CN113555360A - 一种智能型超结mos器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能型超结MOS器件领域，公开了一种智能型超结MOS器件及其制造方法，其技术方案要点是包括集成连接在一个芯片上的主MOS和若干功能MOS，其特征是：所述功能MOS设置在所述主MOS的范围内，所述功能MOS在芯片上的分布包括功能MOS隔离区和功能MOS有源区，所述功能MOS有源区包括若干组相互平行且间隔设置的P型掺杂区柱和N型掺杂区柱，所述功能MOS隔离区包括呈方形围绕在所述功能有源区外围的N型掺杂区柱和均匀点阵呈栅格状分布在N型掺杂区柱内部的P型掺杂区柱，本发明的智能型超结MOS器件经过工艺高温退火，也仍然可以保证功能MOS有源区的独立性，可以保证超高的隔离电压。
Description
技术领域
本发明涉及智能型超结MOS器件领域，更具体地说，它涉及一种智能型超结MOS器件及其制造方法。
背景技术
智能型超结MOS器件产品是在普通超结产品的基础上，集成了采样MOS、启动MOS、高阻R，或者只集成采样MOS与启动MOS中的一个MOS，普通超结与智能型超结电路示意图对比见图13。可以看到，智能型超结MOS器件产品，在同一颗芯片上，会有2～3个MOS，应用电路要求MOS间功能独立，工作状态下互不影响；
超结产品是由多组P型掺杂区柱和N型掺杂区柱交替连接构成，因此采样MOS、启动MOS的隔离设计中，P型掺杂区柱和N型掺杂区柱如何排列不仅仅影响到MOS间隔离电压、还会影响管芯的耐压；
图11和12为现有技术的超结MOS隔离设计，仅将P型掺杂区柱和N型掺杂区柱进行简单的纵横交叉的排布，此种设计可以满足管芯耐压要求，但是MOS间隔离电压只有不到10V，耐压曲线几乎为阻性曲线，经分析，此种设计时，采样MOS、启动MOS的有源区在经过工艺高温退火过程后，与主MOS的有源区是相连的，因此，MOS间并没有真正的隔离，所以隔离电压非常低。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能型超结MOS器件及其制造方法，经过工艺高温退火，也仍然可以保证功能MOS有源区的独立性，可以保证超高的隔离电压。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种智能型超结MOS器件，其特征是：包括集成连接在一个芯片上的主MOS和若干功能MOS，所述功能MOS设置在所述主MOS的范围内，所述功能MOS在芯片上的分布包括功能MOS隔离区和功能MOS有源区，所述功能MOS有源区包括若干组相互平行且间隔设置的P型掺杂区柱和N型掺杂区柱，所述功能MOS隔离区包括呈方形围绕在所述功能有源区外围的N型掺杂区柱和均匀点阵呈栅格状分布在N型掺杂区柱内部的P型掺杂区柱。
作为本发明的一种优选技术方案，所述主MOS在芯片上的分布包括主MOS终端区和设置在所述主MOS终端区内部的主MOS有源区；所述功能MOS设置在所述主MOS有源区的范围内。
作为本发明的一种优选技术方案，所述主MOS终端区和主MOS有源区分别包括若干组相互平行且间隔设置的P型掺杂区柱和N型掺杂区柱。
作为本发明的一种优选技术方案，所述功能MOS之间的工作状态相互独立。
作为本发明的一种优选技术方案，若干功能MOS之间相邻设置。
作为本发明的一种优选技术方案，所述功能MOS包括采样MOS和/或启动MOS。
一种智能型超结MOS器件的制造方法，包括如下步骤：
S1、在N型衬底片上生长形成N型掺杂外延层，注入N型掺杂物质，再选择性曝光，注入P型掺杂物质，得到单次外延片；
S2、重复上述外延生长和注入的步骤，最后一次外延只注入N型掺杂物质，得到多次外延片；
S3、对多次外延片进行氧化层和氮化层淀积，退火、刻去氧化层和氮化层，形成N型漂移区和P型柱区，得到P/N结构片；
S4、对P/N结构片进行场氧生长、光刻、场氧刻蚀，得到带有场氧的结构片；
S5、对场氧结构片进行栅极氧化、淀积多晶并进行掺杂、多晶光刻、多晶刻蚀，形成栅氧化层和多晶层，得到带有栅极的结构片；
S6、对带有栅极的结构片，选择性曝光后，注入P型掺杂物质，体区退火，形成P型体区，得到P型体区片；
S7、对P型体区片，进行N+光刻及N+推阱，形成MOS器件的N+源极结构层，得到带有源极结构的结构片；
S8、对带有源极结构的结构片，生长Spacer氧化层、刻蚀，在多晶侧壁形成Spacer效果，得到带有P+自对准结构的结构片；
S9、对带有P+自对准结构的结构片，注入P型掺杂物质，得到带有P+结构的结构片；
S10、对带有P+结构的结构片，淀积介质，形成介质层，并进行光刻、刻蚀，在MOS源区的位置开孔，得到带有通孔的结构片；
S11、对带有通孔的结构片进行金属沉积并光刻，形成金属层，得到具有金属层的结构片；
S12、对具有金属层的结构片进行钝化层淀积、光刻、刻蚀，形成栅极和源极的开口区，得到带有钝化层的结构片；
S13、对带有钝化层的结构片的背面进行减薄和蒸发Ti-Ni-Ag的操作，形成蒸发层，得到智能型超结MOS器件。
综上所述，本发明具有以下有益效果：功能MOS隔离区设计为呈方形围绕在所述功能有源区外围的N型掺杂区柱和均匀点阵呈栅格状分布在N型掺杂区柱内部的P型掺杂区柱，这样的功能MOS隔离区设计即使经过工艺高温退火，也仍然可以保证功能MOS有源区的独立性；这样的设计也能为功能MOS隔离区的呈方形阵列分布的P型掺杂区柱间多引入了一个方向的电荷平衡效应，使得电场分布更加平缓，因此可以保证超高的隔离电压。
附图说明
图1是本发明的智能型超结MOS器件的P型掺杂区柱和N型掺杂区柱分布示意图；
图2是本发明的智能型超结MOS器件的立体截面图；
图3是本发明的智能型超结MOS器件的三种结构样式；
图4是本发明方法的单次外延片示意图；
图5是本发明方法的多次外延片示意图；
图6是本发明方法的P/N结构片示意图；
图7是本发明方法的带有栅极的结构片示意图；
图8是本发明方法的P型体区片片示意图；
图9是本发明方法的带有源极结构的结构片示意图；
图10是本发明方法的具有金属层的结构片示意图；
图11是现有技术的超结MOS器件的设计图；
图12是现有技术的超结MOS器件的立体截面图；
图13是普通超结与智能型超结电路对比示意图。
图中：1、主MOS有源区；2、主MOS终端区；3、功能MOS有源区；4、功能MOS隔离区；P、P型掺杂区柱；N、N型掺杂区柱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种智能型超结MOS器件，如图1和2所示，包括集成连接在一个芯片上的主MOS和若干功能MOS，功能MOS包括采样MOS和/或启动MOS。
主MOS在芯片上的分布包括主MOS终端区2和设置在主MOS终端区2内部的主MOS有源区1；功能MOS设置在主MOS有源区1的范围内，主MOS终端区2和主MOS有源区1分别包括若干组相互平行且间隔设置的P型掺杂区柱和N型掺杂区柱；
若干功能MOS之间相邻设置，功能MOS在芯片上的分布包括功能MOS隔离区4和功能MOS有源区3，功能MOS有源区3包括若干组相互平行且间隔设置的P型掺杂区柱和N型掺杂区柱，功能MOS隔离区4包括呈方形围绕在功能有源区外围的N型掺杂区柱和均匀点阵呈栅格状分布在N型掺杂区柱内部的P型掺杂区柱，功能MOS之间的工作状态相互独立。
本发明的工作原理和优势为：功能MOS隔离区4设计为呈方形围绕在所述功能有源区外围的N型掺杂区柱和均匀点阵呈栅格状分布在N型掺杂区柱内部的P型掺杂区柱，这样的功能MOS隔离区4设计即使经过工艺高温退火，也仍然可以保证功能MOS有源区3的独立性；这样的设计也能为功能MOS隔离区4的呈方形阵列分布的P型掺杂区柱间多引入了一个方向的电荷平衡效应，使得电场分布更加平缓，因此可以保证超高的隔离电压。
本发明还提供一种智能型超结MOS器件的制造方法，包括如下步骤：
S1、如图4所示，在N型衬底片上生长形成N型掺杂外延层，注入N型掺杂物质，再选择性曝光，注入P型掺杂物质，得到单次外延片；
S2、如图5所示，重复上述外延生长和注入的步骤，最后一次外延只注入N型掺杂物质，得到多次外延片；
S3、如图6所示，对多次外延片进行氧化层和氮化层淀积，退火、刻去氧化层和氮化层，形成N型漂移区和P型柱区，得到P/N结构片；
S4、对P/N结构片进行场氧生长、光刻、场氧刻蚀，得到带有场氧的结构片；
S5、如图7所示，对场氧结构片进行栅极氧化、淀积多晶并进行掺杂、多晶光刻、多晶刻蚀，形成栅氧化层和多晶层，得到带有栅极的结构片；
S6、如图8所示，对带有栅极的结构片，选择性曝光后，注入P型掺杂物质，体区退火，形成P型体区，得到P型体区片；
S7、如图9所示，对P型体区片，进行N+光刻及N+推阱，形成MOS器件的N+源极结构层，得到带有源极结构的结构片；
S8、对带有源极结构的结构片，生长Spacer氧化层、刻蚀，在多晶侧壁形成Spacer效果，得到带有P+自对准结构的结构片；
S9、对带有P+自对准结构的结构片，注入P型掺杂物质，得到带有P+结构的结构片；
S10、对带有P+结构的结构片，淀积介质，形成介质层，并进行光刻、刻蚀，在MOS源区的位置开孔，得到带有通孔的结构片；
S11、如图10所示，对带有通孔的结构片进行金属沉积并光刻，形成金属层，得到具有金属层的结构片；
S12、对具有金属层的结构片进行钝化层淀积、光刻、刻蚀，形成栅极和源极的开口区，得到带有钝化层的结构片；
S13、对带有钝化层的结构片的背面进行减薄和蒸发Ti-Ni-Ag的操作，形成蒸发层，得到智能型超结MOS器件。
一般的，可根据不同的耐压和隔离需求，可以拓展为三种结构，如图3所示，以结构一为例，其具体的制造方法是：
S1、如图4所示，在N型衬底片上生长形成N型掺杂外延层，N型衬底片采用N型(100)晶向，砷元素掺杂，电阻率通常为0.001～0.005Ω*cm，采用多次外延的方法生长高阻外延层，通常每层电阻率为15～40Ω*cm，以第一层为例，生长一层5～10um的N型掺杂外延；再注入N型掺杂物质，用于扩散形成N型漂移区，注入能量：140KeB～160KeV，剂量：2e12～4e12，磷元素；对注入的N形掺杂物质进行选择性曝光，并注入P型掺杂物质，用于扩散形成P-Pillar，注入能量：50～70KeV，注入剂量：6e12～8e12，硼元素，得到单次外延片。
S2、如图5所示，重复N型掺杂外延层的外延生长和N型掺杂物质、P型掺杂物质的注入过程至整体外延为50～70um，最后再生长一层N型掺杂外延，厚度3～8um，并且只注入N型掺杂物质，用于体区和源区注入，得到多次外延片。
S3、如图6所示，对多次外延片淀积一层1800埃～2400埃的SiO2，通过PCVD淀积一层1000埃～1500埃的氮化硅，防止杂质扩散。然后进行P-Pillar退火，温度1180℃，时间根据单次外延层的厚度在150min～250min，气体氛围为氮气。通过湿法刻蚀将氮化硅去除，将SiO2去除，形成N型漂移区和P型柱区，得到P/N结构片。
S4、在P/N结构片上生长场氧厚度8000埃～12000埃，并进行光刻，对有源区曝光&腐蚀，除主MOS终端区及功能MOS隔离区外，其余主MOS有源区、采样MOS有源区，启动MOS有源区氧化层全部去除，得到带有场氧的结构片。
S5、如图7所示，对带有场氧的结构片生长栅氧化层厚度一般700-1200埃，沉积多晶硅厚度6000-8000埃并进行掺杂；再对多晶硅光刻和刻蚀，形成栅氧化层和多晶层，得到带有栅极的结构片。
S6、如图8所示，对带有栅极的结构片进行选择性曝光，P型掺杂物质注入剂量为3e13～6e13，注入能量：80KeV～110KeV，硼元素，注入后退火，1150℃，50～60min，杂质扩散形成P型体区，得到P型体区片。
S7、如图9所示，在P型体区片上进行N+光刻及N+推阱，形成主MOS管源区，得到带有源极结构的结构片，其中NP注入剂量：5E15～1E16,注入能量：40Kev-100Kev，注入元素：磷。NP推阱温度：850℃，时间：40～60分钟。
S8、对带有源极结构的结构片，生长一层Spacer氧化层，厚度1000埃～1500埃，并使用干法刻蚀将氧化层去除，可以在Poly侧壁形成Spacer结果，做为P+注入的自对准结构，得到带有P+自对准结构的结构片。
S9、对带有P+自对准结构的结构片进行P+注入，增加P-body体区掺杂浓度，降低Rb电阻，有助于提高MOS的抗冲击能力，剂量：2e15～4e15，能量：120KeV，硼元素，得到带有P+结构的结构片。
S10、对带有P+结构的结构片沉积介质BPSG(硼磷硅玻璃)10000埃，然后开孔，形成孔接触，得到带有通孔的结构片。
S11、如图10所示，对带有通孔的结构片沉积4um铝，然后光刻腐蚀铝，形成MOS的栅区和源区，得到具有金属层的结构片。
S12、对具有金属层的结构片沉积钝化层氮化硅6000-10000埃，然后光刻腐蚀，形成Gate和Source的开口区，得到带有钝化层的结构片。
S13、对带有钝化层的结构片减薄背面到200um-300um，再在背面蒸发Ti-Ni-Ag(钛-镍-银)，最终得到智能型超结MOS器件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种智能型超结MOS器件，包括集成连接在一个芯片上的主MOS和若干功能MOS，其特征是：所述功能MOS设置在所述主MOS的范围内，所述功能MOS在芯片上的分布包括功能MOS隔离区(4)和功能MOS有源区(3)，所述功能MOS有源区(3)包括若干组相互平行且间隔设置的P型掺杂区柱和N型掺杂区柱，所述功能MOS隔离区(4)包括呈方形围绕在所述功能有源区外围的N型掺杂区柱和均匀点阵呈栅格状分布在N型掺杂区柱内部的P型掺杂区柱。
2.根据权利要求1所述的一种智能型超结MOS器件，其特征是：所述主MOS在芯片上的分布包括主MOS终端区(2)和设置在所述主MOS终端区(2)内部的主MOS有源区(1)；所述功能MOS设置在所述主MOS有源区(1)的范围内。
3.根据权利要求2所述的一种智能型超结MOS器件，其特征是：所述主MOS终端区(2)和主MOS有源区(1)分别包括若干组相互平行且间隔设置的P型掺杂区柱和N型掺杂区柱。
4.根据权利要求3所述的一种智能型超结MOS器件，其特征是：所述功能MOS之间的工作状态相互独立。
5.根据权利要求4所述的一种智能型超结MOS器件，其特征是：若干功能MOS之间相邻设置。
6.根据权利要求5所述的一种智能型超结MOS器件，其特征是：所述功能MOS包括采样MOS和/或启动MOS。
7.一种智能型超结MOS器件的制造方法，其特征是：包括如下步骤：
S1、在N型衬底片上生长形成N型掺杂外延层，注入N型掺杂物质，再选择性曝光，注入P型掺杂物质，得到单次外延片；
S2、重复上述外延生长和注入的步骤，最后一次外延只注入N型掺杂物质，得到多次外延片；
S3、对多次外延片进行氧化层和氮化层淀积，退火、刻去氧化层和氮化层，形成N型漂移区和P型柱区，得到P/N结构片；
S4、对P/N结构片进行场氧生长、光刻、场氧刻蚀，得到带有场氧的结构片；
S5、对场氧结构片进行栅极氧化、淀积多晶并进行掺杂、多晶光刻、多晶刻蚀，形成栅氧化层和多晶层，得到带有栅极的结构片；
S6、对带有栅极的结构片，选择性曝光后，注入P型掺杂物质，体区退火，形成P型体区，得到P型体区片；
S7、对P型体区片，进行N+光刻及N+推阱，形成MOS器件的N+源极结构层，得到带有源极结构的结构片；
S8、对带有源极结构的结构片，生长Spacer氧化层、刻蚀，在多晶侧壁形成Spacer效果，得到带有P+自对准结构的结构片；
S9、对带有P+自对准结构的结构片，注入P型掺杂物质，得到带有P+结构的结构片；
S10、对带有P+结构的结构片，淀积介质，形成介质层，并进行光刻、刻蚀，在MOS源区的位置开孔，得到带有通孔的结构片；
S11、对带有通孔的结构片进行金属沉积并光刻，形成金属层，得到具有金属层的结构片；
S12、对具有金属层的结构片进行钝化层淀积、光刻、刻蚀，形成栅极和源极的开口区，得到带有钝化层的结构片；
S13、对带有钝化层的结构片的背面进行减薄和蒸发Ti-Ni-Ag的操作，形成蒸发层，得到智能型超结MOS器件。
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| CN202110736027.7A CN113555360A (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 一种智能型超结mos器件及其制造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114122115A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-03-01 | 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 | 超结半导体器件及其形成方法 |
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2021
- 2021-06-30 CN CN202110736027.7A patent/CN113555360A/zh not_active Withdrawn
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| CN114122115B (zh) * | 2022-01-28 | 2022-04-29 | 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 | 超结半导体器件及其形成方法 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |