[发明专利]基于高能离子注入方式的通道分压场效应管及生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率场效应管，具体涉及一种基于高能离子注入方式的通道分压场效应管及生产方法。

背景技术

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Super Junction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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于高能离子注入方式的通道分压场效应管及生产方法，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。

为解决上述问题，本发明是通过以下方案实现的：

基于高能离子注入方式的通道分压场效应管的生产方法，包括如下步骤：

（1）在N+衬底上生长P型外延层；

（2）在P型外延层上光蚀刻出条状沟槽；

（3）在条状沟槽的槽壁、槽底、以及P型外延层的上表面生长二氧化硅氧化层；

（4）在条状沟槽内沉积金属或多晶硅作为良导体，并在功能区外连接到一起形成栅极；

（5）从步骤（4）所得晶体的表面向下扩散推结形成n区；

（6）从步骤（5）所得晶体的表面向下扩散推结形成体区P，此时n区形成n型横向通道，在形成的n型横向通道上开设接触孔以使得体区P与P型外延层在功能区外围连通；

（7）从步骤（6）所得晶体的表面向下扩散推结形成源区N+；

（8）在步骤（7）所得晶体的表面沉积硼磷硅玻璃以保护栅极；

（9）在步骤（8）所得晶体的表面光刻出接触槽；

（10）使用高能离子注入设备，将磷离子从步骤（9）所得接触槽通道中按不同能量等级分多次注入，使之形成不同深度的磷离子层；

（11）将注入的磷离子扩散推结形成n+型纵向通道，该n+型纵向通道与步骤（6）所得n型横向通道形成类T形结构的n型通道连接区；

（12）在接触槽的底部注入硼离子形成P+层，并进行扩散推结；

（13）在P+层的上方填充金属形成金属塞；

（14）对步骤（13）所得晶体进行蒸铝操作，以在该晶体的上表面形成源极；

（15）减薄步骤（14）所得晶体的N+衬底，并在减薄的N+衬底下表面背金形成功率场效应管的漏极。

采用上述生产方法制备的基于高能离子注入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+型纵向通道、n型横向通道、良导体、二氧化硅氧化层、体区P、P+层、金属塞、源区N+、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；P型外延层位于N+衬底的上表面；n+型纵向通道处于P型外延层中，并将P型外延层分隔为多块；n型横向通道的左右两侧搭接在2块P型外延层的上部；n+型纵向通道的顶部与n型横向通道相连，n+型纵向通道的底部与N+衬底相连；每块P型外延层的正上方各立设有一块柱形良导体，良导体的侧面和底面包覆有二氧化硅氧化层，良导体向外引出形成功率场效应管的栅极；多个体区P分别位于n型横向通道的上方并填充在良导体周边所留间隙处；体区P与P型外延层通过开设在n型横向通道上的接触孔在功能区外围是连接通的；每个良导体的左右两侧各设有1个源区N+，且源区N+处于源区P的上方；源区N+与源区N+之间的空隙形成接触槽，每个接触槽的底部均设有P+层，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。