基于沟槽方式的通道分压场效应管的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于沟槽方式的通道分压场效应管，主要由漏极、栅极、源极、N+衬底、P型外延层、n型通道、体区P、良导体、氧化层、源区N+、金属塞、硼磷硅玻璃、以及铝层组成；其利用沟槽方式，再通过扩散制作一n型通道连接沟道与漏极，n型通道所形成的十字型结构或T字形也是3D结构，PN之间形成空乏区（耗尽层）从单一的垂直方向改变为垂直与水平两个方向，这样可以大幅提高这个区域的耐压，从而可以增加N通道的掺杂浓度，进而又起到降低导通电阻的作用。
【专利说明】基于沟槽方式的通道分压场效应管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种功率场效应管，具体涉及一种基于沟槽方式的通道分压场效应管。
【背景技术】
[0002]功率场效应(MOS)管在反压较高时，由于外延层承担反压，其外延层的电阻率较大及厚度较厚，而导致外延层电阻占整体导通电阻的比例最大，因此，通过改善外延层电阻来提升功率MOS管性能的效果最明显。目前，比较流行的方法是采用类似超级结SuperJunction的3D结构，如图1所示，类似Super Junction的3D结构从两个方面减小外延层电阻。一方面，将承担反压的空间电荷区从单一的垂直方向改变为垂直与水平两个方向，缩小外延层的厚度；另一方面，在保证MOS管截止时空间电荷区多数载流子能耗尽的情况下，尽量提高外延层载流子浓度，则MOS管导通时外延层的电阻率就尽量小了。这样在耐压不变的情况下外延层电阻或整体导通电阻就变小了，功率MOS管工作时发热就少了。然而，目前Super Junction和3D结构大多都采用的是单层式成型方法，由于生产技术工艺难度较大，因此只掌握在国外品牌厂家和国内少数代工企业手里。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于沟槽方式的通道分压场效应管，其能够在达到Super Junction和3D结构相同作用的同时，降低工艺难度。
[0004]为解决上述问题，本实用新型是通过以下方案实现的:
[0005]基于沟槽方式的通道分压场效应管，主要由漏极、栅极、源极、N+衬底、P型外延层、η型通道、体区P、良导体、氧化层、源区N+、金属塞、硼磷硅玻璃、以及铝层组成；其中N+衬底的下表面背金形成功率场效应管的漏极；Ρ型外延层位于N+衬底的上表面；条状沟槽将P型外延层分隔成多块，每块P型外延层的正上方各有一块柱形良导体，良导体的侧面和底面包覆有氧化层，良导体向外引出形成功率场效应管的栅极；11型通道呈T形或十字形结构，η型通道的纵向部分即纵向通道嵌设在条状沟槽中，η型通道的横向部分即横向通道穿过P型外延层并延伸接至良导体侧面覆盖的氧化层处；体区P嵌设在条状沟槽中，并处于η型通道的上方；位于上层的体区P与位于下层的P型外延层通过η型通道的横向通道上开设的接触孔在功能区外围连接通；每个良导体的左右两侧各设有I个源区N+，且源区N+处于P型外延层的上方；2个相靠近的源区N+之间的空隙形成接触槽，每个接触槽的内部均填充有金属塞；2个源区N+和所夹良导体的上方各覆盖有一硼磷硅玻璃；铝层填充覆盖在金属塞和硼磷硅玻璃的上表面，铝层的上部形成功率场效应管的源极。
[0006]与现有技术相比，本实用新型利用沟槽方式，再通过扩散制作一 η型通道连接沟道(Chanel)与漏极(Drain)，η型通道所形成的十字型结构(或T字形)也是3D结构，PN之间形成空乏区(耗尽层)从单一的垂直方向改变为垂直与水平两个方向，这样可以大幅提高这个区域的耐压，从而可以增加N通道的掺杂浓度，进而又起到降低导通电阻的作用；同时，上述结构中栅极底部与Drain之间由P外延阻隔，从而使栅极底部与Drain之间的电容基本为零；并且通道与Chanel的接触部分较小，可以大幅消除栅极(Gate)和Drain之间的电容，可以大幅减少Gate开关时的充、放电时间(Qgd可以大幅降低)，从而提高了 MOS管的
开关速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为类似Super Junction的功率MOS管的三维结构示意图；
[0008]图2-图15 (包括图3a和6a)为一种基于沟槽方式的通道分压场效应管的生产方法各步骤所得晶体结构示意图；
[0009]图16为一种基于沟槽方式的通道分压场效应管的结构示意图。图中标号:1、漏极；2、栅极；3、源极；4、N+衬底；5、P型外延层；6、n型通道；7、体区P ;8、良导体；9、氧化层；10、源区N+ ;11、硼磷硅玻璃；12、金属塞；13、铝层。
【具体实施方式】
[0010]一种基于沟槽方式的通道分压场效应管的生产方法，其特征是包括如下步骤:
[0011](I)在N+衬底4上生长P型外延层5 ;参见图2 ；
[0012](2)在P型外延层5上光蚀刻出多条条状沟槽，且各条状沟槽均一直蚀刻到N+衬底4界面；参见图3 ;其中光刻条状图形如图3a所示；
[0013](3)在条状沟槽的下部填充η+型单晶硅；参见图4 ；
[0014](4)在条状沟槽的上部填充P型单晶硅，并清洁表面；参见图5 ；
[0015](5)在剩余P型外延层5上再次光蚀刻出多条条状槽；每条条状槽均处于2条条状沟槽之间；参见图6 ;其中光刻条状图形如图6a所示；
[0016](6)在步骤(5)所得晶体的表面生长氧化层9，该氧化层9位于条状槽的底部和侧壁、P型外延层5的上表面、以及P型单晶硅的上表面；参见图7 ;
[0017](7)在覆盖有氧化层9的条状槽中沉积良导体8，并在功能区外连接到一起形成栅极2 ;参见图8 ；
[0018](8)从步骤(7)所得晶体的表面向下扩散推结，使得步骤(3)填充的η+型单晶硅形成T形或十字形的η型通道6 ;接着在该η型通道6的横向通道上开设接触孔，并使得体区Ρ7与P型外延层5在功能区外围相连通；参见图9 ；
[0019](9)从步骤(7)所得晶体的表面向下扩散推结形成源区Ν+10 ;参见图10 ；
[0020](10)在步骤(9)所得晶体的表面沉积硼磷硅玻璃11 (BPSG)保护栅极2 (Gate)；参见图11 ；
[0021](11)在硼磷硅玻璃11上光刻出多个接触槽，且每个接触槽的位置与I条状沟槽相对，接触槽位于条状沟槽的正上方；参见图12 ；
[0022](12)在每个接触槽的底部填充金属形成金属塞12 ;参见图13 ；
[0023](13)对步骤(12)所得晶体进行蒸铝操作，以在该晶体的上表面形成源极3(Source);参见图 14 ；
[0024](14)减薄步骤(13)所得晶体的N+衬底4，并在减薄的N+衬底4下表面背金形成功率场效应管的漏极I (Drain);参见图15。[0025]采用上述生产方法制备的一种基于沟槽方式的通道分压场效应管，如图16所示，主要由漏极1、栅极2、源极3、N+衬底4、P型外延层5、η型通道6、体区Ρ7、良导体8、氧化层9、源区Ν+10、金属塞12、硼磷硅玻璃11、以及铝层13组成；其中N+衬底4的下表面背金形成功率场效应管的漏极I ;Ρ型外延层5位于N+衬底4的上表面；条状沟槽将P型外延层5分隔成多块，每块P型外延层5的正上方各有一块柱形良导体8，良导体8的侧面和底面包覆有氧化层9，良导体8向外引出形成功率场效应管的栅极2 ;η型通道6呈T形或十字形结构，η型通道6的纵向部分即纵向通道嵌设在条状沟槽中，η型通道6的横向部分即横向通道穿过P型外延层5并延伸接至良导体8侧面覆盖的氧化层9处；体区Ρ7嵌设在条状沟槽中，并处于η型通道6的上方；位于上层的体区Ρ7与位于下层的P型外延层5通过η型通道6的横向通道上开设的接触孔在功能区外围连接通；每个良导体8的左右两侧各设有I个源区Ν+10，且源区Ν+10处于P型外延层5的上方；2个相靠近的源区Ν+10之间的空隙形成接触槽，每个接触槽的内部均填充有金属塞12 ；2个源区Ν+10和所夹良导体8的上方各覆盖有一硼磷硅玻璃11 ;铝层13填充覆盖在金属塞12和硼磷硅玻璃11的上表面，铝层13的上部形成功率场效应管的源极3。
【权利要求】
1.基于沟槽方式的通道分压场效应管，其特征是，主要由漏极(I)、栅极(2)、源极(3)、N+衬底(4)、P型外延层(5)、n型通道(6)、体区P(7)、良导体(8)、氧化层(9)、源区N+(10)、金属塞(12)、硼磷硅玻璃(11 )、以及铝层(13)组成；其中N+衬底(4)的下表面背金形成功率场效应管的漏极(I) ;P型外延层(5)位于N+衬底(4)的上表面；条状沟槽将P型外延层(5)分隔成多块，每块P型外延层(5)的正上方各有一块柱形良导体(8)，良导体(8)的侧面和底面包覆有氧化层(9)，良导体(8)向外引出形成功率场效应管的栅极(2) ;n型通道(6)呈T形或十字形结构，η型通道(6)的纵向部分即纵向通道嵌设在条状沟槽中，η型通道(6)的横向部分即横向通道穿过P型外延层(5)并延伸接至良导体(8)侧面覆盖的氧化层(9)处；体区P (7)嵌设在条状沟槽中，并处于η型通道(6)的上方；位于上层的体区P (7)与位于下层的P型外延层(5)通过η型通道(6)的横向通道上开设的接触孔在功能区外围连接通；每个良导体(8)的左右两侧各设有I个源区N+ (10)，且源区N+ (10)处于P型外延层(5)的上方；2个相靠近的源区N+ (10)之间的空隙形成接触槽，每个接触槽的内部均填充有金属塞(12) ;2个源区N+ (10)和所夹良导体(8)的上方各覆盖有一硼磷硅玻璃(11);铝层(13)填充覆盖在金属塞(12)和硼磷硅玻璃(11)的上表面，铝层(13)的上部形成功率场效应管的源极(3)。
【文档编号】H01L29/06GK203503664SQ201320613514
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】关仕汉, 李勇昌, 彭顺刚, 邹锋, 王常毅 申请人:桂林斯壮微电子有限责任公司