Mosfet終端結(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)體功率器件領(lǐng)域，特別是涉及一種MOSFET終端結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，對其性價比的要求越來越高，減小功率器件終端尺寸可縮小芯片面積，降低制造成本。
[0003]圖1為現(xiàn)有技術(shù)I的MOSFET (金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)終端結(jié)構(gòu)示意圖，包括:單晶硅襯底1，N型輕摻雜半導(dǎo)體外延層2，場氧化層3，多晶硅場板5-1和5-2，隔離介質(zhì)8，P型摻雜場限環(huán)6-1和6-2，金屬層10-1和10-2。其中場限環(huán)6_1和6_2是與MOSFET元胞P-body同時自對準離子注入和擴散形成，金屬層10_1把場限環(huán)6_1和多晶娃場板5-1連接起來，金屬層10-2把場限環(huán)6-2和多晶硅場板5-2連接起來，這類終端結(jié)構(gòu)被稱為接觸式場板終端結(jié)構(gòu)。其缺點是場限環(huán)6-1和6-2間距受金屬層10-1和10-2間距SI限制，制約了終端尺寸縮小，給設(shè)計帶來約束。
[0004]圖2為現(xiàn)有技術(shù)2的終端結(jié)構(gòu)示意圖，其與現(xiàn)有技術(shù)I的終端結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于:與現(xiàn)有技術(shù)I相比，其多晶硅場板5-1和5-2 —部分覆蓋有場限環(huán)內(nèi)的柵氧化層4。在場限環(huán)6-1和6-2間距不變情況下，該結(jié)構(gòu)的金屬層10-1和10-2間距S2比現(xiàn)有技術(shù)I的間距SI大，所以采用該技術(shù)給帶來便利，場限環(huán)之間尺寸可以進一步縮小。
[0005]圖3為現(xiàn)有技術(shù)3的終端結(jié)構(gòu)示意圖。其與現(xiàn)有技術(shù)2的終端結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于:與現(xiàn)有技術(shù)2相比，其多晶硅場板5-1和5-2全部覆蓋場限環(huán)內(nèi)的柵氧化層4，且不和底部場限環(huán)6-1或6-2連接，場板上方?jīng)]有金屬，被稱為浮空式場板結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有不受金屬加工精度和方便小尺寸終端設(shè)計的優(yōu)點，但需要在多晶硅制備前增加一道光刻掩模和離子注入才能形成場限環(huán)6-1和6-2，制造成本增加。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)1-3已經(jīng)廣泛用于MOSFET、IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)和FRD (快恢復(fù)二極管)等半導(dǎo)體功率器件實際生產(chǎn)中，但現(xiàn)有技術(shù)I和2中制約了終端結(jié)構(gòu)的尺寸縮小，現(xiàn)有技術(shù)3中的制作工藝步驟比較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)有技術(shù)中MOSFET終端結(jié)構(gòu)制約了尺寸縮小且制作工藝步驟比較復(fù)雜的缺點，提供一種MOSFET終端結(jié)構(gòu)及其制造方法。
[0008]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:
[0009]本發(fā)明提供了一種MOSFET終端結(jié)構(gòu)的制造方法，其特點在于，包括以下步驟:
[0010]S1、在N型重摻雜單晶硅襯底上生長N型輕摻雜硅外延層，并在所述N型輕摻雜硅外延層上生長二氧化硅場氧化層；
[0011]S2、采用光刻掩模和蝕刻技術(shù)將預(yù)設(shè)的若干場限環(huán)區(qū)域上方的二氧化硅場氧化層除去，并形成若干場氧化層開口區(qū)；
[0012]S3、在若干場氧化層開口區(qū)中生長二氧化硅柵氧化層，并在所述二氧化硅場氧化層上和所述二氧化硅柵氧化層上淀積多晶硅層；
[0013]S4、采用光刻掩模和蝕刻技術(shù)蝕刻多晶硅層，以形成若干多晶硅場板、若干耦合多晶硅條及若干連接多晶硅條；
[0014]所述多晶硅場板設(shè)置于二氧化硅場氧化層上；所述耦合多晶硅條設(shè)置于場氧化層開口區(qū)中的二氧化硅柵氧化層上，并用于耦合場限環(huán)電勢；所述耦合多晶硅條通過所述連接多晶硅條與所述多晶硅場板相連接；
[0015]S5、執(zhí)行自對準P型雜質(zhì)離子注入操作，并使得雜質(zhì)穿過二氧化硅柵氧化層且不穿過多晶硅層和二氧化硅場氧化層，以形成若干場限環(huán)。
[0016]較佳地，步驟S5之后還包括:
[0017]S6、淀積二氧化硅隔離介質(zhì)，并制作MOSFET的剩余部分。
[0018]較佳地，所述N型輕摻雜硅外延層的厚度為10-100um。
[0019]較佳地，所述二氧化娃場氧化層的厚度為0.7_3um。
[0020]較佳地，所述二氧化娃柵氧化層的厚度為500-2000A(A為長度單位，IA = l(T7mm)。
[0021]較佳地，所述多晶硅層的厚度為0.3_2um。
[0022]本發(fā)明的目的在于還提供了一種MOSFET終端結(jié)構(gòu)，其特點在于，其利用上述任意一項所述的制造方法制造，所述MOSFET終端結(jié)構(gòu)包括N型重摻雜單晶硅襯底、N型輕摻雜硅外延層及二氧化硅場氧化層，所述N型輕摻雜硅外延層位于所述N型重摻雜單晶硅襯底上，所述二氧化硅場氧化層位于所述N型輕摻雜外延層上；
[0023]所述MOSFET終端結(jié)構(gòu)還包括若干場限環(huán)，所述二氧化硅場氧化層中設(shè)有與若干場限環(huán)區(qū)域?qū)?yīng)的若干場氧化層開口區(qū)，在每一場氧化層開口區(qū)中設(shè)有二氧化硅柵氧化層，在所述二氧化硅場氧化層上淀積有多晶硅層；
[0024]所述多晶硅層包括若干多晶硅場板、若干耦合多晶硅條及若干連接多晶硅條；
[0025]所述多晶硅場板設(shè)置于二氧化硅場氧化層上；所述耦合多晶硅條設(shè)置于場氧化層開口區(qū)的二氧化硅柵氧化層上，并用于耦合場限環(huán)電勢；所述耦合多晶硅條通過所述連接多晶硅條與所述多晶硅場板相連接。
[0026]較佳地，所述耦合多晶硅條與所述二氧化硅場氧化層的距離為0.5-5um。
[0027]較佳地，所述耦合多晶硅條與所述連接多晶硅條相互垂直。
[0028]較佳地，所述耦合多晶硅條及所述連接多晶硅條的寬度為0.5-5um。
[0029]本發(fā)明的積極進步效果在于:本發(fā)明適用于低成本小尺寸的MOSFET終端結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造，制造出的終端結(jié)構(gòu)具有尺寸小和不受金屬加工精度限制的優(yōu)點，并且節(jié)省了光刻掩模和離子注入的工藝步驟，通過優(yōu)化版圖設(shè)計，可以顯著減低終端結(jié)構(gòu)的尺寸，縮小芯片面積，降低制造成本。
【附圖說明】
[0030]圖1為現(xiàn)有技術(shù)I的MOSFET終端結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)2的MOSFET終端結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖3為現(xiàn)有技術(shù)3的MOSFET終端結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖4為本發(fā)明的實施例1的MOSFET終端結(jié)構(gòu)的制造方法的流程圖。
[0034]圖5為本發(fā)明的實施例1的MOSFET終端結(jié)構(gòu)的制造方法中執(zhí)行步驟101后的示意圖。
[0035]圖6為本發(fā)明的實施例1的MOSFET終端結(jié)構(gòu)的制造方法中執(zhí)行步驟102后的示意圖。
[0036]圖7為本發(fā)明的實施例1的MOSFET終端結(jié)構(gòu)的制造方法中執(zhí)行步驟103后的示意圖。
[0037]圖8為本發(fā)明的實施例1的MOSFET終端結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖9為圖8沿A-A’方向的剖視圖。
[0039]圖10為圖8沿B-B’方向的剖視圖。
[0040]圖11為現(xiàn)有技術(shù)的MOSFET終端結(jié)構(gòu)在680V漏源電壓下硅表面0.1um處的電場強度分布不意圖。
[0041]圖12為本發(fā)明的MOSFET終端結(jié)構(gòu)在680V漏源電壓下硅表面0.1um處的電場強度分布示意圖。
[0042]圖13為本發(fā)明的實施例2的MOSFET終端結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0043]下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0044]實施例1
[0045]本實施例提供了一種MOSFET終端結(jié)構(gòu)的制造方法，如圖4所示，包括以下步驟:
[0046]步驟101、采用外延工藝，在N型重摻雜(例如砷摻雜濃度大于IX 11Vcm3)單晶硅襯底11上生長一層厚度為1-1OOum的N型輕摻雜(例如磷摻雜濃度5 X 1012_5 X 116/cm3)硅外延層12，并采用高溫氧化方法(例如在1000-1250°C濕氧氣氛中)在所述N型輕摻雜硅外延層12上生長厚度為0.7-3um的二氧化硅場氧化層13 ;其中，圖5示出了執(zhí)行步驟101后得到的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047]步驟102、采用光刻掩模和蝕刻技術(shù)將預(yù)設(shè)的第一場限環(huán)區(qū)域Rl和第二場限環(huán)區(qū)域R2上方的二氧化硅場氧化層13除去，并形成第一場氧化層開口區(qū)和第二場氧化層開口區(qū)；其中，圖6示出了執(zhí)行步驟102后得到的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]在本發(fā)明中，預(yù)設(shè)的場限環(huán)區(qū)域的數(shù)量不限，本實施例具體以2個場限環(huán)區(qū)域為例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以選擇其他數(shù)量的場限環(huán)區(qū)域。
[0049]步驟103、采用高溫氧化方法在第一場氧化層開口區(qū)和第二場氧化層開口區(qū)中生長厚度為500-2000A的二氧化硅柵氧化層14，并采用低壓化學(xué)淀積方法在所述二氧化硅場氧化層13上和所述二氧化硅柵氧化層14淀積厚度為0.3-2um的多晶硅層15 ;其中，圖7示出了執(zhí)行步驟103后得到的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050]步驟104、采用光刻掩模和蝕刻技術(shù)蝕刻多晶硅層15，以保留下第一多晶硅場板15-1、第一耦合多晶硅條15-la、第一連接多晶硅條15-lb、第二多晶硅場板15_2、第二耦合多晶硅條15及第二連接多晶硅條15-2b ;其中各個部件的結(jié)構(gòu)示意圖可參見圖8。
[0051]所述第一多晶硅場板和所述第二多晶硅場板分別設(shè)置于二氧化硅場氧化層上；所述第一耦合多晶硅條和所述第二耦合多晶硅條分別設(shè)置于第一場氧化層開口區(qū)和第二場氧化層開口區(qū)中的二氧化硅柵氧化層上，并均用于耦合場限環(huán)電勢；所述第一耦合多晶硅條通過所述第一連接多晶硅條與所述第一多晶硅場板相連接，所述第二耦合多晶硅條通過所述第二連接多晶硅條與所述第二多晶硅場板相連接；
[0052]在本發(fā)明中，