本發明涉及半導體制備,具體是一種低溫敏感的mos管及其制備方法。
背景技術:
1、車載/工業控制設備需長期在極寒環境(如東北、西北戶外工業場景、車載冬季低溫啟動)工作,常規mos管在-40℃~0℃低溫下,容易出現失效問題,其中一個原因在于,常規mos管內部天然存在由p型體區、n型漂移區、p型襯底、n?源區構成的寄生pnpn晶閘管結構,低溫下少子壽命變長、寄生雙極型三極管(bjt)電流增益β顯著升高且體區電阻增大,極易導通形成正反饋回路,觸發閂鎖效應,導致mos管無法關斷、過熱燒毀,進而引發整個控制模塊失效。
2、現有的解決上述問題的方案多為外置抗閂鎖電路,這增加成本和體積,實際上,對結構本身進行優化,也可以解決這一問題,如何對結構本身進行優化,用以解決mos管因閂鎖效應導致的芯片燒毀或控制失效問題是本發明技術方案想要解決的技術問題。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種低溫敏感的mos管及其制備方法,以解決上述背景技術中提出的問題。
2、為實現上述目的,本發明提供如下技術方案:
3、一種低溫敏感的mos管,所述mos管包括自下而上依次設置的:
4、p型單晶硅襯底;
5、屏蔽柵結構;設置于所述p型單晶硅襯底上方,包括n?多晶硅屏蔽柵以及包裹其外圍的sio2絕緣層,所述屏蔽柵與源極等電位連接;
6、sige復合層,設置于所述屏蔽柵結構上方;
7、梯度n型雙體區結構,設置于所述sige復合層上方,包括n型主體區和圍繞主體區設置的n型輔助體區,主體區與輔助體區之間設有溝槽隔離結構;
8、p型溝道區,設置于所述n型主體區上方;
9、柵氧層,覆蓋所述p型溝道區,所述柵氧層上方設置多晶硅柵極;
10、分別位于溝道區兩側的n?源區與n?漏區;
11、nisi硅化物層,分別形成于所述源區、漏區及柵極表面;
12、圍繞器件外圍設置的溝槽隔離結構;
13、覆蓋器件表面的介質層以及設置于其上的源極、漏極及柵極金屬電極層;
14、其中,所述梯度n型雙體區結構p?環形電流泄放區,所述p?環形電流泄放區通過電阻結構與漏極電連接;源極邊緣與n型體區之間設置nisi淺肖特基接觸結構,與n型體區形成肖特基結。
15、作為本發明進一步的方案:所述屏蔽柵為n?多晶硅,摻雜濃度為5×1019cm-3,厚度為200nm,外圍sio2絕緣層厚度為50nm;所述sige復合層為si1?xgex材料,其中x=0.15,厚度為150nm。
16、作為本發明進一步的方案:所述n型主體區為垂直梯度摻雜結構,摻雜濃度由表層至底層依次為5×1017cm-3、3×1017cm-3、1×1017cm-3,結深為1.5μm;所述輔助體區摻雜濃度為5×1017cm-3,寬度為0.4μm,結深為1.5μm;所述溝槽隔離結構寬度為0.3μm,深度為2.2μm,填充材料為sio2。
17、作為本發明進一步的方案:所述p型溝道區摻雜濃度為8×1016cm-3,結深為0.4μm;所述柵氧層厚度為14nm,多晶硅柵極厚度為300nm。
18、作為本發明進一步的方案:所述源區與漏區摻雜為砷摻雜,濃度為8×1019cm?3,結深為0.25μm。
19、作為本發明進一步的方案:所述nisi淺肖特基接觸結構與源極間距為50nm,正向導通電壓為0.55v。
20、作為本發明進一步的方案:所述p?環形電流泄放區摻雜濃度為3×1020cm-3,寬度為0.6μm,結深為0.35μm。
21、作為本發明進一步的方案:所述電阻結構為多晶硅電阻,多晶硅高阻電阻的電阻值為30kω。
22、本發明技術方案還提供了一種低溫敏感的mos管的制備方法,所述制備方法包括:
23、步驟s1:提供p型單晶硅襯底并進行清洗預處理;
24、步驟s2:在襯底中刻蝕溝槽并形成sio2絕緣層,填充n?多晶硅,形成屏蔽柵結構;
25、步驟s3:在所述屏蔽柵結構上外延生長sige復合層;
26、步驟s4:刻蝕形成外圍溝槽隔離結構以及雙體區之間的窄溝槽隔離結構并填充sio2;
27、步驟s5:通過多次離子注入及退火形成梯度n型主體區及輔助體區;
28、步驟s6:在主體區表面形成p型溝道區;
29、步驟s7:生長柵氧層并沉積多晶硅形成柵極;
30、步驟s8:在溝道兩側形成n?源區與n?漏區;
31、步驟s9:形成p?體接觸區并與源極短接;
32、步驟s10:在源極鄰近區域形成肖特基接觸結構;
33、步驟s11:形成p?環形電流泄放區并沉積多晶硅形成高阻電阻連接至漏極;
34、步驟s12:沉積ni并經退火形成nisi硅化物;
35、步驟s13:沉積介質層、刻蝕接觸孔并沉積金屬形成源極、漏極、柵極電極;
36、步驟s14:進行劃片和封裝。
37、與現有技術相比,本發明的有益效果是:本發明通過在雙體區下方、襯底上方設置源電位連接的埋置屏蔽柵形成縱向電勢勢壘,阻斷電子向襯底注入這一閂鎖關鍵觸發路徑,同時利用梯度摻雜n型雙體區降低寄生bjt有效增益、輔助體區與窄溝槽隔離切斷主寄生通路,si0.85ge0.15復合層引入復合中心縮短少子壽命以降低低溫寄生增益,nisi肖特基自鉗位結構在體區電位異常升高時優先導通泄流實現實時電位鉗位,p?環形泄放區提前泄放寄生基區電流,無需外置抗閂鎖電路,從閂鎖產生的物理根源上全面抑制閂鎖效應,避免芯片燒毀和控制失效,確保mos管在-40℃~125℃高低溫循環及極寒戶外、車載低溫啟動等場景下長期可靠工作,適配車規級、工業級設備的長期運行需求。
1.一種低溫敏感的mos管,其特征在于,所述mos管包括自下而上依次設置的:
2.根據權利要求1所述的低溫敏感的mos管,其特征在于,所述屏蔽柵為n?多晶硅,摻雜濃度為5×1019cm-3,厚度為200nm,外圍sio2絕緣層厚度為50nm;所述sige復合層為si1?xgex材料,其中x=0.15,厚度為150nm。
3.根據權利要求2所述的低溫敏感的mos管,其特征在于,所述n型主體區為垂直梯度摻雜結構,摻雜濃度由表層至底層依次為5×1017cm-3、3×1017cm-3、1×1017cm-3,結深為1.5μm;所述輔助體區摻雜濃度為5×1017cm-3,寬度為0.4μm,結深為1.5μm;所述溝槽隔離結構寬度為0.3μm,深度為2.2μm,填充材料為sio2。
4.根據權利要求1所述的低溫敏感的mos管,其特征在于,所述p型溝道區摻雜濃度為8×1016cm-3,結深為0.4μm;所述柵氧層厚度為14nm,多晶硅柵極厚度為300nm。
5.根據權利要求1所述的低溫敏感的mos管,其特征在于,所述源區與漏區摻雜為砷摻雜,濃度為8×1019cm?3,結深為0.25μm。
6.根據權利要求1所述的低溫敏感的mos管,其特征在于,所述nisi淺肖特基接觸結構與源極間距為50nm,正向導通電壓為0.55v。
7.根據權利要求6所述的低溫敏感的mos管,其特征在于,所述p?環形電流泄放區摻雜濃度為3×1020cm-3,寬度為0.6μm,結深為0.35μm。
8.根據權利要求1所述的低溫敏感的mos管,其特征在于,所述電阻結構為多晶硅電阻,多晶硅高阻電阻的電阻值為30kω。
9.一種如權利要求1至8任一項所述的低溫敏感的mos管的制備方法,其特征在于,所述制備方法包括: