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      一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)及其制造方法

      文檔序號:7046967閱讀:115來源:國知局
      一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)及其制造方法
      【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)及其制造方法,其中溝槽功率器件結(jié)構(gòu),包括有源區(qū)和終端兩部分結(jié)構(gòu),有源區(qū)最外圍一圈溝槽開始直到器件邊緣,溝槽設(shè)于第一層光刻版上,第二層光刻版上設(shè)有LOCOS區(qū)域,第二層光刻版上設(shè)有接觸孔,第四層光刻版上設(shè)有源極與柵極;本發(fā)明采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合。本發(fā)明基于各種終端結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,使得本發(fā)明的工藝簡單,成本低廉,占用面積非常少且具有很寬的電壓適應(yīng)范圍等優(yōu)點。
      【專利說明】一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)及其制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其是一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)及其制造方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]目前,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET),絕緣柵雙極晶體管(IGBT),溝槽金屬勢壘肖特基二極管(TMBS)以及超勢壘二極管(SBD)等是幾種最為重要的功率器件。在工業(yè)電子,家電業(yè)以及消費電子諸領(lǐng)域都有它們的用武之地。開關(guān)電源電路,整流電路以及驅(qū)動電路中都離不開它們的身影。功率器件要求正向大電流,反向大電壓。自從功率器件發(fā)明起,提高其反向耐壓能力就成為一個重要課題。
      [0003]功率器件的耐壓能力由兩部分組成:一是有源區(qū)耐壓,二是終端耐壓,其中任何一方耐壓不夠,就沒辦法滿足要求。有源區(qū)的耐壓問題相對比較簡單,只要選擇合適的材料與工藝就能實現(xiàn)。而終端耐壓則不然,它不僅與材料和工藝有關(guān),還和器件的終端結(jié)構(gòu)有關(guān),所以需要做特殊處理。如圖1為不做任何改進的終端結(jié)構(gòu),由于等勢面彎曲,電場匯集,抬高局部電場,致使耐壓降低。于是便出現(xiàn)了很多新結(jié)構(gòu)以提高終端耐壓能力,比如=LOCOS結(jié)構(gòu),分壓環(huán)結(jié)構(gòu),場板結(jié)構(gòu)及溝槽隔離結(jié)構(gòu)等等。以上所提及的改進結(jié)構(gòu),其基本思路無外乎增大等勢面曲率半徑,以達到降低表面電場或結(jié)電場的作用。
      [0004]如今,人們采取以上所述的終端結(jié)構(gòu)或其中幾個的組合結(jié)構(gòu),設(shè)計出許多符合要求的功率器件。但總體來講,每個終端結(jié)構(gòu)都有其優(yōu)點,又有其不足。比如分壓環(huán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是工藝相對簡單,而缺點是占用面積大及受環(huán)境影響較大,需要覆蓋保護層;如圖2所示的為溝槽隔離結(jié)構(gòu)利用電場終止于溝槽側(cè)壁的原理以達到提高耐壓的目的,此方法在100V以下器件是可行的,因為電壓較低,耗盡層不會繞過溝槽底部而往外延伸,但隨著電壓的加大,耗盡層也跟著往下擴展,就會有繞過溝槽的風(fēng)險,為了解決這個風(fēng)險,只有加深溝槽,這樣同時會帶來溝槽底部容易過早擊穿問題,如此便形成了溝槽底部擊穿與P-N結(jié)擊穿無法同時滿足的問題,所以溝槽隔離只可以適用與低于100V產(chǎn)品。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005]本發(fā)明專利的發(fā)明目的在于:避免現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)及其制造方法。
      [0006]為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:包括有源區(qū)和終端兩部分結(jié)構(gòu),其中,有源區(qū)最外圍一圈溝槽開始直到器件邊緣,溝槽設(shè)于第一層光刻版上,第二層光刻版上設(shè)有LOCOS區(qū)域,第二層光刻版上設(shè)有接觸孔,第四層光刻版上設(shè)有源極與柵極。
      [0007]進一步,所述的采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合。
      [0008]進一步,所述的第四層光刻版為金屬層。
      [0009]本發(fā)明還提供一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)的制造方法,其步驟如下:
      [0010]步驟一,選擇合適的材料利用第一層光刻版形成溝槽,淀積或熱過程生長一層氮化硅;
      [0011]步驟二,利用第二層光刻版開出LOCOS區(qū)域,去除LOCOS區(qū)域的氮化硅,用化學(xué)或物理過程長熱氧化層;
      [0012]步驟三,再把未打開區(qū)域的氮化硅去除,長柵氧,淀積多晶硅,多晶硅回刻到原材料硅表面,體區(qū)注入與推進,源區(qū)注入與推進;
      [0013]步驟四,淀積隔離層,利用第三光刻版開孔,孔刻蝕;
      [0014]步驟五,淀積金屬,利用第四層光刻版形成源極與柵極。
      [0015]綜上所述,由于采用了上述技術(shù)方案,本發(fā)明的有益效果是:
      [0016]1、基于各種終端結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,使得本發(fā)明的工藝簡單,成本低廉,占用面積非常少且具有很寬的電壓適應(yīng)范圍等優(yōu)點。
      [0017]2、相同條件下,采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的漏電低至少一個數(shù)量級。
      [0018]3、耐壓能力更強,相同條件下,傳統(tǒng)技術(shù)在34V擊穿,而采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合后到40V擊穿。
      [0019]4、終端尺寸小,IOum的終端就能實現(xiàn)30V耐壓,而傳統(tǒng)技術(shù)要實現(xiàn)同等性能,尺寸至少為40um,所以采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合的技術(shù)僅占僅占傳統(tǒng)的1/4,甚至可以做到更小。
      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0020]圖1是做任何改進的終端結(jié)構(gòu);
      [0021]圖2是溝槽隔離只可以適用于低于100V的產(chǎn)品結(jié)構(gòu);
      [0022]圖3是采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合的計算結(jié)果圖;
      [0023]圖4是分壓環(huán)技術(shù)終端擊穿計算曲線;
      [0024]圖5是MOSFET單管俯視圖;
      [0025]圖6是第一層光刻版,有源區(qū)與終端溝槽形成圖;
      [0026]圖7是第二層光刻版,LOCOS結(jié)構(gòu)形成圖;
      [0027]圖8是去除氮化硅,僅剩外圍的氧化層圖;
      [0028]圖9是溝槽內(nèi)形成柵氧與柵多晶;
      [0029]圖10是源區(qū)與體區(qū)形成圖;
      [0030]圖11是源、柵接觸孔形成圖;
      [0031]圖12是圖五B-B切向剖面圖。
      [0032]圖中標(biāo)記:1_源極金屬層,2-柵極金屬層,3-隔離層氧化物,4-多晶,5-接觸孔,6-柵氧,7-溝槽一,8-溝槽二,9-場氧,10-。
      【具體實施方式】
      [0033]下面結(jié)合附圖,對本發(fā)明專利作詳細的說明。
      [0034]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實施例,對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。[0035]如圖5、圖12所示,本發(fā)明溝槽功率器件包括有源區(qū)和終端兩部分(以一種功率器件MOSFET為例),其中,有源區(qū)最外圍一圈溝槽開始直到器件邊緣,溝槽設(shè)于第一層光刻版上,第二層光刻版上設(shè)有LOCOS區(qū)域,第二層光刻版上設(shè)有接觸孔,第四層光刻版上設(shè)有源極與柵極。
      [0036]進一步,所述的采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)合。
      [0037]進一步,所述的第四層光刻版為金屬層。
      [0038]本發(fā)明還提供一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu)的制造方法,其步驟如下:
      [0039]步驟一,選擇合適的材料利用第一層光刻版形成溝槽,淀積或熱過程生長一層氮化硅;
      [0040]步驟二,利用第二層光刻版開出LOCOS區(qū)域,去除LOCOS區(qū)域的氮化硅,用化學(xué)或物理過程長熱氧化層;
      [0041]步驟三,再把未打開區(qū)域的氮化硅去除,長柵氧,淀積多晶硅,多晶硅回刻到原材料硅表面,體區(qū)注入與推進,源區(qū)注入與推進;
      [0042]步驟四,淀積隔離層,利用第三光刻版開孔,孔刻蝕;
      [0043]步驟五,淀積金屬,利用第四層光刻版形成源極與柵極。
      [0044]方案一,圖5為MOSFET或IGBT的單管俯視圖,圖中有一個切面,Β-Βο,Β-Β的完整剖面如圖12示。下面重點分析B-B的形成過程,從圖6到圖11分別詳述如下。
      [0045]圖6:Ν型基片,晶向〈100〉,淀積或熱過程生長2000Α-20000Α的氧化層作為硬掩膜,第一層光刻,形成溝槽圖形,硬掩膜濕法或干法刻蝕到基片表面,溝槽干法刻蝕,底部圓滑刻蝕,濕法或干法完全去除硬掩膜。
      [0046]圖7:通過淀積或熱過程生長200Α-20000Α的氮化硅,第二層光刻,把從隔離溝槽內(nèi)側(cè)到器件邊緣的氮化硅全部去除,熱過程生長2000Α-20000Α的氧化層。
      [0047]圖8:通過濕法或干法全部刻蝕掉有源區(qū)的氮化硅。
      [0048]圖9:熱過程長50Α-3000Α的柵氧,淀積多晶硅,多晶硅回刻到與溝槽表面水平位置。
      [0049]圖10:體區(qū)注入與推進,源區(qū)注入與推進。
      [0050]圖11:淀積或熱過程生長2000Α-20000Α的氧化層作為隔離層,通過第三層光刻形成接觸孔區(qū)域,濕法或干法刻蝕隔離層到基片表面,干法刻蝕基片0.3um-lum。
      [0051]圖12:蒸發(fā)或濺射lum-5um金屬層作為電極層,第四層光刻版定義柵、源極區(qū)域,通過濕法或干法把金屬層刻開。最終形成如圖12所示的結(jié)構(gòu)。
      [0052]其中上述在溝槽刻蝕時,利用溝槽刻蝕的負載效應(yīng),根據(jù)溝槽尺寸大小不同,有意使外圍的溝槽刻蝕得深些,有源區(qū)中溝槽刻蝕得淺些,這樣外圍的溝槽能更好的阻斷電場,有源區(qū)溝槽形成滿足要求的MOSFET基本單元。從電場終止溝槽往外算起,由于溝槽內(nèi)生長了一層很厚的氧化層,后續(xù)的體注入,源注入都不會穿過,致使體、源注入的區(qū)域終止于截至溝槽的內(nèi)側(cè),如此一來電場只存在于截至溝槽的內(nèi)側(cè),而不會往外延伸,再加上P-N是垂直于溝槽側(cè)壁的,也就不存在電場匯集等現(xiàn)象了,達到有效提高耐壓能力的目的。從截至溝槽往外算起,溝槽底部都長有厚氧化層,可以有效抗壓,氧化層的厚度可以根據(jù)抗壓的大小而調(diào)整厚度。原則上講,這種外圍結(jié)構(gòu)可以把電壓做到無窮大,而占用器件的面積又非常小。[0053]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
      【權(quán)利要求】
      1.一種溝槽功率器件結(jié)構(gòu),包括有源區(qū)和終端兩部分結(jié)構(gòu),其特征在于,有源區(qū)最外圍一圈溝槽開始直到器件邊緣,溝槽設(shè)于第一層光刻版上,第二層光刻版上設(shè)有LOCOS區(qū)域,第二層光刻版上設(shè)有接觸孔,第四層光刻版上設(shè)有源極與柵極。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述溝槽功率器件結(jié)構(gòu),其特征在于:采取溝槽隔離與LOCOS相結(jié)入口 ο
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述溝槽功率器件結(jié)構(gòu),其特征在于:第四層光刻版為金屬層。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述溝槽功率器件結(jié)構(gòu)的制造方法,其特征在于:步驟一,選擇合適的材料利用第一層光刻版形成溝槽,淀積或熱過程生長一層氮化硅;步驟二,利用第二層光刻版開出LOCOS區(qū)域,去除LOCOS區(qū)域的氮化硅,用化學(xué)或物理過程長熱氧化層;步驟三,再把未打開區(qū)域的氮化硅去除,長柵氧,淀積多晶硅,多晶硅回刻到原材料硅表面,體區(qū)注入與推進,源區(qū)注入與推進;步驟四,淀積隔離層,利用第三光刻版開孔,孔刻蝕;步驟五,淀積金屬,利用第四層光刻版形成源極與柵極。
      5.根據(jù)權(quán)利要求4所述溝槽功率器件結(jié)構(gòu)的制造方法,其特征在于:在溝槽刻蝕時,利用溝槽刻蝕的負載效應(yīng),根據(jù)溝槽尺寸大小不同,有意使外圍的溝槽刻蝕得深些,有源區(qū)中溝槽刻蝕得淺些。
      【文檔編號】H01L29/78GK103956382SQ201410165169
      【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
      【發(fā)明者】孫效中, 沈志偉, 吳江, 鄭迎新 申請人:常州旺童半導(dǎo)體科技有限公司
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