一种智能型超结MOS器件及其制造方法与流程

一种智能型超结mos器件及其制造方法
技术领域
1.本发明涉及智能型超结mos器件领域，更具体地说，它涉及一种智能型超结mos器件及其制造方法。


背景技术：

2.智能型超结mos器件产品是在普通超结产品的基础上，集成了采样mos、启动mos、高阻r，或者只集成采样mos与启动mos中的一个mos，普通超结与智能型超结电路示意图对比见图13。可以看到，智能型超结mos器件产品，在同一颗芯片上，会有2～3个mos，应用电路要求mos间功能独立，工作状态下互不影响；
3.超结产品是由多组p型掺杂区柱和n型掺杂区柱交替连接构成，因此采样mos、启动mos的隔离设计中，p型掺杂区柱和n型掺杂区柱如何排列不仅仅影响到mos间隔离电压、还会影响管芯的耐压；
4.图11和12为现有技术的超结mos隔离设计，仅将p型掺杂区柱和n型掺杂区柱进行简单的纵横交叉的排布，此种设计可以满足管芯耐压要求，但是mos间隔离电压只有不到10v，耐压曲线几乎为阻性曲线，经分析，此种设计时，采样mos、启动mos的有源区在经过工艺高温退火过程后，与主mos的有源区是相连的，因此，mos间并没有真正的隔离，所以隔离电压非常低。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种智能型超结mos器件及其制造方法，经过工艺高温退火，也仍然可以保证功能mos有源区的独立性，可以保证超高的隔离电压。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种智能型超结mos器件，其特征是：包括集成连接在一个芯片上的主mos和若干功能mos，所述功能mos设置在所述主mos的范围内，所述功能mos在芯片上的分布包括功能mos隔离区和功能mos有源区，所述功能mos有源区包括若干组相互平行且间隔设置的p型掺杂区柱和n型掺杂区柱，所述功能mos隔离区包括呈方形围绕在所述功能有源区外围的n型掺杂区柱和均匀点阵呈栅格状分布在n型掺杂区柱内部的p型掺杂区柱。
7.作为本发明的一种优选技术方案，所述主mos在芯片上的分布包括主mos终端区和设置在所述主mos终端区内部的主mos有源区；所述功能mos设置在所述主mos有源区的范围内。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述主mos终端区和主mos有源区分别包括若干组相互平行且间隔设置的p型掺杂区柱和n型掺杂区柱。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述功能mos之间的工作状态相互独立。
10.作为本发明的一种优选技术方案，若干功能mos之间相邻设置。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述功能mos包括采样mos和/或启动mos。
12.一种智能型超结mos器件的制造方法，包括如下步骤：
13.s1、在n型衬底片上生长形成n型掺杂外延层，注入n型掺杂物质，再选择性曝光，注入p型掺杂物质，得到单次外延片；
14.s2、重复上述外延生长和注入的步骤，最后一次外延只注入n型掺杂物质，得到多次外延片；
15.s3、对多次外延片进行氧化层和氮化层淀积，退火、刻去氧化层和氮化层，形成n型漂移区和p型柱区，得到p/n结构片；
16.s4、对p/n结构片进行场氧生长、光刻、场氧刻蚀，得到带有场氧的结构片；
17.s5、对场氧结构片进行栅极氧化、淀积多晶并进行掺杂、多晶光刻、多晶刻蚀，形成栅氧化层和多晶层，得到带有栅极的结构片；
18.s6、对带有栅极的结构片，选择性曝光后，注入p型掺杂物质，体区退火，形成p型体区，得到p型体区片；
19.s7、对p型体区片，进行n+光刻及n+推阱，形成mos器件的n+源极结构层，得到带有源极结构的结构片；
20.s8、对带有源极结构的结构片，生长spacer氧化层、刻蚀，在多晶侧壁形成spacer效果，得到带有p+自对准结构的结构片；
21.s9、对带有p+自对准结构的结构片，注入p型掺杂物质，得到带有p+结构的结构片；
22.s10、对带有p+结构的结构片，淀积介质，形成介质层，并进行光刻、刻蚀，在mos源区的位置开孔，得到带有通孔的结构片；
23.s11、对带有通孔的结构片进行金属沉积并光刻，形成金属层，得到具有金属层的结构片；
24.s12、对具有金属层的结构片进行钝化层淀积、光刻、刻蚀，形成栅极和源极的开口区，得到带有钝化层的结构片；
25.s13、对带有钝化层的结构片的背面进行减薄和蒸发ti
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ni
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ag的操作，形成蒸发层，得到智能型超结mos器件。
26.综上所述，本发明具有以下有益效果：功能mos隔离区设计为呈方形围绕在所述功能有源区外围的n型掺杂区柱和均匀点阵呈栅格状分布在n型掺杂区柱内部的p型掺杂区柱，这样的功能mos隔离区设计即使经过工艺高温退火，也仍然可以保证功能mos有源区的独立性；这样的设计也能为功能mos隔离区的呈方形阵列分布的p型掺杂区柱间多引入了一个方向的电荷平衡效应，使得电场分布更加平缓，因此可以保证超高的隔离电压。
附图说明
27.图1是本发明的智能型超结mos器件的p型掺杂区柱和n型掺杂区柱分布示意图；
28.图2是本发明的智能型超结mos器件的立体截面图；
29.图3是本发明的智能型超结mos器件的三种结构样式；
30.图4是本发明方法的单次外延片示意图；
31.图5是本发明方法的多次外延片示意图；
32.图6是本发明方法的p/n结构片示意图；
33.图7是本发明方法的带有栅极的结构片示意图；
34.图8是本发明方法的p型体区片片示意图；
35.图9是本发明方法的带有源极结构的结构片示意图；
36.图10是本发明方法的具有金属层的结构片示意图；
37.图11是现有技术的超结mos器件的设计图；
38.图12是现有技术的超结mos器件的立体截面图；
39.图13是普通超结与智能型超结电路对比示意图。
40.图中：1、主mos有源区；2、主mos终端区；3、功能mos有源区；4、功能mos隔离区；p、p型掺杂区柱；n、n型掺杂区柱。
具体实施方式
41.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
42.本发明提供一种智能型超结mos器件，如图1和2所示，包括集成连接在一个芯片上的主mos和若干功能mos，功能mos包括采样mos和/或启动mos。
43.主mos在芯片上的分布包括主mos终端区2和设置在主mos终端区2内部的主mos有源区1；功能mos设置在主mos有源区1的范围内，主mos终端区2和主mos有源区1分别包括若干组相互平行且间隔设置的p型掺杂区柱和n型掺杂区柱；
44.若干功能mos之间相邻设置，功能mos在芯片上的分布包括功能mos隔离区4和功能mos有源区3，功能mos有源区3包括若干组相互平行且间隔设置的p型掺杂区柱和n型掺杂区柱，功能mos隔离区4包括呈方形围绕在功能有源区外围的n型掺杂区柱和均匀点阵呈栅格状分布在n型掺杂区柱内部的p型掺杂区柱，功能mos之间的工作状态相互独立。
45.本发明的工作原理和优势为：功能mos隔离区4设计为呈方形围绕在所述功能有源区外围的n型掺杂区柱和均匀点阵呈栅格状分布在n型掺杂区柱内部的p型掺杂区柱，这样的功能mos隔离区4设计即使经过工艺高温退火，也仍然可以保证功能mos有源区3的独立性；这样的设计也能为功能mos隔离区4的呈方形阵列分布的p型掺杂区柱间多引入了一个方向的电荷平衡效应，使得电场分布更加平缓，因此可以保证超高的隔离电压。
46.本发明还提供一种智能型超结mos器件的制造方法，包括如下步骤：
47.s1、如图4所示，在n型衬底片上生长形成n型掺杂外延层，注入n型掺杂物质，再选择性曝光，注入p型掺杂物质，得到单次外延片；
48.s2、如图5所示，重复上述外延生长和注入的步骤，最后一次外延只注入n型掺杂物质，得到多次外延片；
49.s3、如图6所示，对多次外延片进行氧化层和氮化层淀积，退火、刻去氧化层和氮化层，形成n型漂移区和p型柱区，得到p/n结构片；
50.s4、对p/n结构片进行场氧生长、光刻、场氧刻蚀，得到带有场氧的结构片；
51.s5、如图7所示，对场氧结构片进行栅极氧化、淀积多晶并进行掺杂、多晶光刻、多晶刻蚀，形成栅氧化层和多晶层，得到带有栅极的结构片；
52.s6、如图8所示，对带有栅极的结构片，选择性曝光后，注入p型掺杂物质，体区退火，形成p型体区，得到p型体区片；
53.s7、如图9所示，对p型体区片，进行n+光刻及n+推阱，形成mos器件的n+源极结构层，得到带有源极结构的结构片；
54.s8、对带有源极结构的结构片，生长spacer氧化层、刻蚀，在多晶侧壁形成spacer
效果，得到带有p+自对准结构的结构片；
55.s9、对带有p+自对准结构的结构片，注入p型掺杂物质，得到带有p+结构的结构片；
56.s10、对带有p+结构的结构片，淀积介质，形成介质层，并进行光刻、刻蚀，在mos源区的位置开孔，得到带有通孔的结构片；
57.s11、如图10所示，对带有通孔的结构片进行金属沉积并光刻，形成金属层，得到具有金属层的结构片；
58.s12、对具有金属层的结构片进行钝化层淀积、光刻、刻蚀，形成栅极和源极的开口区，得到带有钝化层的结构片；
59.s13、对带有钝化层的结构片的背面进行减薄和蒸发ti
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ni
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ag的操作，形成蒸发层，得到智能型超结mos器件。
60.一般的，可根据不同的耐压和隔离需求，可以拓展为三种结构，如图3所示，以结构一为例，其具体的制造方法是：
61.s1、如图4所示，在n型衬底片上生长形成n型掺杂外延层，n型衬底片采用n型(100)晶向，砷元素掺杂，电阻率通常为0.001～0.005ω*cm，采用多次外延的方法生长高阻外延层，通常每层电阻率为15～40ω*cm，以第一层为例，生长一层5～10um的n型掺杂外延；再注入n型掺杂物质，用于扩散形成n型漂移区，注入能量：140keb～160kev，剂量：2e12～4e12，磷元素；对注入的n形掺杂物质进行选择性曝光，并注入p型掺杂物质，用于扩散形成p
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pillar，注入能量：50～70kev，注入剂量：6e12～8e12，硼元素，得到单次外延片。
62.s2、如图5所示，重复n型掺杂外延层的外延生长和n型掺杂物质、p型掺杂物质的注入过程至整体外延为50～70um，最后再生长一层n型掺杂外延，厚度3～8um，并且只注入n型掺杂物质，用于体区和源区注入，得到多次外延片。
63.s3、如图6所示，对多次外延片淀积一层1800埃～2400埃的sio2，通过pcvd淀积一层1000埃～1500埃的氮化硅，防止杂质扩散。然后进行p
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pillar退火，温度1180℃，时间根据单次外延层的厚度在150min～250min，气体氛围为氮气。通过湿法刻蚀将氮化硅去除，将sio2去除，形成n型漂移区和p型柱区，得到p/n结构片。
64.s4、在p/n结构片上生长场氧厚度8000埃～12000埃，并进行光刻，对有源区曝光&腐蚀，除主mos终端区及功能mos隔离区外，其余主mos有源区、采样mos有源区，启动mos有源区氧化层全部去除，得到带有场氧的结构片。
65.s5、如图7所示，对带有场氧的结构片生长栅氧化层厚度一般700
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1200埃，沉积多晶硅厚度6000
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8000埃并进行掺杂；再对多晶硅光刻和刻蚀，形成栅氧化层和多晶层，得到带有栅极的结构片。
66.s6、如图8所示，对带有栅极的结构片进行选择性曝光，p型掺杂物质注入剂量为3e13～6e13，注入能量：80kev～110kev，硼元素，注入后退火，1150℃，50～60min，杂质扩散形成p型体区，得到p型体区片。
67.s7、如图9所示，在p型体区片上进行n+光刻及n+推阱，形成主mos管源区，得到带有源极结构的结构片，其中np注入剂量：5e15～1e16,注入能量：40kev
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100kev，注入元素：磷。np推阱温度：850℃，时间：40～60分钟。
68.s8、对带有源极结构的结构片，生长一层spacer氧化层，厚度1000埃～1500埃，并使用干法刻蚀将氧化层去除，可以在poly侧壁形成spacer结果，做为p+注入的自对准结构，
得到带有p+自对准结构的结构片。
69.s9、对带有p+自对准结构的结构片进行p+注入，增加p
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body体区掺杂浓度，降低rb电阻，有助于提高mos的抗冲击能力，剂量：2e15～4e15，能量：120kev，硼元素，得到带有p+结构的结构片。
70.s10、对带有p+结构的结构片沉积介质bpsg(硼磷硅玻璃)10000埃，然后开孔，形成孔接触，得到带有通孔的结构片。
71.s11、如图10所示，对带有通孔的结构片沉积4um铝，然后光刻腐蚀铝，形成mos的栅区和源区，得到具有金属层的结构片。
72.s12、对具有金属层的结构片沉积钝化层氮化硅6000
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10000埃，然后光刻腐蚀，形成gate和source的开口区，得到带有钝化层的结构片。
73.s13、对带有钝化层的结构片减薄背面到200um
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300um，再在背面蒸发ti
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ni
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ag(钛
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镍
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银)，最终得到智能型超结mos器件。
74.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。