi)型注入?yún)^(qū); j)以絕緣介質(zhì)層為阻擋,刻蝕多晶阻擋塊和多晶阻擋塊底部剩余的柵氧化層; k)在第一主面上方淀積金屬,選擇性地掩蔽和刻蝕金屬層,形成源極金屬和截止環(huán)金屬; I)在第一導(dǎo)電類(lèi)型襯底底部淀積金屬作為漏極。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103779415SQ201410024892
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】殷允超, 丁磊 申請(qǐng)人:張家港凱思半導(dǎo)體有限公司