[發明專利]深溝槽超級PN結結構及其形成方法

無效

• 申請號: 200910054261.0
• 申請日: 2009-07-01
• 公開（公告）號: CN101937929A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 龔大衛;馬清杰;邵凱
• 申請（專利權）人: 上海先進半導體制造股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陸嘉

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，跟具體地說，涉及一種深溝槽超級PN結構及其形成方法。

背景技術

功率MOSFET是最好的功率開關器件，以其輸入阻抗高，低損耗、開關速度快、無二次擊穿、安全工作區寬、動態性能好，易與前極耦合實現大電流化、轉換效率高等特性用于處理電能，包含頻率變換、功率變換和控制、DC/DC轉換等。雖然功率MOS器件在功率處理能力上已經得到了驚人的提高，但在高壓領域中由于導通電阻Ron的原因，使得MOS器件的導通損耗隨耐壓的提高而急速上升。為了提高耐壓、降低導通損耗，一系列的新結構、新技術應運而生。而其中用來提高功率MOS性能的超級PN結(Super?Junction)技術在高壓領域的作用非常顯著，吸引了大批器件供應商投入資金研發，目前已經成功開發出平面Cool?MOS并且已經投入商業應用。但是傳統Super?Junction制備中要經過多次光刻，離子注入，推進以及外延生長，并且傳統Super?Junction有接合面不均勻的缺點。

圖1為傳統Super?Junction的結構示意圖。以700V功率MOS為例，N+或P+襯底硅片101背面作為功率MOS的漏極，第一外延層102、第二外延層103、第三外延層104、第四外延層105、第五外延層106、第六次外延層107依次沉積形成。每一次外延生長后通過光刻、離子注入、推進形成的P+或N+結109互相連接形成超級PN結(Super?Junction)，用于功率MOS器件的有源區108。使用傳統Super?Junction的工藝形成的結構如圖1所示，有數個依次沉積形成的外延層堆疊形成較厚的外延層，每一個外延層中有一個P+或者N+的結，上述這些結互相連接形成超級PN結(Super?Junction)。但是不可避免的，由于每一個結109是單獨形成，在結與結的交界面處存在彎曲起伏，不利于電荷平衡。

發明內容

為了克服傳統Super?Junction工藝中流程復雜以及結構上的缺點，本專利提出了一種新的深溝槽型超級PN結(Super?Junction)結構及其形成方法。

根據本發明的實施例，提出一種深溝槽超級PN結結構，包括：

沉積在襯底上的單一厚外延層；

形成在單一厚外延層中的深溝槽，深溝槽的特征尺寸為0.4微米-6微米，深度為10微米-80微米，角度為80度-90度；

形成在深溝槽中的沿深溝槽方向的超級PN結，超級PN結為重摻雜的多晶硅；

填充在深溝槽中的氧化層和多晶硅。

在一個實施例中，超級PN結的結深為0.2微米-8微米。

在一個實施例中，襯底為N+或P+襯底；重摻雜的多晶硅為重摻雜的P型或N型多晶硅，沉積的厚度為微米，且在1000℃-1200℃的溫度下進行推進。

根據本發明的實施例，還提出一種深溝槽超級PN結的形成方法，包括：

在襯底上沉積單一厚外延層；

在單一厚外延層中形成的深溝槽，深溝槽的特征尺寸為0.4微米-6微米，深度為10微米-80微米，角度為80度-90度；

在深溝槽中沿深溝槽方向推進重摻雜的多晶硅形成超級PN結；

在深溝槽中填充氧化層和多晶硅。

在一個實施例中，超級PN結的結深為0.2微米-8微米。

在一個實施例中，在襯底上沉積單一厚外延層包括在N+或P+襯底上沉積單一厚外延層；

在一個實施例中，在單一厚外延層中形成的深溝槽包括生長熱氧化層；沉積氮化硅；沉積等離子體增強氧化層；光刻、刻蝕以上三層至襯底；去膠，并以以上三層作為硬掩模刻蝕深溝槽，并濕法腐蝕掉氮化硅表面剩余的等離子體增強氧化層。

在一個實施例中，在深溝槽中沿深溝槽方向推進重摻雜的多晶硅形成超級PN結包括在深溝槽中沉積的重摻雜的P型或N型多晶硅；在1150℃下推進200分鐘，形成沿著深溝槽方向結深；將的重摻雜的P型或N型多晶硅完全氧化。

在一個實施例中，在深溝槽中填充氧化層和多晶硅包括：在深溝槽中填充氧化層并致密化；刻蝕部分所填充的氧化層；在深溝槽中通過減壓化學氣相沉積填充多晶硅；通過干法反刻，以氮化硅為干法反刻的終止層，反刻掉氮化硅上面的多晶硅；通過氫氟酸和熱磷酸將氧化硅和氮化硅全剝；用氫氟酸將硅表面的熱氧化層去掉。