专利名称：基于超结技术制备的高压功率场效应管的制作方法
技术领域：
本实用新型内容属于电子器件技术领域，涉及一种电压控制器件，特别是一种基 于超结技术制备的高压功率场效应管(高压功率M0SFET)。
背景技术：
功率场效应管自20世纪70年代问世以来，即以其优越的电特性(输入阻抗高、 关断时间短等)在许多应用领域取代了双极型晶体管。在功率电路中，功率场效应管主要 是用作开关器件的，为多数载流子器件，虽然它的开关功耗相对较小，但它的通态功耗却比 较高。要降低功率场效应管的通态功耗，就必须减小其导通电阻Ron,也就是说，功率场效应 管要得到进一步发展，就必须有效地降低导通电阻。现有技术领域，在保证击穿电压BV的 前提下，为了获得较大的导通电流，传统的功率MOSFET通常被设计成纵向双扩散结构。这 种结构利用多晶硅的边缘作为掩膜来实现双扩散，形成P+区和N+区，其击穿电压主要体现 在P+区与漂移层(即N—外延层)形成的PN结上，据此要获得高击穿电压，就必须使漂移 层有较大的厚度和较低的掺杂浓度。然而随着击穿电压的增加和漂移层掺杂浓度的不断降 低，使作为电流通路的漂移层电阻升高，从而导致导通电阻的增加，使得通态功耗提高。由 于击穿电压与导通电阻这对矛盾的存在，至上世纪80年代后期，高压功率MOS管(400 1000V)的发展似乎已到达一个瓶颈，即导通电阻受击穿电压的限制而存在一个极限——称 之为“硅限”(Siliconlimit)，而无法再降低。但到了上世纪90年代初，一种新型概念的提 出打破了 “硅限”，它可以同时得到低通态功耗和高开关速度，这一概念经过演化和完善之 后，推出了 “超结理论”(SuperjunctionTheory)。应用超结理论的典型产品是1998年德国 西门子的英飞凌(Infineon)公司研制推出的C00LM0STM器件。当时推出的C00LM0STM产 品的相对于传统技术的革命性突破在于在器件工作范围内(耐压600 800V)，与传统产 品相同的芯片面积上的导通电阻(主要是漂移层电阻)降低了 80% 90%，打破了硅限， 并且具有高开关速度。目前本领域公知的采用超结技术制备的高压功率场效应管由于在制造过程中光 刻、注入和外延的次数较多，成本较高，结构性能差，特别是当器件的特征尺寸变小之后，由 于硼在外延时的高温横向扩散，沟槽(P阱)深度以及台面P+区和N+区的宽度均难以控制， 从而导致击穿电压降低，而且电压分布的离散性很大，产品合格率低，以致高压功率场效应 管产品的关键参数——导通电阻和栅极电荷也都难以大幅度降低。
实用新型内容本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，进而提供一种结构性能 合理、制作工艺简单、成本低、成品率高且可明显改善产品关键参数效果的基于超结技术制 备的高压功率场效应管。为实现上述目的而采用的技术方案是这样的所提供的基于超结技术制备的高压 功率场效应管具有一个下背面淀积设置了漏极背金属层的高掺杂的N+衬底层，在N+衬底层上外延生长有一层N—外延层(N-EPI层)，在N—外延层内设有至少两个上部注入N+区和P+ 区的P—阱，在带P—阱的N—外延层之除P+区外的表面上热生长设置有栅氧层，在栅氧层表面 自上而下依次淀积设置有多晶硅层和TEOS绝缘介质层，在多晶硅层和TEOS绝缘介质层外 侧淀积回刻有栅极侧墙，在TEOS绝缘介质层上及Ν_外延层的P+区表面上淀积设置有金属
化铝层。本实用新型所述的基于超结技术制备的高压功率场效应管是一种通过新型半导 体超结技术制备形成的产品，其在制备方式上和传统的光刻、注入形成超结的高压功率场 效应管相比，仅通过两次外延、光刻、刻槽、PCM抛光和填充来实现P阱，明显减少了光刻和 注入的次数，这样不仅优化了产品结构、降低了成本，而且能非常精确地控制P阱深度、台 面P+区和N+区的宽度，使产品器件的击穿电压非常均勻，并能大幅度减少产品的导通电阻 和栅极电荷，有效提高了产品的成品率和参数指标。
附图为本实用新型一个具体实施例的结构示意图。附图中各标号的名称分别为1_漏极背金属层，2-Ν+衬底层，3-Ν—外延层(N-EPI)， 4_Ρ_阱，5-源极金属化铝层，6-TE0S绝缘介质层，7-多晶硅层，8-栅极侧墙，9-栅氧层， IO-P+区，Il-N+区。
具体实施方式
参见附图，本实用新型所述的基于超结技术制备的高压功率场效应管包括一个下 背面淀积设置了漏极背金属层1的高掺杂的N+衬底层2，在N+衬底层2上外延生长一定厚 度的Ν_外延层3，在Ν_外延层3内通过光刻、挖沟技术腐蚀沟槽、填充轻掺杂的Ρ_硅、PCM 抛光(确保N—外层上没有残留的P—硅)、高浓度源极N+注入和高浓度P+(硼)注入等方式 设有两个上部注入N+区11和P+区10的P—阱4，在N—外延层3的除P+区10外的表面上热 生长设置一定厚度的栅氧层9，在栅氧层9表面淀积设置有多晶硅层7，多晶硅可以原位掺 杂高浓度的磷或硼，也可以通过注入的方式得到，再在多晶硅层7淀积TEOS绝缘介质层6， 在多晶硅层7和TEOS绝缘介质层6外侧淀积回刻有栅极侧墙8，最后在TEOS绝缘介质层6 上及N—外延层3的P+区10表面上淀积设置有源极金属化铝层5，金属化铝采用铝硅铜合
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权利要求一种基于超结技术制备的高压功率场效应管，其特征在于具有一个下背面淀积设置了漏极背金属层(1)的高掺杂的N+衬底层(2)，在N+衬底层(2)上外延生长有一层N 外延层(3)，在N 外延层(3)内设有至少两个上部注入N+区(11)和P+区(10)的P 阱(4)，在带P 阱(4)的N 外延层(3)之除P+区(10)外的表面上热生长设置有栅氧层(9)，在栅氧层(9)表面自上而下依次淀积设置有多晶硅层(7)和TEOS绝缘介质层(6)，在多晶硅层(7)和TEOS绝缘介质层(6)外侧淀积回刻有栅极侧墙(8)，在TEOS绝缘介质层(6)上及N 外延层(3)的P+区(10)表面上淀积设置有金属化铝层(5)。
专利摘要本实用新型涉及一种基于超结技术制备的高压功率场效应管，具有一个下背面淀积设置了漏极背金属层的高掺杂的N+衬底层，在N+衬底层上外延生长有一层N-外延层，在N-外延层内设有至少两个上部注入N+区和P+区的P-阱，在带P-阱的N-外延层之除P+区外的表面上热生长设置有栅氧层，在栅氧层表面自上而下依次淀积设置有多晶硅层和TEOS绝缘介质层，在多晶硅层和TEOS绝缘介质层外侧淀积回刻有栅极侧墙，在TEOS绝缘介质层上及N-外延层的P+区表面上淀积设置有金属化铝层。本实用新型具有结构合理、制作工艺简单、成本低等优点，器件产品的击穿电压均匀，可大幅度减少导通电阻和栅极电荷，有效提高了成品率和参数指标。
文档编号H01L29/78GK201699016SQ20102023208
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月21日 优先权日2010年6月21日
发明者陈仕全 申请人:西安龙腾新能源科技发展有限公司