集成启动管、采样管和电阻的高压超结DMOS结构及其制备方法与流程

本发明属于半导体器件领域，特别涉及了一种dmos结构及其制备方法。

背景技术：

图1是普通dmos产品平面图，在普通dmos产品结构中没有启动管、采样管和电阻结构，在实际应用中需要使用分立的电流采样电阻和dmos管来实现采样和异步启动，其电路转换效率较低，电路整体面积较大，待机损耗较高。

技术实现要素：

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了集成启动管、采样管和电阻的高压超结dmos结构及其制备方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

集成启动管、采样管和电阻的高压超结dmos结构，包括主mos管、启动mos管、采样mos管和多晶电阻，所述主mos管、启动mos管和采样mos管的漏极连接在一起，采样mos管的栅极连接主mos管的栅极，启动mos管的栅极经所述多晶电阻与启动mos管的漏极连接；各mos管通过n柱与p柱交替排列形成超结结构；相邻两个mos管之间设置隔离结构；所述隔离结构为，各mos管的原胞区p柱的两端分别与等腰三角形注入窗口的顶角连接，相邻两个mos管的原胞区p柱连接的等腰三角形注入窗口之间存在间距d，从而在相邻两个mos管之间形成隔离区；在每个隔离区，通过ring注入将各p柱的顶端连接在一起，从而形成耐压环。

进一步地，所述等腰三角形注入窗口的顶角小于30°；所述等腰三角形注入窗口各边的宽度小于p柱的宽度；所述间距d与相邻p柱之间的间距相等。

针对上述高压超结dmos结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备衬底：衬底采用n型<100>晶向，掺杂砷元素或锑元素，在衬底上预先生长一层厚度为5um-10um的外延材料，该外延材料的电阻率小于后续生长的外延材料的电阻率；

(2)形成p柱：在步骤(1)生长的外延材料上继续生长一层厚度为3-15um的外延材料，经过光刻和n次不同能量的注入，形成n柱与p柱交替排列的超结结构，得到主mos管、启动mos管和采样mos管的原胞区；其中，n≥1；

(3)形成ring环和隔离区：在步骤(2)生长的外延材料上继续生长一层厚度为2-3um的外延材料，该外延材料的电阻率与n柱的电阻率相同；通过ring光刻，将耐压环注入区以及各mos管之间的隔离区曝光出来，然后ring注入，注入的能量为110kev～180kev，注入的元素为硼元素，注入的剂量为5e12～2e13；

(4)推阱p柱和ring环，生长场氧层；

(5)通过光刻将各mos管的有源区打开，并通过湿法腐蚀去除有源区表面的氧化层；

(6)在场氧层和各mos管有源区上生长栅氧层，在栅氧层上沉积多晶；

(7)通过多晶注入、光刻、腐蚀，形成多晶电阻，此步骤不采用多晶掺杂工艺；

(8)在没有多晶和场氧阻挡的区域，进行pbody注入和退火；

(9)在pbody区域，通过nsd光刻、注入、推阱，形成各mos管的源区；

(10)在场氧层、多晶和各mos管源区上沉积介质，并在介质上刻蚀出接触孔；

(11)在介质上和接触孔内，通过铝溅射、光刻、腐蚀，形成各mos管的栅区和源区；

(12)减薄衬底背面，再在衬底背面蒸发ti-ni-ag合金。

进一步地，步骤(1)中生长的外延材料的电阻率为0.4-2ω/cm；步骤(2)中生长的外延材料的电阻率为0.5-5ω/cm。

进一步地，在步骤(2)中，注入的元素为硼元素，注入的剂量为4e12～2e13；在步骤(3)中，ring注入的能量为110kev～180kev，注入的元素为硼元素，注入的剂量为5e12～2e13；在步骤(7)中，多晶注入的能量为20kev-40kev，多晶注入的元素为硼元素，多晶注入的剂量为1e14～1e15；在步骤(8)中，pbody注入的能量为60kev～120kev，注入的元素为硼元素，注入的剂量根据阈值电压确定；在步骤(9)中，nsd注入的能量为120kev-160kev，注入的元素为磷，注入的剂量为5e15～1e16。

进一步地，在步骤(4)中，推阱的温度为1150℃，推阱的时间为60～300分钟，生长的场氧层的厚度为12000～18000埃；在步骤(6)中，生长的栅氧层的厚度为700-1200埃，生长的温度为900-1000℃，沉积多晶的厚度为6000-8000埃；在步骤(9)中，nsd推阱的温度为950℃，推阱的时间为25分钟。

进一步地，多晶电阻的条宽为0.8um-2.5um，多晶电阻的阻值为8mω-50mω；在步骤(11)中，溅射铝的厚度为4um。

进一步地，在步骤(10)中，所述介质为bpsg，沉积介质的厚度为11000埃。

进一步地，在步骤(11)与步骤(12)之间，通过钝化层沉积、光刻、腐蚀，形成主mos管和启动mos管栅极和源极的开口区以及采样mos管源极的开口区。

进一步地，所述钝化层为氮化硅，沉积钝化层的厚度为7000-12000埃。

采用上述技术方案带来的有益效果：

(1)本发明将采样、启动功能和功率dmos集成，提高电路的集成度，同时可以降低电路中启动损耗和电流采样损耗，从而降低待机功耗，提高能源转换效率；

(2)本发明利用高压超结dmos优异的导电特性，相较于普通dmos，芯片面积缩小70％以上，大幅度降低芯片成本；

(3)本发明集成启动管、采样管、电阻的工艺和超结dmos工艺兼容，降低成本。

附图说明

图1是普通dmos产品平面图；

图2是本发明dmos电路连接图；

图3是本发明中隔离结构的示意图；

图4是本发明制备方法中p柱注入示意图；

图5是本发明制备方法中ring注入示意图；

图6是本发明制备方法中生长场氧层示意图；

图7是本发明制备方法中沉积多晶示意图；

图8是本发明制备方法中pbody注入推阱示意图；

图9是本发明制备方法中nsd注入推阱示意图；

图10是本发明制备方法中沉积介质和孔刻蚀示意图；

图11是本发明制备方法中铝溅射刻蚀示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明设计了一种集成启动管、采样管和电阻的高压超结dmos结构，包括主mos管、启动mos管、采样mos管和多晶电阻，如图2所示，所述主mos管、启动mos管和采样mos管的漏极连接在一起，采样mos管的栅极连接主mos管的栅极，启动mos管的栅极经所述多晶电阻与启动mos管的漏极连接。

各mos管通过n柱与p柱交替排列形成超结结构。相邻两个mos管之间设置隔离结构；所述隔离结构为，各mos管的原胞区p柱的两端分别与等腰三角形注入窗口的顶角连接，相邻两个mos管的原胞区p柱连接的等腰三角形注入窗口之间存在间距d，从而在相邻两个mos管之间形成隔离区；在每个隔离区，通过ring注入将各p柱的顶端连接在一起，从而形成耐压环。

在本实施例中，优选地，所述等腰三角形注入窗口的顶角小于30°；所述等腰三角形注入窗口各边的宽度小于p柱的宽度；所述间距d与相邻p柱之间的间距相等。

本发明还提出了针对上述集成启动管、采样管和电阻的高压超结dmos结构的制备方法，其步骤如下：

步骤1、制备衬底：衬底采用n型<100>晶向，掺杂砷元素或锑元素，在衬底上预先生长一层厚度为5um-10um的外延材料，该外延材料的电阻率低于后续生长的外延材料的电阻率。优选地，本步骤中生长的外延材料的电阻率为0.4-2ω/cm。通过本步骤，可以有效减少高温下衬底掺杂元素的反扩，同时进一步降低导通电阻。

步骤2、形成p柱：在步骤1生长的外延材料上继续生长一层厚度为3-15um的外延材料，经过光刻和n(n≥1)次不同能量的注入，形成n柱与p柱交替排列的超结结构，得到主mos管、启动mos管和采样mos管的原胞区。优选地，本步骤中生长的外延材料的电阻率为0.5-5ω/cm；注入的元素为硼元素，注入的剂量为4e12～2e13。注入次数越多，形成的p柱边界越平滑，分压效率更高，原胞尺寸可以做得更小。经过多次“外延生长-p柱光刻注入”，形成深度约为40-70um的p柱，击穿耐压可做到500v～900v，p柱深度越深，可形成的耐压越高。本步骤对应的结构如图4所示。

步骤3、形成ring环和隔离区：在步骤2生长的外延材料上继续生长一层厚度为2-3um的外延材料，该外延材料的电阻率与n柱的电阻率相同；通过ring光刻，将耐压环注入区以及各mos管之间的隔离区曝光出来，然后ring注入，注入的能量为110kev～180kev，注入的元素为硼元素，注入的剂量为5e12～2e13。优选地，ring注入的能量为110kev～180kev，注入的元素为硼元素，注入的剂量为5e12～2e13。在本步骤中，在终端区域将p柱顶部连接起来，形成缓变耐压结构，提高终端的耐压效率。形成主mos管、采样管及启动管的隔离区，使得主mos管，采样管，启动管相互隔离，能够独立工作。本步骤对应的结构如图5所示。

步骤4、推阱p柱和ring环，生长场氧层。优选地，推阱的温度为1150℃，推阱的时间为60～300分钟，生长的场氧层的厚度为12000～18000埃。本步骤对应的结构如图6所示。

步骤5、通过光刻将各mos管的有源区打开，并通过湿法腐蚀去除有源区表面的氧化层。

步骤6、在场氧层和各mos管有源区上生长栅氧层，在栅氧层上沉积多晶。优选地，生长的栅氧层的厚度为700-1200埃，生长的温度为900-1000℃，沉积多晶的厚度为6000-8000埃。本步骤对应的结构如图7所示。

步骤7、通过多晶注入、光刻、腐蚀，形成多晶电阻，此步骤不采用多晶掺杂工艺。优选地，多晶注入的能量为20kev-40kev，多晶注入的元素为硼元素，多晶注入的剂量为1e14～1e15；多晶电阻的条宽为0.8um-2.5um，多晶电阻的阻值为8mω-50mω。

步骤8、在没有多晶和场氧阻挡的区域，进行pbody注入和退火。优选地，pbody注入的能量为60kev～120kev，注入的元素为硼元素，注入的剂量根据阈值电压确定，通常为1e13-8e13。本步骤对应的结构如图8所示。

步骤9、在pbody区域，通过nsd光刻、注入、推阱，形成各mos管的源区。优选地，nsd注入的能量为120kev-160kev，注入的元素为磷，注入的剂量为5e15～1e16；nsd推阱的温度为950℃，推阱的时间为25分钟。本步骤对应的结构如图9所示。

步骤10、在场氧层、多晶和各mos管源区上沉积介质，并在介质上刻蚀出接触孔。优选地，介质为bpsg(硼磷硅玻璃)，沉积介质的厚度为11000埃。本步骤对应的结构如图10所示。

步骤11、在介质上和接触孔内，通过铝溅射、光刻、腐蚀，形成各mos管的栅区和源区。优选地，溅射铝的厚度为4um。本步骤对应的结构如图11所示。

步骤12、通过钝化层沉积、光刻、腐蚀，形成主mos管和启动mos管栅极和源极的开口区以及采样mos管源极的开口区。优选地，钝化层为氮化硅，沉积钝化层的厚度为7000-12000埃。本步骤为可选操作项，可作业也可不作业。

步骤13、减薄衬底背面，再在衬底背面蒸发ti-ni-ag合金。

实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。