本发明公开了集成启动管、采样管和电阻的高压超结DMOS结构。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，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。本发明提高了电路的集成度，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。
1.集成启动管、采样管和电阻的高压超结DMOS结构，包括主MOS管，其特征在于：还包括启动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。
2.根据权利要求1所述集成启动管、采样管和电阻的高压超结DMOS结构，其特征在于：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。
3.针对权利要求1所述高压超结DMOS结构的制备方法，其特征在于，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低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；
(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。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，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。
5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，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。
6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，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。
7.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，在步骤(7)中，多晶电阻的条宽为0.8um‑
2.5um；在步骤(11)中，溅射铝的厚度为4um。
8.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，在步骤(10)中，所述介质为BPSG，沉积介质的厚度为11000埃。
9.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，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。
10.根据权利要求9所述制备方法，其特征在于，所述钝化层为氮化硅，沉积钝化层的厚度为7000‑12000埃。
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
技术领域
[0001] 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
[0002] 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。
发明内容
[0003] 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。
[0004] 为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 针对上述高压超结DMOS结构的制备方法，包括以下步骤：
[0008] (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；
[0009] (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；
[0010] (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；
[0011] (4)推阱P柱和Ring环，生长场氧层；
[0012] (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；
[0013] (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；
[0014] (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；
[0015] (8)在没有多晶和场氧阻挡的区域，进行Pbody注入和退火；
[0016] (9)在Pbody区域，通过NSD光刻、注入、推阱，形成各MOS管的源区；
[0017] (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；
[0018] (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；
[0019] (12)减薄衬底背面，再在衬底背面蒸发Ti‑Ni‑Ag合金。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 采用上述技术方案带来的有益效果：
[0028] (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；
[0029] (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；
[0030] (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
[0031] 图1是普通DMOS产品平面图；
[0032] 图2是本发明DMOS电路连接图；
[0033] 图3是本发明中隔离结构的示意图；
[0034] 图4是本发明制备方法中P柱注入示意图；
[0035] 图5是本发明制备方法中Ring注入示意图；
[0036] 图6是本发明制备方法中生长场氧层示意图；
[0037] 图7是本发明制备方法中沉积多晶示意图；
[0038] 图8是本发明制备方法中Pbody注入推阱示意图；
[0039] 图9是本发明制备方法中NSD注入推阱示意图；
[0040] 图10是本发明制备方法中沉积介质和孔刻蚀示意图；
[0041] 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
[0042] 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0043] 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。
[0044] 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。
[0045] 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。
[0046] 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：
[0047] 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。
[0048] 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0.5‑5
Ω/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。
[0049] 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。
[0050] 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。
[0051] 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。
[0052] 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。
[0053] 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。
[0054] 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。
[0055] 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。
[0056] 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。
[0057] 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。
[0058] 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。
[0059] 步骤13、减薄衬底背面，再在衬底背面蒸发Ti‑Ni‑Ag合金。
[0060] 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。
