基于沟槽型功率器件的三层掩膜板工艺设计

《基于沟槽型功率器件的三层掩膜板工艺设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于沟槽型功率器件的三层掩膜板工艺设计王善屹1，郭筝1，楼颖颖2，钱亮2（1.上海交通大学微电子学院，上海200240；2.上海华虹宏力半导体制造有限公司，上海202103）摘要：针对低压功率器件传统工艺流程进行创新和优化，以原有的6层掩膜板为基础，对掩膜板层数进行削减，用接触孔掩膜板完成原有的保护环掩膜板，工作区掩膜板及N+区掩膜板的作用。器件的电性参数目标，通过设计具体工艺参数，并对其进行仿真，以验证工艺可行性。所用的参数与设计方案适用于所有低压功率器件生产制造。关键字：功率器件；沟槽型功率器件；掩膜板；工艺仿真中图

2、分类号：TN386.1?34文献标识码：A：1004?373X（2015）20?0146?04收稿日期：2015?04?10Technologicaldesignofthree?layermasktechnologybasedontrenchtypeMOSFETicroelectronics，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China；2.ShanghaiHuahongGraceSemiconductorManufacturingCorporation，Shanghai

3、201203，China）Abstract：Theinnovationandoptimizationforthetraditionaltechnologyprocessofloask，themasklayersask，askandN+areamaskareask.Theelectricalparametersofthedeviceulatedbydesign?ingthespecifictechnologytechnologicalparameters，thefeasibilityofthetechnologyeters

4、anddesignschemearesuitableforproductionandmanufactureofallloask；technologysimulation半导体功率器件是进行功率处理的半导体器件，也是电子科技技术发展的基础与核心。随着新兴产业的兴起和社会的进步，其应用领域也逐渐拓宽，从最初的电源、开关到如今的显示、节能，甚至环境保护等不同领域都有广阔的应用前景。功率半导体器件已成为半导体技术研究的重要方向之一，同时也产生了功率电子学新的学科分支。然而随着半导体器件集成度的日益提升，使得单颗芯片的售价越发低廉

5、，从而增加企业制造成本。本文通过对现有的功率器件制造工艺进行创新，提出不同于传统的新型三层掩膜板工艺制程。1功率器件的发展在20世纪70年代末，功率金属?氧化层半导体场效晶体管（MOSFET）诞生后[1]，使得整个半导体功率器件的使用发生了质的改变。功率MOSFET器件与其他功率器件相较之下有许多优点。首先，其工作频率也高于其他类型的功率器件（可达100MHz）。此外，功率MOSFET器件导通电阻具有正温度系数，所以不会存在二次击穿现象，易于并联工作。其次，由于功率MOS?FET属于电压控制电流的压控装置，其具有输入阻抗

6、高，电流增益大等电性优点[2]。然而随着器件集成度的要求日益增加，普通的MOSFET在结构上已经不能满足市场的需求。因此，另一种形式纵向垂直结构的VVMOS（V型槽），VUMOS（U型槽）VDMOS（纵向平面双扩散）诞生了[3]。这种纵向结构不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高（≥108OS?FET的尺寸，更易于集成化[5]。但是由于以上几种结构的存在不同的缺陷：例如VVMOS的V型槽的顶端存在很强的电场，以至于降低MOSFET的击穿电压；VUMOS的U型槽的形成不易于控制，会增加工艺难度；VDMOS随着工艺的进步和线宽的

7、变小，产生了元胞尺寸缩小收到限制，JFET效应无法彻底消除等。在80年代初期，人们基于VDMOS结构，研究和开发出了沟槽栅结构的MOSFET[6]。这种沟槽栅结构几乎完全消除了VDMOS存在的弊端：由于把沟道从水平变为了垂直，彻底消除了平面寄生JFET的影响；同时使得元胞的尺寸大大缩小，因此器件的结构近乎理想化[2]。进而增大电流增益，降低导通电阻，常规的沟槽型功率器件导通电阻[7]可以做到0.58mΩ·cm2；同时器件的击穿电压可以达到50V，这一数值已经相近于Si?MOSFET的导通电阻物理的极限。此外，利用沟槽型M

8、OSFET的结构可以有效的增强器件的开关速度和SOA性能[8]。传统掩膜板工艺流程：以一尺寸为0.35μm，30V的沟槽型MOSFET为例，其一般工艺流程如表1所示。根据传统工艺流程，完成一颗产品需要6层掩膜板，分别为步骤3中的防护环，步骤6中的工作区，步骤8中的沟槽，步骤21中的N+，步骤25中的接触孔以及步骤34