CN101026190A - 沟槽高压n型金属氧化物半导体管及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沟槽高压N型金属氧化物半导体管，包括兼做衬底的N型漏区，在N型漏区上设有N型外延，在N型外延上设有P型阱，在P型阱上设有N型源区和P型接触孔，在P型阱及N型外延内设有沟槽，在沟槽内填充有二氧化硅，在沟槽内还设有多晶硅栅且多晶硅栅的位置高度与P型阱的高度相对应，在沟槽的周围设有P型区，在多晶硅栅与P型阱之间设有栅氧化层，在多晶硅栅及N型源区的上方覆有二氧化硅，在N型源区及P型接触孔上连接有铝引线。其制备是在N型硅片上制备一层N型外延，在其上形成P型区，此后，淀积二氧化硅填满沟槽，再反刻出沟槽，生长栅氧化层，刻蚀出栅区，形成器件源区，再制备衬底接触区，最后刻孔并制备金属铝引线。

Description

沟槽高压N型金属氧化物半导体管及其制备工艺

技术领域

本发明是一种金属氧化物半导体管及其制备工艺，尤其是沟槽高压N型金属氧化物半导体管及其制备工艺。

背景技术

MOS(金属氧化物半导体)型高压器件具有开关特性好、功耗小等优点，更为重要的是金属氧化物半导体型高压器件易于兼容标准低压金属氧化物半导体工艺，降低芯片的生产成本。金属氧化物半导体型高压器件向着两个方向发展：横向金属氧化物半导体型高压器件和垂直导电金属氧化物半导体型高压器件。其中垂直导电金属氧化物半导体型高压器件将漏区、漂移区和沟道区从硅片表面分别转移到硅片的底部和体内，与横向金属氧化物半导体型高压器件相比，单个管芯占用的硅片面积大大减小，从而在相同的版图面积上可以得到大的工作电流。目前常用的两种垂直导电金属氧化物半导体型高压器件结构是VDMOS和UMOS。与VDMOS相比，UMOS采用纵向沟道且不存在JFET电阻，因此在导通电阻和开关特性方面更有优势。

技术内容

本发明提供一种击穿电压在50V以上、工作电流在100mA以上且与标准外延CMOS(互补型金属氧化物半导体)工艺相兼容的沟槽高压N型金属氧化物半导体管及其制备工艺。

本发明采用如下技术方案：

一种沟槽高压N型金属氧化物半导体管，包括兼做衬底的N型漏区，在N型漏区上设有N型外延，在N型外延上设有P型阱，在P型阱上设有N型源区和P型接触孔，在P型阱及N型外延内设有沟槽，在沟槽内填充有二氧化硅，在沟槽内还设有多晶硅栅且多晶硅栅的位置高度与P型阱的高度相对应，在沟槽的周围设有P型区，在多晶硅栅与P型阱之间设有栅氧化层，在多晶硅栅及N型源区的上方覆有二氧化硅，在N型源区及P型接触孔上连接有铝引线。

上述沟槽高压N型金属氧化物半导体管的制备工艺，以重掺杂N型硅片为N型漏区并兼做衬底，在重掺杂N型硅片衬底上制备一层N型外延，并在其上注入杂质硼，形成一个P型阱，刻蚀出沟槽的第一段且该段沟槽的深度大于P型阱的深度，然后再通过自对准注入杂质硼，在深槽底形成P型区，接着再刻蚀出沟槽的第二段，如此循环，直至器件设计要求所规定数量的P型区全部形成，此后，淀积二氧化硅填满沟槽，再反刻出沟槽，生长栅氧化层，淀积多晶硅并刻蚀出栅区，通过自对准注入杂质氟化硼形成器件源区，再制备衬底接触区，淀积二氧化硅，最后刻孔并制备金属铝引线。

本发明的沟槽高压N型金属氧化物半导体管是一种纵向沟道垂直导电金属氧化物半导体型高压器件，它巧妙利用体内耗尽层分压的方法，大大改善了器件特性。该器件的优势在更大工作电压领域将得到更大的体现。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明在沟槽侧壁上引入一个或多个P型区。关态时，这些P型区被耗尽，有效分担了高压，并在器件纵向方向上形成三个或更多个峰值电场，有效缓解了器件沟槽底的大电场，大大提高了器件的击穿电压。(2)本发明在沟槽侧壁上引入P型区，可使器件在相同的击穿电压下，外延浓度增加、外延厚度减小，这将使导通电阻大大减小，从而显著改善器件的导通电流和开关特性。(3)本发明通过在沟槽下引入厚氧化层，有效减小了器件的栅漏电容，从而减小了器件的栅漏电荷，显著提高了器件的驱动能力和开关速度。(4)本发明在沟槽侧壁上的N型区个数可根据实际情况灵活设计，这为设计者提供了一个在器件特性和制造成本之间折中的选择，器件工作电压越高，本发明优势越明显。(5)本发明所引入的深槽刻蚀、体内注入P型区以及其它工艺步骤都可以在标准低压外压CMOS工艺线上实现，故本发明具有兼容性好、可靠性高、制造成本低、易产业化等优点。(6)在沟槽侧壁引入P型区后，与沟槽底部的P型区形成一个完整的分压系统，可以更好地降低沟槽底部及拐角处的电场，提高器件的耐压，同时降低器件的导通电阻。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的实施例结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参照图1，一种沟槽高压N型金属氧化物半导体管，包括兼做衬底的N型漏区1，在N型漏区1上设有N型外延2，在N型外延2上设有P型阱3，在P型阱3上设有N型源区4和P型接触孔5，在P型阱3及N型外延2内设有沟槽6，在沟槽6内填充有二氧化硅8，在沟槽6内还设有多晶硅栅9且多晶硅栅9的位置高度与P型阱3的高度相对应，在沟槽6的周围设有P型区，在多晶硅栅9与P型阱3之间设有栅氧化层11，在多晶硅栅9及N型源区4的上方覆有二氧化硅10，在N型源区4及P型接触孔5上连接有铝引线12，上述P型区可以采用多种更为具体的技术措施，它可以是P型环72，也可以是P型底71，还可以在沟槽周围同时设置P型底71及P型环72，在本实施例中，参照图2，P型区为P型环72且该P型环72位于沟槽6的侧壁上；P型区为P型底71且该P型底71位于沟槽6的端部，P型环72可以采用1个、2个或更多个，具体数量可为：耐压每增加100V，在在沟槽侧壁上增加2个P型环。

实施例2

一种沟槽高压N型金属氧化物半导体管的制备工艺，是以重掺杂N型硅片为N型漏区并兼做衬底，在重掺杂N型硅片衬底上制备一层P型外延，并在其上注入杂质硼，形成一个P型阱，刻蚀出沟槽的第一段且该段沟槽的深度大于P型阱的深度，具体槽深依设计而定，例如：100V器件，沟槽深度3.5微米，然后再通过自对准注入杂质硼，在深槽底形成P型区，接着再刻蚀出沟槽的第二段，如此循环，直至器件设计要求所规定数量的P型区全部形成，或者说是根据器件设计所需P型区的多少来重复以上刻槽与注入步骤，最后形成深槽直至接近漏端且在此处再通过自对准注入杂质硼在深槽底形成P型区，此后，淀积二氧化硅填满沟槽，再反刻出沟槽，生长栅氧化层，淀积多晶硅并刻蚀出栅区，通过自对准注入杂质氟化硼形成器件源区，再制备衬底接触区，淀积二氧化硅，最后刻孔并制备金属铝引线。

Claims (4)

1、一种沟槽高压N型金属氧化物半导体管，其特征在于包括兼做衬底的N型漏区(1)，在N型漏区(1)上设有N型外延(2)，在N型外延(2)上设有P型阱(3)，在P型阱(3)上设有N型源区(4)和P型接触孔(5)，在P型阱(3)及N型外延(2)内设有沟槽(6)，在沟槽(6)内填充有二氧化硅(8)，在沟槽(6)内还设有多晶硅栅(9)且多晶硅栅(9)的位置高度与P型阱(3)的高度相对应，在沟槽(6)的周围设有P型区，在多晶硅栅(9)与P型阱(3)之间设有栅氧化层(11)，在多晶硅栅(9)及N型源区(4)的上方覆有二氧化硅(10)，在N型源区(4)及P型接触孔(5)上连接有铝引线(12)。

2、根据权利要求1所述的沟槽高压N型金属氧化物半导体管，其特征在于P型区为P型环(72)且该P型环(72)位于沟槽(6)的侧壁上。

3、根据权利要求1或2所述的沟槽高压N型金属氧化物半导体管，其特征在于P型区为P型底(71)且该P型底(71)位于沟槽(6)的端部。

4、一种权利要求1所述沟槽高压N型金属氧化物半导体管的制备工艺，其特征在于以重掺杂N型硅片为N型漏区并兼做衬底，在重掺杂N型硅片衬底上制备一层N型外延，并在其上注入杂质硼，形成一个P型阱，刻蚀出沟槽的第一段且该段沟槽的深度大于P型阱的深度，然后再通过自对准注入杂质硼，在深槽底形成P型区，接着再刻蚀出沟槽的第二段，如此循环，直至器件设计要求所规定数量的P型区全部形成，此后，淀积二氧化硅填满沟槽，再反刻出沟槽，生长栅氧化层，淀积多晶硅并刻蚀出栅区，通过自对准注入杂质氟化硼形成器件源区，再制备衬底接触区，淀积二氧化硅，最后刻孔并制备金属铝引线。

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