一种功率器件截止环结构及其制作方法与流程

allin2026-08-31  9


本发明属于半导体器件,涉及一种功率器件截止环结构及其制作方法。


背景技术:

1、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)由形成有效元胞的可进行导通关断功能的元胞区域以及边缘区域用于承担耐压的终端区域组成,终端中包括截止环设计,截止环可以有效避免内部感应电荷及芯片外围可动电荷进入元胞区而影响器件正常工作。

2、双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(dmos)是一种用于功率放大和开关的半导体器件,具有低导通电阻、高电压承受能力、高速开关能力和高温性能等。dmos器件的结构类似于mosfet,但是在dmos器件中,扩散区域比mosfet更深,从而可以承受更高的电压。

3、常规沟槽(trench)型dmos在终端区均有体区(body)掺杂,导致源区掺杂区外还包围着结深较深的体区掺杂区,而与源区的杂质类型相异,会形成了天然的反型通道,而不能有效起到导电沟道截止的作用,此时的截止环并不是真正意义上的截止环结构;以n型增强型mos为例,如果要形成真正起作用的截止环结构,就需要额外的一层p阱光罩(p-wellmask),掩蔽部分终端不做体区掺杂,使源区掺杂区直接连接漏区(外延高阻区),无异型杂质,这样就做到等电势效果,避免了反型通道产生,但增加一层光罩,带来芯片制造成本的上升。

4、因此,如何在不使p阱光罩以降低芯片制造成本的前提下,做出理想真正起到截断导电沟道功能的截止环结构,成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

5、应该注意,上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明,并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种功率器件截止环结构及其制作方法,用于解决现有技术中难于以低成本实现理想的功率器件截止环结构的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种功率器件截止环结构的制作方法,包括以下步骤:

3、提供一衬底,形成外延层于所述衬底上;

4、形成体区掺杂层于所述外延层的上表层;

5、形成间隔设置的第一截止环沟槽与第二截止环沟槽,并形成栅氧化层,其中,所述第二截止环沟槽位于所述第一截止环沟槽的外围,所述第一截止环沟槽与所述第二截止环沟槽均垂向贯穿所述体区掺杂层并往下延伸,所述第二截止环沟槽的宽度大于所述第一截止环沟槽的宽度,所述栅氧化层覆盖所述第一截止环沟槽的内壁及第二截止环沟槽的内壁;

6、沉积栅极多晶硅层并对所述栅极多晶硅层进行回刻以去除所述第一截止环沟槽外与第二截止环沟槽外的所述栅极多晶硅层,并显露所述第二截止环沟槽底部中间区域的所述栅氧化层,回刻后剩余的所述栅极多晶硅层包括位于所述第一截止环沟槽中的多晶硅填充层及分别位于所述第二截止环沟槽两侧壁的第一多晶硅侧墙与第二多晶硅侧墙;

7、形成源区掺杂层于所述体区掺杂层的上表层及所述第二截止环沟槽下方的所述外延层的上表层;

8、形成层间介质层,并形成第一接触孔与第二接触孔,所述第一接触孔位于所述第一截止环沟槽上方并垂向贯穿所述层间介质层以显露所述多晶硅填充层,所述第二接触孔位于所述第一多晶硅侧墙与所述第二多晶硅侧墙之间并垂向贯穿所述层间介质层、所述栅氧化层及所述源区掺杂层以显露所述外延层;

9、形成截止环金属层,所述截止环金属层位于所述层间介质层上并填充进所述第一接触孔与所述第二接触孔。

10、可选地,所述第二截止环沟槽的深宽比小于1/3。

11、可选地,所述第一多晶硅侧墙与所述第二接触孔之间夹设有所述层间介质层,所述第二多晶硅侧墙与所述第二接触孔之间夹设有所述层间介质层。

12、可选地,形成所述体区掺杂层的方法包括离子注入法,形成所述体区掺杂层的过程中未使用光罩。

13、可选地,形成间隔设置的第一截止环沟槽与第二截止环沟槽包括以下步骤:

14、形成硬掩膜层于所述体区掺杂层上;

15、图形化所述硬掩膜层以得到第一开口与第二开口;

16、基于所述第一开口与所述第二开口刻蚀所述体区掺杂层及所述体区掺杂层下方的所述外延层以得到所述第一截止环沟槽与所述第二截止环沟槽。

17、可选地,在形成所述截止环金属层之前,还包括对所述第一接触孔的底部及所述第二接触孔的底部进行离子注入以形成接触区的步骤。

18、可选地,所述衬底、所述外延层、所述源区掺杂层均为第一导电类型,所述体区掺杂层为第二导电类型,所述第一导电类型为n型或p型,所述第二导电类型与所述第一导电类型相反。

19、可选地,所述源区掺杂层的掺杂浓度大于所述体区掺杂层的掺杂浓度,所述体区掺杂层的掺杂浓度大于所述外延层的掺杂浓度,且所述源区掺杂层与所述体区掺杂层的掺杂浓度差值大于所述体区掺杂层与所述外延层的掺杂浓度差值。

20、本发明还提供一种功率器件截止环结构,包括:

21、衬底;

22、外延层,位于所述衬底上;

23、体区掺杂层,位于所述外延层的上表层;

24、间隔设置的第一截止环沟槽与第二截止环沟槽所述第二截止环沟槽位于所述第一截止环沟槽的外围,所述第一截止环沟槽与所述第二截止环沟槽均垂向贯穿所述体区掺杂层并往下延伸,所述第二截止环沟槽的宽度大于所述第一截止环沟槽的宽度;

25、栅氧化层,覆盖所述第一截止环沟槽的内壁及第二截止环沟槽的内壁;

26、多晶硅填充层,位于所述第一截止环沟槽中并与所述第一截止环沟槽的内壁之间通过所述栅氧化层间隔;

27、第一多晶硅侧墙与第二多晶硅侧墙,分别位于所述第二截止环沟槽的两侧壁并与所述第二截止环沟槽的内壁之间通过所述栅氧化层间隔;

28、源区掺杂层,位于所述体区掺杂层的上表层及所述第二截止环沟槽下方的所述外延层的上表层;

29、层间介质层,位于所述外延层上方并填充进所述第二截止环沟槽;

30、第一接触孔与第二接触孔,所述第一接触孔位于所述第一截止环沟槽上方并垂向贯穿所述层间介质层以显露所述多晶硅填充层,所述第二接触孔位于所述第一多晶硅侧墙与所述第二多晶硅侧墙之间并垂向贯穿所述层间介质层、所述栅氧化层及所述源区掺杂层以显露所述外延层;

31、截止环金属层,位于所述层间介质层上并填充进所述第一接触孔与所述第二接触孔。

32、可选地,所述第二截止环沟槽的深宽比小于1/3。

33、如上所述,本发明的功率器件截止环结构的制作方法可以在不使用阱区光罩的前提下,做出理想真正起到截断导电沟道功能的截止环结构,基本流程包括:首先将阱区(体区掺杂层)的制作前置到沟槽刻蚀之前,在芯片外围形成宽度较大的第二截止环沟槽,多晶硅回刻之后第二截止环沟槽中间区域的多晶硅被完全刻蚀掉,露出第二截止环沟槽底部的栅氧化层,然后进行源区注入,最后进行层间介质层淀积、接触孔刻蚀,其中,第二截止环沟槽中的接触孔可以直接连接到外延层内高阻区(源区以下的区域),避免了反型通道产生。本发明的截止环结构可以有效起到截止导电沟道的作用,并节省一张光罩,有助于降低芯片制造成本。


技术特征:

1.一种功率器件截止环结构的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的功率器件截止环结构的制作方法,其特征在于:所述第二截止环沟槽的深宽比小于1/3。

3.根据权利要求1所述的功率器件截止环结构的制作方法,其特征在于:所述第一多晶硅侧墙与所述第二接触孔之间夹设有所述层间介质层,所述第二多晶硅侧墙与所述第二接触孔之间夹设有所述层间介质层。

4.根据权利要求1所述的功率器件截止环结构的制作方法,其特征在于:形成所述体区掺杂层的方法包括离子注入法,形成所述体区掺杂层的过程中未使用光罩。

5.根据权利要求1所述的功率器件截止环结构的制作方法,其特征在于,形成间隔设置的第一截止环沟槽与第二截止环沟槽包括以下步骤:

6.根据权利要求1所述的功率器件截止环结构的制作方法,其特征在于:在形成所述截止环金属层之前,还包括对所述第一接触孔的底部及所述第二接触孔的底部进行离子注入以形成接触区的步骤。

7.根据权利要求1所述的功率器件截止环结构的制作方法,其特征在于:所述衬底、所述外延层、所述源区掺杂层均为第一导电类型,所述体区掺杂层为第二导电类型,所述第一导电类型为n型或p型,所述第二导电类型与所述第一导电类型相反。

8.根据权利要求1所述的功率器件截止环结构的制作方法,其特征在于:所述源区掺杂层的掺杂浓度大于所述体区掺杂层的掺杂浓度,所述体区掺杂层的掺杂浓度大于所述外延层的掺杂浓度。

9.一种功率器件截止环结构,其特征在于,包括:

10.根据权利要求9所述的功率器件截止环结构,其特征在于:所述第二截止环沟槽的深宽比小于1/3。


技术总结
本发明提供一种功率器件截止环结构及其制作方法,该方法包括以下步骤:形成外延层于衬底上;形成体区掺杂层于外延层的上表层;形成间隔设置的第一、第二截止环沟槽,并形成栅氧化层;沉积栅极多晶硅层并回刻;形成源区掺杂层于体区掺杂层的上表层及第二截止环沟槽下方的外延层的上表层;形成层间介质层,并形成第一、第二接触孔;形成填充进第一、第二接触孔的截止环金属层于层间介质层上。本发明的制作方法可以在不使用阱区光罩的前提下做出理想真正起到截断导电沟道功能的截止环结构,有助于降低芯片制造成本,其中,体区掺杂层的制作前置到沟槽刻蚀之前,宽度较大的第二截止环沟槽中的接触孔直接连接到外延层内高阻区,避免了反型通道产生。

技术研发人员:叶俊,肖璇,宋阳,黄国民,谢果,杨治宇
受保护的技术使用者:无锡华润华晶微电子有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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