带有多晶硅场板的功率MOS场效应管及其制造方法技术

一种带有多晶硅场板的功率ＭＯＳ场效应管及其制造方法，其特征在于对ＭＯＳ场效应管有源区外围的终端保护结构进行了以下几方面改进：１．将单胞阵列的边缘单胞外围的Ｐ↑［－］阱直接作为场限环；２．将场限环Ｐ↑［－］区、截止环Ｐ↑［－］区和单胞阵列的Ｐ↑［－］阱作为同一制造层，由Ｐ型掺杂同时形成；３．省去原来由场氧，将场板结构改由栅氧化硅层与多晶硅组成；４．将场板中的多晶硅作为Ｐ型杂质离子注入的阻挡层直接形成场限环Ｐ↑［－］区，截止环Ｐ↑［－］区及单胞的Ｐ↑［－］阱；５．在Ｐ型掺杂之后直接进行Ｎ型掺杂，使得场限环Ｐ↑［－］区、截止环Ｐ↑［－］区和单胞阵列的Ｐ↑［－］阱三者上部均带Ｎ↑［＋］区。本发明专利技术节省了有源区光刻版，场限环光刻版及源区注入三层光刻板，在保证产品性能的前提下，减少了光刻次数，大大降低制造成本，可适用于大批量低成本制造功率ＭＯＳ场效应管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种功率MOS场效应管及其制造方法。特别涉及带有多晶硅 场板的功率MOS场效应管及其制造方法。这种功率MOS场效应管可以是N 或P沟槽型MOS场效应管，也可以是N或P平面型MOS场效应管，它能 承受的电压在中低压范围(20V〈电压〈300V),
技术介绍
功率MOS场效应管使用已有多年历史，其设计和制造方法一直在持续的 改进，从性能上，主要是朝着低导通电阻(Rdson)，高耐压，高频率的方向 狄，终端保护结构是MOS场效应管设计的一个非常重要的环节。功率MOS 场效应管，工作时需承受较高的反向电压，位于器件中间有源区的各并联单 胞阵列间的表面电位大致相同，而位于有源区边缘(即终端)的单胞与衬底 表面的电位却相差很大，往往引起夕卜團单胞的表面电场过于集中从而造成器 件的边缘击穿.因此，需要在单胞阵列的外團增加终端保护结构，减小终端 电场密度，起到提高MOS场效应管耐压的作用.对于大于20V的功率MOS场效应管，其终端保护结构从内向外由场限 环、场板和截止环组成。而制造场限环和有源区需要进行两次光刻。目前的 技术水平，制造一种功率沟槽型MOS场效应管，总共需务使用七块光刻版， 并按以下工艺流程来完成第一步，在半导体硅片上生长场氧化层；第二步，通过光刻，界定出有源区，对场氧化层进行刻蚀(光刻版l);第三步，通过光刻，界定出场限环注入区域，进行P型掺杂形成场限环 P+区(光刻版2);第四步，于半导体硅片表面生长硬掩膜氧化层，通过光刻，界定出沟槽 腐蚀区域，并进行硬掩膜氧化层腐蚀(光刻板3)第五步，基于硬掩膜氣化层进行深沟槽硅刻蚀；第六步，生长栅氧化层，于栅氧化层表面淀积导电多晶硅； 第七步，通过光刻，界定出多晶硅刻蚀区域，进行多晶硅刻蚀(光刻版4); 第八步，于整个半导M片表面进行P型杂质离子注入，并进行推阱形 成单胞阵列的P-阱；第九步，通过光刻，界定出源极区域，进行N型杂质离子注入鹏成rr区(光刻版5);第十步，于整个半导体硅片表面淀积介质层；第十一步，通过光刻，界定出接触孔区域，并进行氣化层刻蚀(光刻版6); 第十二步，淀积金属层，通过光刻，定义出刻蚀区域，进行金属刻蚀(光 刻版7)。但是随着市场竟争的激烈，对成本控制的要求也越来越高，如何在不降 低器件性能(如特征导通电阻(SpecificRdson)、耐压、器件电容等)的情况 下，降低制造成本成为目前重要的研究方向.控制制造成本，有两个主要方向， 一是减小芯片面积，在同样大小的硅 片上得到更多的芯片。另一方向是减少光刻次数，生产成本与光刻次数成正 比，所以使用尽量少的光刻次数，能大幅度减少生产成本。
技术实现思路
本专利技术提供一种带有多晶硅场板的功率MOS场效应管及其制造方法，其 目的是要在保证不影响器件性能(如特征导通电阻(Specific Rdson)、耐压 等)的前提下，通过对终端保护结构的优化设计来减少光刻次数，从而降低 器件的制造成本。为达到上述目的，本专利技术MOS场效应管采用的笫一种技术方案是 一种 带有多晶硅场板的功率MOS场效应管，在俯视平面上，该器件中间为并联 的单胞阵列，单胞阵列的外围设有终端保护结构，其创新在于在俯视平面上，所述终端保护结构由一个场限环、 一个场板和一个截止 环组成，从单胞阵列的边缘单胞外围开始，终端保护结构由内向外按场限环、 场板、截止环次序设置，而且边缘单胞外围直接连接场限环.在截面上，场限环位于半导体珪片的第一导电类型外延层上部区域内， 它由笫一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型 掺杂区位于笫二导电类型掺杂区的上部.在截面上，场板由栅氧化硅层和导电多晶硅叠加构成，栅氧化硅层位于 半导M片的笫一导电类型外M表面上，导电多晶硅位于栅氧化硅层上。在截面上，截止环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内， 它由第一导电类型掺杂区和第二导电类型摻杂区构成，其中，第一导电类型 掺杂区位于第二导电类型掺杂区的上部，金属层将笫一导电类型掺杂区和第 二导电类型摻杂区连接成等电位.在截面上，场限环、截止环和单胞阵列三者各自的笫二导电类型掺杂区为同一制造层，它们的笫二导电类型杂质掺杂深度相同；场限环、截止环和 单胞阵列三者各自的第一导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第一导电类 型杂质掺杂深度相同；场板中的导电多晶硅位于场限环与截止环之间区域的 上方，并作为第一导电类型和第二导电类型杂质离子注入的阻挡层。为达到上述目的，本专利技术MOS场效应管采用的笫二种技术方案是 一种 带有多晶硅场板的功率MOS场效应管，在俯视平面上，该器件中间为并联 的单胞阵列，单胞阵列的外围设有终端保护结构，其创新在于在俯视平面上，所述终端保护结构由至少两个场限环、与场限环数量相 同的场板和一个截止环组成，从单胞阵列的边缘单胞外围开始，终端保护结 构由内向外按场限环、场板、场限环、场板，最后为截止环的M设置，而 且边缘单胞外围直接连接场限环.在截面上，场限环位于半导M片的第一导电类型外延层上部区域内， 它由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，笫一导电类型 掺杂区位于第二导电类型掺杂区的上部。在截面上，场板由栅氧化硅层和导电多晶硅叠加构成，栅氧化硅层位于 半导朱法片的第一导电类型外延层表面上，导电多晶硅位于栅氧化硅层上。在截面上，截止环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内， 它由第一导电类型掺杂区和笫二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型 掺杂区位于笫二导电类型掺杂区的上部，金属层将第一导电类型摻杂区和第 二导电类型掺杂区连接成等电位。在截面上，场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第二导电类型掺杂区 为同一制造层，它们的第二导电类型杂质掺杂深度相同；场限环、截止环和 单胞阵列三者各自的第一导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第一导电类 型杂质掺杂深度相同；场板中的导电多晶硅位于两个相邻场限环以及场限环 与截止环之间区域的上方，并作为第一导电类型和第二导电类型杂质离子注 入的阻挡层.上述功率MOS场效应管笫一种和笫二种技术方案中的有关内容解释如 下所述边缘单胞是指单胞阵列边缘位置的单胞。所述由内向外是 指以单胞阵列为中心向外围扩散的方向.所述该器件中间是指器件单胞 阵列的区域，或称其为有源区，它是相对外围终端保护结构而言的。所述第 一导电类型和第二导电类型两者中，对于N型MOS场效应管第一导 电类型指N型，第二导电类型指P型；对于P型MOS场效应管正好相反。为达到上述结构，本专利技术功率MOS场效应管制造方法采用的技术方案 是按照上述第一或第二技术方案所述功率MOS场效应管的制造方法，其 创新在于(1) 所述场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第二导电类型掺杂区， 由同一个第二导电类型掺杂过程形成，(2) 所述场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第一导电类型掺杂区， 由同一个第一导电类型摻杂过程形成.(3) 所述场板中的导电多晶硅与单胞阵列中导电多晶硅，由同一个多晶 硅淀积以及多晶硅刻蚀过程形成。(4) 所述场板中的导电多晶硅在第一导电类型杂质和笫二导电类型杂质 离子注入之前形成，并作为终端保护区域第一导电类型杂质和笫二导电类型 杂质离子注入的阻挡层。本专利技术沟槽型功率MOS场效应管制造方法包括下列工艺步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有多晶硅场板的功率ＭＯＳ场效应管，在俯视平面上，该器件中间为并联的单胞阵列，单胞阵列的外围设有终端保护结构，其特征在于：在俯视平面上，所述终端保护结构由一个场限环、一个场板和一个截止环组成，从单胞阵列的边缘单胞外围开始，终端保 护结构由内向外按场限环、场板、截止环次序设置，而且边缘单胞外围直接连接场限环；在截面上，场限环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内，它由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺杂区位于第二导电类型掺杂 区的上部；在截面上，场板由栅氧化硅层和导电多晶硅叠加构成，栅氧化硅层位于半导体硅片的第一导电类型外延层表面上，导电多晶硅位于栅氧化硅层上；在截面上，截止环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内，它由第一导电类型掺杂区和 第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺杂区位于第二导电类型掺杂区的上部，金属层将第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区连接成等电位；在截面上，场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第二导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第二导电类型 杂质掺杂深度相同；场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第一导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第一导电类型杂质掺杂深度相同；场板中的导电多晶硅位于场限环与截止环之间区域的上方，并作为第一导电类型和第二导电类型杂质离子注入的阻挡层。...

【技术特征摘要】
1、一种带有多晶硅场板的功率MOS场效应管，在俯视平面上，该器件中间为并联的单胞阵列，单胞阵列的外围设有终端保护结构，其特征在于在俯视平面上，所述终端保护结构由一个场限环、一个场板和一个截止环组成，从单胞阵列的边缘单胞外围开始，终端保护结构由内向外按场限环、场板、截止环次序设置，而且边缘单胞外围直接连接场限环；在截面上，场限环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内，它由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺杂区位于第二导电类型掺杂区的上部；在截面上，场板由栅氧化硅层和导电多晶硅叠加构成，栅氧化硅层位于半导体硅片的第一导电类型外延层表面上，导电多晶硅位于栅氧化硅层上；在截面上，截止环位于半导体硅片的第一导电类型外延层上部区域内，它由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺杂区位于第二导电类型掺杂区的上部，金属层将第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区连接成等电位；在截面上，场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第二导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第二导电类型杂质掺杂深度相同；场限环、截止环和单胞阵列三者各自的第一导电类型掺杂区为同一制造层，它们的第一导电类型杂质掺杂深度相同；场板中的导电多晶硅位于场限环与截止环之间区域的上方，并作为第一导电类型和第二导电类型杂质离子注入的阻挡层。2、 一种带有多晶硅场板的功率MOS场效应管，在俯视平面上，该器件中 间为并联的单胞阵列，单胞阵列的外围设有终端保护结构，其特征在于在俯视平面上，所述终端保护结构由至少两个场限环、与场限环数量相同 的场板和一个截止环组成，从单胞阵列的边缘单胞外围开始，终端保护结构由 内向外按场限环、场板、场限环、场板，最后为截止环的M^设置，而且边缘 单胞外围直接连接场限环；在截面上，场限环位于半导体硅片的笫一导电类型外延层上部区域内，它 由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，笫一导电类型掺杂 区位于第二导电类型掺杂区的上部；在截面上，场板由栅氧化硅层和导电多晶硅叠加构成，栅氧化^位于半 导体硅片的第一导电类型外延层表面上，导电多晶硅位于栅氣化硅层上；在截面上，截止环位于半导朱眭片的第一导电类型外延层上部区域内，它 由笫一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成，其中，第一导电类型掺杂区位于第二导电类型掺杂区的上部，金属层将第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱袁正，
申请(专利权)人：苏州硅能半导体科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：32[]