一種超結結構的製造方法
2023-06-02 00:39:31 1
一種超結結構的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種超結結構的製造方法。現有方法工藝複雜，成本較高。一種超結結構的製造方法，其特徵在於：準備N型重摻雜的N+襯底，形成第一N型外延層；在N型漂移區上表面澱積保護氧化層，界定出溝槽刻蝕的區域；向溝槽兩側壁注入硼離子形成P柱區；在溝槽內及N型漂移區上表面生長第二N型外延層，在第二N型外延層上生長P型外延層來填充溝槽；平坦化和光滑上表面。本發明提供了一種超結結構的製造方法，該方法能夠形成高深寬比的p柱區和n柱區，但不需要刻蝕高深寬比的溝槽，工藝簡單，能有效減小器件的元胞尺寸，降低比導通電阻，減小成本。
【專利說明】一種超結結構的製造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於半導體【技術領域】，涉及一種超結結構的製造方法。
【背景技術】
[0002]功率半導體器件廣泛應用於手機、電腦、照明及液晶電視機等消費電子產品的電源或適配器中，功率mos器件同時具有輸入阻抗低，開關速度快等優點。為了滿足耐壓的需要，mos器件需要具有厚的漂移區及低的漂移區摻雜濃度。漂移區摻雜濃度的降低會增加器件的導通電阻和開態損耗。
[0003]超結(Super Junction)結構採用交替的PN結結構取代單一導電類型材料作為漂移區，在漂移區引入了橫向電場，使得器件漂移區在較小的關斷電壓下即可完全耗盡，擊穿電壓僅與耗盡層厚度及臨界電場有關。因此，在相同耐壓下，超結結構漂移區的摻雜濃度可以提高一個數量級，大大降低了導通電阻。
[0004]超結結構廣泛應用於功率二極體，VDMOS器件及其它橫向功率器件中，目前超結結構主要由三種工藝實現方式:多次外延、深槽外延和深槽側注，製造的難點在於形成大深寬比的P柱區和η柱區。
[0005]多次外延方法是在N+襯底(以N型漂移區為例)上採用多次外延方式生長需要厚度的漂移區，每一次外延工藝後進行P型離子注入，最後推結形成連續的P柱。該方法工藝複雜，耗時長，需要多次重複的生長外延層+離子注入才能形成滿足耐壓要求的外延層及超結厚度。
[0006]深槽外延方法是在一定厚度的N型外延層上刻蝕深槽，然後在深溝槽中進行P型外延生長。只需進行一次深槽刻蝕和一次深槽外延生長即可形成滿足耐壓要求的外延層及超結厚度，工藝相對多次外延方法簡單，也降低了成本，但進行深槽(大於30 μ m)外延時容易形成空洞，且刻蝕深寬比大的溝槽工藝難度大。
[0007]深槽側注工藝是在N型外延層上刻蝕出深溝槽，使用一定傾角的硼離子對深溝槽的側壁進行離子注入，然後對深槽進行氧化，最後使用多晶矽或二氧化矽對深槽進行填充。該工藝降低了形成P柱的難度，可以形成較窄的P柱區，但是由於注入後使用絕緣材料填充深溝槽，使得這部分不能作為電流流通路徑，不能充分利用晶片面積。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種製作工藝簡單，減小器件的元胞尺寸，降低比導通電阻的超結結構的製造方法。
[0009]為解決上述技術問題，本發明的技術方案是:一種超結結構的製造方法，其特別之處在於:通過以下步驟實現:
步驟一:準備N型重摻雜的N+襯底，並在N+襯底上形成第一 N型外延層，將第一 N型外延層作為N型漂移區；
步驟二:在N型漂移區上表面澱積保護氧化層，通過光刻界定出溝槽刻蝕的區域；利用各向異性刻蝕方法在N型漂移區上刻蝕溝槽；所述溝槽深度為T並小於N型漂移區的厚度，溝槽的寬度為LI，相鄰溝槽的距離為L2 ；
步驟三:通過離子側注方式向溝槽兩側壁注入硼離子形成P柱區，P柱區的深度為Tp，P柱區的厚度為Wp，並通過調整硼離子注入的角度、能量及注量來調整P柱區的深度、寬度及雜質濃度，溝槽兩側P柱區的深度、寬度及雜質摻雜濃度相同，所述溝槽的寬度Ll=2Wn+Wp，相鄰溝槽的距離L2=Wn+2Wp ；
步驟四:利用外延生長工藝，在溝槽內及N型漂移區上表面生長第二 N型外延層，第二N型外延層的厚度為fc，其底部與P柱底部相平齊，第二 N型外延層的摻雜濃度與N型漂移區的摻雜濃度相同，並且P柱的深度滿足T=Tp+Wn ；
步驟五:利用外延生長工藝，在第二 N型外延層上生長P型外延層來填充溝槽，P型外延層的摻雜濃度與溝槽側壁注入形成的P柱區摻雜濃度相同；
步驟六:平坦化和光滑上表面，去除表面的P型外延層和第二 N型外延層，並將溝槽內的外延層刻蝕到接近N型漂移區表面，除去二氧化矽膜，露出外延表面。
[0010]與現有技術相比較，本發明具有以下有益效果:本發明提供了一種超結結構的製造方法，該方法能夠形成高深寬比的P柱區和η柱區，但不需要刻蝕高深寬比的溝槽，工藝簡單，能有效減小器件的元胞尺寸，降低比導通電阻，減小成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明步驟一的示意圖；
圖2為本發明步驟二的示意圖；
圖3為本發明步驟三的示意圖；
圖4為本發明中形成P柱區的示意圖；
圖5為本發明中生長第二N型外延層的示意圖；
圖6為本發明中第二 N型外延層生長P型外延層的示意圖；
圖7為本發明的結構示意圖。
[0012]其中:1.N+襯底；2.N型漂移區；3.氧化層；4.第二 N型外延層；5.P型外延層。
【具體實施方式】
[0013]下面結合【具體實施方式】對本發明進行詳細的說明。
[0014]一種超結結構的製造方法，通過以下步驟實現:
步驟一:準備N型重摻雜的N+襯底1，並在N+襯底I上形成第一 N型外延層，將第一 N型外延層作為N型漂移區2，參見圖1 ;
步驟二:在N型漂移區2上表面澱積保護氧化層，通過光刻界定出溝槽刻蝕的區域；利用各向異性刻蝕方法在N型漂移區2上刻蝕溝槽；其中，溝槽深度為T並小於N型漂移區2的厚度，溝槽的寬度為LI，相鄰溝槽的距離為L2，參見圖2 ；
步驟三:通過離子側注方式向溝槽兩側壁注入硼離子形成P柱區，P柱區的深度為Tp，P柱區的厚度為Wp，參見圖3，其注入角度Θ為LI與Tp的正切反函數，因此通過調整注入角度Θ可以形成滿足要求的P柱深度；P柱區的濃度可由離子注入劑量調整；P柱區的寬度由離子注入能量來調整。因此，通過調整硼離子注入的角度Θ、能量及注量可以很方便的調整P柱區的深度、寬度及雜質濃度，本發明中要求P柱的深度滿足:T=Tp+Wn ；
步驟四:通過離子側注方式向溝槽另一側的側壁注入硼離子形成P柱區，該P柱區的深度、寬度及雜質摻雜濃度與上述步驟三中形成的P柱區相同；參見圖4 ；
步驟五:利用外延生長工藝，在溝槽內及N型漂移區2上表面生長第二 N型外延層4，第二 N型外延層4的厚度為Wn，其底部與P柱底部相平齊；該第二 N型外延層4的摻雜濃度與N型漂移區2相同，參見圖5 ；
步驟六:利用外延生長工藝，在第二 N型外延層4上生長P型外延層5來填充溝槽，P型外延層5的摻雜濃度與側壁注入形成的P柱區摻雜濃度相同；參見圖6 ；
步驟七:平坦化和光滑上表面，去除表面的P型外延層和第二 N型外延層，並將溝槽內的外延層刻蝕到接近N型漂移區表面，除去二氧化矽膜，露出外延表面，參見圖7。
[0015]上述步驟中，各參數有如下關係:
Ll=2ffn+ffp ；
L2=ffn+2ffp ；
在一個設計中，一旦Wn、Wp與Tp的值確定，則有唯——組L1、L2及T的值與之相對應，並且T的值小於N型漂移區2的厚度值。
[0016]本發明中，形 成超結結構的上述步驟以N+襯底I作為第一導電類型材料來說明，刻蝕深溝槽後進行硼離子注入形成第二導電類型柱，接著依次外延第一導電類型材料，第二導電類型材料，經過平坦化形成交替排列的第一導電類型柱和第二導電類型柱結構；當以P型材料作為襯底時，第一導電類型材料為P型，第二導電類型材料為N型。
[0017]本發明在不刻蝕高深寬比溝槽的情況下可形成較窄的η柱區和P柱區，減小了器件的元胞尺寸，在不影響耐壓的基礎上降低了比導通電阻。
【權利要求】
1.一種超結結構的製造方法，其特徵在於:通過以下步驟實現: 步驟一:準備N型重摻雜的N+襯底(I )，並在N+襯底(I)上形成第一 N型外延層，將第一 N型外延層作為N型漂移區(2)； 步驟二:在N型漂移區(2)上表面澱積保護氧化層(3)，通過光刻界定出溝槽刻蝕的區域；利用各向異性刻蝕方法在N型漂移區(2)上刻蝕溝槽；所述溝槽深度為T並小於N型漂移區(2)的厚度，溝槽的寬度為LI，相鄰溝槽的距離為L2 ； 步驟三:通過離子側注方式向溝槽兩側壁注入硼離子形成P柱區，P柱區的深度為Ife, P柱區的厚度為Ip,並通過調整硼離子注入的角度、能量及注量來調整P柱區的深度、寬度及雜質濃度，溝槽兩側P柱區的深度、寬度及雜質摻雜濃度相同，所述溝槽的寬度Ll=2Wn+Wp,相鄰溝槽的距離L2=ffn+2ffp ； 步驟四:利用外延生長工藝，在溝槽內及N型漂移區上表面生長第二 N型外延層(4)，第二 N型外延層(4)的厚度為，其底部與P柱底部相平齊，第二 N型外延層(4)的摻雜濃度與N型漂移區(2)的摻雜濃度相同，並且P柱的深度滿足； 步驟五:利用外延生長工藝，在第二 N型外延層(4)上生長P型外延層(5)來填充溝槽，P型外延層(5)的摻雜濃度與溝槽側壁注入形成的P柱區摻雜濃度相同； 步驟六:平坦化和光滑上表面，去除表面的P型外延層(5)和第二 N型外延層(4)，並將溝槽內的外延層刻蝕到接近N型漂移區(2)表面，除去二氧化矽膜，露出外延表面。
【文檔編號】H01L21/331GK103730355SQ201310734654
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】陳橋梁, 張園園, 馬治軍, 倪嘉 申請人:西安龍騰新能源科技發展有限公司