CN104167364A - 一种缩小版场效应管的制造方法 - Google Patents
一种缩小版场效应管的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104167364A CN104167364A CN201410427093.6A CN201410427093A CN104167364A CN 104167364 A CN104167364 A CN 104167364A CN 201410427093 A CN201410427093 A CN 201410427093A CN 104167364 A CN104167364 A CN 104167364A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ring
- produce
- region
- limiting ring
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 67
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 29
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 22
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 22
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 22
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 16
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 15
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 15
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 9
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 8
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 7
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 6
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 claims description 3
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种缩小版场效应管的制造方法。该方法首先在N型硅外延片上制作场限环、终端扩展及主结过渡区结构，然后制作出N型截止环及多晶结构，再制作出接触孔和正面金属结构电极，最后制作出背面金属结构。通过采用场限环和终端扩展技术，经优化的尺寸结构、注入剂量及能量、推进温度及时间，成功制造出缩小版场效应管。在保证原有芯片性能的前提下，较原有采用电阻场板技术的场效应管芯片面积缩小了17.8%，以6寸硅片计算，单片硅片所制作出的芯片数由1070支增加到1257支，芯片数量增加17.47%，大大降低了单位芯片的成本，从而满足了市场需求。
Description
技术领域
本发明涉及功率器件领域中一种缩小版场效应管的制造方法。
背景技术
近年来，迅猛发展的电子市场给高压大电流半导体注入了新的活力，场效应管得到了蓬勃的发展。这种电流垂直流动的双扩散MOS器件是电压控制型器件。在合适的栅极电压的控制下，半导体表面反型，形成导电沟道，于是漏极和源极之间流过适量的电流。它兼有双极晶体管和普通MOS器件的优点。与双极晶体管相比，它的开关速度，开关损耗小；输入阻抗高，驱动功率小；频率特性好；跨导高度线性。
但随着市场竞争不断激化，出于单位芯片的成本考虑市场需求在保持原有芯片性能的前提下尽可能缩小芯片面积，因此场效应管芯片的小型化也就成为了目前市场的主流趋势，也是我们急于开发的重要课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种缩小版场效应管的制造方法。芯片尺寸的缩小主要是通过两种方式：1、优化器件单胞设计缩小主芯片面积；2、优化外围耐压环设计缩小保护环变面积。本发明设计的缩小版场效应管采用的是第二种方法，也就是优化耐压环设计方案。
本发明为实现上述目的采取的技术方案是：一种缩小版场效应管的制造方法，其特征在于：首先在N型硅外延片上制作场限环、终端扩展及主结过渡区结构，然后制作出N型截止环及多晶结构，再制作出接触孔和正面金属结构电极，最后制作出背面金属结构，其步骤是：
步骤一.经过一次氧化在N型硅外延片表面生长一层氧化硅绝缘介质膜，通过光刻方法制作出场限环区域及主结过渡区域，并对场限环区域和主结过渡区域加以注入P型离子；
步骤二.经过二次氧化在N型硅外延片表面生长一层氧化硅绝缘介质膜，通过光刻方法制作出N型截止环区，并对N型截止环区注入N型离子，在高温推进作用下扩散形成N型截止环和终端扩展结构；
步骤三.通过氧化形成栅氧，然后垫积参磷多晶硅后，通过光刻方法制作出多晶栅图形，通过干法刻蚀形成多晶栅结构，对整体区域注入P型离子，并通过高温推进强化终端扩展结构；
步骤四.通过光刻方法对N型截止环区再次注入N型离子，强化N型截止环；
步骤五.通过化学气相垫积方法垫积出绝缘介质层，利用光刻方法制作出接触孔图形，通过湿法刻蚀和干法刻蚀刻蚀出接触孔；
步骤六.通过物理垫积方法在硅片表面垫积一层金属，再利用光刻方法制作出正面金属结构图形，最后利用湿法刻蚀方法刻蚀出金属场板、栅极电极及源极电极；
步骤七.最后利用研磨方法将硅片减薄，利用蒸发方法在硅片背面蒸发上金属，制作出背面漏极电极。
本发明产生的有益效果是：通过采用场限环和终端扩展技术，经优化的尺寸结构、注入剂量及能量、推进温度及时间，成功制造出缩小版场效应管。在保证原有芯片性能的前提下，较原有采用电阻场板技术的场效应管芯片面积缩小了17.8%，以6寸硅片计算，单片硅片所制作出的芯片数由1070支增加到1257支，芯片数量增加17.47%，大大降低了单位芯片的成本，从而满足了市场需求。
附图说明
图1是缩小版场效应管俯视示意图；
图中A显示为场限环和终端扩展结构部分；
图2、图3、图4、图5、图6分别是图1中场限环和终端扩展结构部分A的分层剖面图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
一、 制作光刻板，根据反向抑制电压600V和导通电流7A制作出芯片面积为3720um*3120um的场效应管的光刻板转移图形（参见图1），图中A显示为场限环和终端扩展结构部分。
二、参见图2，经过一次氧化在N型硅外延片表面生长一层氧化硅绝缘介质膜（场氧，宽度为220.5um）1，从右至左，在经过一次氧化生长的氧化硅绝缘介质膜之上的43um处通过光刻方法制作出主结过渡区2；在氧化硅绝缘介质膜之上距主结过渡区10um处通过光刻方法制作出宽度为10um的第一条场限环区域3，在氧化硅绝缘介质膜之上距第一条场限环区域10um处通过光刻方法制作出宽度为10um的第二条场限环区域3，在氧化硅绝缘介质膜之上距第二条场限环区域10um处通过光刻方法制作出宽度为10um的第三条场限环区域3，在氧化硅绝缘介质膜之上距第三条场限环区域12um处通过光刻方法制作出宽度为10um的第四条场限环区域3，在氧化硅绝缘介质膜之上距第四条场限环区域13um处通过光刻方法制作出宽度为14um的第五条场限环区域3，并对五条场限环区域3分别加以注入浓度为4.5E13/ cm2的P型离子硼。
三、参照图3，经过二次氧化在N型硅外延片表面生长一层氧化硅绝缘介质膜，在经过二次氧化生长的氧化硅绝缘介质膜之上左端的11.5um处通过光刻方法制作出N型截止环4，并对截止环4注入浓度为1.0E12/cm2的N型离子磷；之后以温度为1150℃高温推进540min，形成五个终端扩展结构5和N型截止环4。
四、参照图4，通过氧化形成栅氧，然后垫积参磷多晶硅后，通过光刻方法制作出多晶栅图形，在距左端9.5um处的 N型截止环4和二次氧化生长的氧化硅绝缘介质膜之上以及在右端的主结过渡区3结构之上分别形成宽度为8um和宽度为38um的多晶栅结构6，并对整体区域注入浓度为4.3E12/cm2的P型离子硼，并加以温度为1150℃高温推进 120min，以强化终端扩展结构5。
五、参照图5，通过光刻方法对N截止环4区注入浓度为5.0E15/cm2的N型离子磷，以强化N型截止环4。
六、参照图5，通过化学气相垫积方法在强化的N型截止环区4、终端扩展结构5及主结过度区2垫积出绝缘介质层7，并在距左端63um的第五个终端扩展结构5之上和距右端32um处的多晶栅结构6之上分别通过湿法刻蚀和干法刻蚀刻蚀出宽度为3um的条形接触孔8。
七、参照图6，通过物理气相垫积方法在强化的N型截止环区4、终端扩展区5及主结过度区2垫积出正面金属层，利用湿法刻蚀方法在距左端49.5um的绝缘介质层之上刻蚀出宽度为34um的金属场板9，在距右端23um处的绝缘介质层之上刻蚀出宽度为30um的栅极电极10以及自右端起刻蚀出宽度为17um源极电极11。
八、最后利过研磨方法最终将硅片减薄到280um，利用蒸发方法在硅片背面蒸发上金属，制作出背面漏极电极。
本实施例的7A 600V场效应管经检测后的各项参数经标准评定均达到了规格要求（见下表）
| 参数 | 测试条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | 实测值 |
| 开启电压 | ID=250uA | 2.3 | 3.0 | 3.7 | V | 2.86 |
| 漏源击穿电压 | ID=250uA | 606 | 650 | - | V | 659 |
| 栅源漏电 | VGS=32V | - | 5 | 90 | nA | 1.01 |
| 源漏漏电 | VDS=600V | - | 5 | 300 | nA | 8.42 |
| 导通电阻 | ID1A，VGS=10V | - | 1.2 | 1.5 | pF | 1.27 |
| 正向压降 | IS=1A | - | 0.75 | 0.9 | V | 0.74 |
Claims (8)
1.一种缩小版场效应管的制造方法，其特征在于：首先在N型硅外延片上制作场限环、终端扩展及主结过渡区结构，然后制作出N型截止环及多晶结构，再制作出接触孔和正面金属结构电极，最后制作出背面金属结构，其步骤是：
步骤一.经过一次氧化在N型硅外延片表面生长一层氧化硅绝缘介质膜，通过光刻方法制作出场限环区域及主结过渡区域，并对场限环区域和主结过渡区域加以注入P型离子；
步骤二.经过二次氧化在N型硅外延片表面生长一层氧化硅绝缘介质膜，通过光刻方法制作出N型截止环区，并对N型截止环区注入N型离子，在高温推进作用下扩散形成N型截止环和终端扩展结构；
步骤三.通过氧化形成栅氧，然后垫积参磷多晶硅后，通过光刻方法制作出多晶栅图形，通过干法刻蚀形成多晶栅结构，对整体区域注入P型离子，并通过高温推进强化终端扩展结构；
步骤四.通过光刻方法对N型截止环区再次注入N型离子，强化N型截止环；
步骤五.通过化学气相垫积方法垫积出绝缘介质层，利用光刻方法制作出接触孔图形，通过湿法刻蚀和干法刻蚀刻蚀出接触孔；
步骤六.通过物理垫积方法在硅片表面垫积一层金属，再利用光刻方法制作出正面金属结构图形，最后利用湿法刻蚀方法刻蚀出金属场板、栅极电极及源极电极；
步骤七.最后利用研磨方法将硅片减薄，利用蒸发方法在硅片背面蒸发上金属，制作出背面漏极电极。
2.根据权利要求1所述的一种缩小版场效应管的制造方法，其特征在于：从右至左，在经过一次氧化生长的氧化硅绝缘介质膜之上的43um处通过光刻方法制作出主结过渡区；在氧化硅绝缘介质膜之上距主结过渡区10um处通过光刻方法制作出宽度为10um的第一条场限环区域，在氧化硅绝缘介质膜之上距第一条场限环区域10um处通过光刻方法制作出宽度为10um的第二条场限环区域，在氧化硅绝缘介质膜之上距第二条场限环区域10um处通过光刻方法制作出宽度为10um的第三条场限环区域，在氧化硅绝缘介质膜之上距第三条场限环区域12um处通过光刻方法制作出宽度为10um的第四条场限环区域，在氧化硅绝缘介质膜之上距第四条场限环区域13um处通过光刻方法制作出宽度为14um的第五条场限环区域，并对五条场限环区域分别加以注入浓度为4.5E13/ cm2的P型离子硼。
3.根据权利要求2所述的一种缩小版场效应管的制造方法，其特征在于：在经过二次氧化生长的氧化硅绝缘介质膜之上左端的11.5um处通过光刻方法制作出N型截止环，并对N型截止环注入浓度为1.0E12/cm2的N型离子磷；之后以温度为1150℃高温推进540min，形成五个终端扩展结构和N型截止环。
4.根据权利要求3所述的一种缩小版场效应管的制造方法，其特征在于：在距左端9.5um处的 N型截止环和二次氧化生长的氧化硅绝缘介质膜之上以及在右端的主结过渡区结构之上分别形成宽度为8um和宽度为38um的多晶栅结构，并对整体区域注入浓度为4.3E12/cm2的P型离子硼，并加以温度为1150℃高温推进 120min，以强化终端扩展结构。
5.根据权利要求4所述的一种缩小版场效应管的制造方法，其特征在于：通过光刻方法对N截止环区注入浓度为5.0E15/cm2的N型离子磷，以强化N型截止环。
6.根据权利要求5所述的一种缩小版场效应管的制造方法，其特征在于：通过化学气相垫积方法在强化的N型截止环区、终端扩展区及主结过度区垫积出绝缘介质层，并在距左端63um的第五个终端扩展结构之上和距右端32um处的多晶栅结构之上分别通过湿法刻蚀和干法刻蚀刻蚀出宽度为3um的条形接触孔。
7.根据权利要求6所述的一种缩小版场效应管的制造方法，其特征在于：通过物理气相垫积方法在强化的N型截止环区、终端扩展区及主结过渡区垫积出正面金属层，利用湿法刻蚀方法在距左端49.5um的绝缘介质层之上刻蚀出宽度为34um的金属场板，在距右端23um处的绝缘介质层之上刻蚀出宽度为30um的栅极电极以及自右端起刻蚀出宽度为17um源极电极。
8.根据权利要求7所述的一种缩小版场效应管的制造方法，其特征在于：最后利用研磨方法最终将硅片减薄到280um，并利用蒸发方法在硅片背面蒸发上金属，制作出背面漏极电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410427093.6A CN104167364B (zh) | 2014-08-27 | 2014-08-27 | 一种缩小版场效应管的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410427093.6A CN104167364B (zh) | 2014-08-27 | 2014-08-27 | 一种缩小版场效应管的制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104167364A true CN104167364A (zh) | 2014-11-26 |
| CN104167364B CN104167364B (zh) | 2017-06-16 |
Family
ID=51911134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410427093.6A Active CN104167364B (zh) | 2014-08-27 | 2014-08-27 | 一种缩小版场效应管的制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104167364B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113903667A (zh) * | 2021-09-08 | 2022-01-07 | 上海先进半导体制造有限公司 | 场限环结构的制备方法及系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040262678A1 (en) * | 2003-06-26 | 2004-12-30 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor device and a method of manufacturing the same |
| KR100485131B1 (ko) * | 2002-10-18 | 2005-04-25 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 반도체 소자의 접합 마감 구조 |
| CN103311287A (zh) * | 2013-03-11 | 2013-09-18 | 电子科技大学 | 一种具有系列p浮空埋层的rc-igbt |
-
2014
- 2014-08-27 CN CN201410427093.6A patent/CN104167364B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100485131B1 (ko) * | 2002-10-18 | 2005-04-25 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 반도체 소자의 접합 마감 구조 |
| US20040262678A1 (en) * | 2003-06-26 | 2004-12-30 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor device and a method of manufacturing the same |
| CN103311287A (zh) * | 2013-03-11 | 2013-09-18 | 电子科技大学 | 一种具有系列p浮空埋层的rc-igbt |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113903667A (zh) * | 2021-09-08 | 2022-01-07 | 上海先进半导体制造有限公司 | 场限环结构的制备方法及系统 |
| CN113903667B (zh) * | 2021-09-08 | 2024-05-24 | 上海先进半导体制造有限公司 | 场限环结构的制备方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104167364B (zh) | 2017-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102903746B (zh) | 一种大电流密度的横向超薄绝缘栅双极型晶体管 | |
| CN105118862B (zh) | 一种具有抗单粒子效应的vdmos器件 | |
| CN105161539A (zh) | 碳化硅mosfet器件及其制作方法 | |
| US20190013383A1 (en) | Silicon carbide mosfet device and method for manufacturing the same | |
| CN110459602A (zh) | 具有纵向浮空场板的器件及其制造方法 | |
| CN105023943B (zh) | 一种纵向rc‑igbt器件 | |
| CN113571415B (zh) | Igbt器件及其制作方法 | |
| CN114975602A (zh) | 一种高可靠性的igbt芯片及其制作方法 | |
| CN105185826A (zh) | 一种横向rc-igbt器件 | |
| CN104332495A (zh) | 一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法 | |
| CN102623495A (zh) | 一种多掺杂口袋结构的隧穿场效应晶体管及其制备方法 | |
| CN100568469C (zh) | 低导通阻抗功率场效应管vdmos的制作方法 | |
| CN102709191A (zh) | 一种复合外延制作中压n型系列双扩散型场效应管的制作工艺 | |
| CN107527811A (zh) | 横向绝缘栅双极型晶体管及其制造方法 | |
| CN203312299U (zh) | 一种超势垒整流器件 | |
| CN104167364A (zh) | 一种缩小版场效应管的制造方法 | |
| CN111799175A (zh) | 一种低电容高性能vdmos器件及其制备方法 | |
| CN106057902A (zh) | 一种高性能mosfet及其制造方法 | |
| CN113097287A (zh) | 一种igbt芯片终端结构及igbt芯片终端结构制作方法 | |
| CN104299990A (zh) | 绝缘栅双极晶体管及其制造方法 | |
| CN105428408A (zh) | 一种场截止型沟槽栅igbt器件 | |
| CN208062057U (zh) | 一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管 | |
| CN102290436B (zh) | 新型绝缘栅双极晶体管背面结构及其制备方法 | |
| CN104810288A (zh) | 一种dmos器件的制造方法 | |
| CN103050531B (zh) | Rf ldmos器件及制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |