[發(fā)明專利]一種超結(jié)結(jié)構(gòu)的制造方法

有效

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• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103730355A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳橋梁;張園園;馬治軍;倪嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安龍騰新能源科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L21/265
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超結(jié)結(jié)構(gòu)的制造方法。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體器件廣泛應(yīng)用于手機、電腦、照明及液晶電視機等消費電子產(chǎn)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(guān)速度快等優(yōu)點。為了滿足耐壓的需要，mos器件需要具有厚的漂移區(qū)及低的漂移區(qū)摻雜濃度。漂移區(qū)摻雜濃度的降低會增加器件的導(dǎo)通電阻和開態(tài)損耗。

超結(jié)（Super?Junction）結(jié)構(gòu)采用交替的PN結(jié)結(jié)構(gòu)取代單一導(dǎo)電類型材料作為漂移區(qū)，在漂移區(qū)引入了橫向電場，使得器件漂移區(qū)在較小的關(guān)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(guān)。因此，在相同耐壓下，超結(jié)結(jié)構(gòu)漂移區(qū)的摻雜濃度可以提高一個數(shù)量級，大大降低了導(dǎo)通電阻。

超結(jié)結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于功率二極管，VDMOS器件及其它橫向功率器件中，目前超結(jié)結(jié)構(gòu)主要由三種工藝實現(xiàn)方式：多次外延、深槽外延和深槽側(cè)注，制造的難點在于形成大深寬比的p柱區(qū)和n柱區(qū)。

多次外延方法是在N+襯底（以N型漂移區(qū)為例）上采用多次外延方式生長需要厚度的漂移區(qū)，每一次外延工藝后進行P型離子注入，最后推結(jié)形成連續(xù)的p柱。該方法工藝復(fù)雜，耗時長，需要多次重復(fù)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(jié)厚度。

深槽外延方法是在一定厚度的N型外延層上刻蝕深槽，然后在深溝槽中進行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(jié)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（大于30μm）外延時容易形成空洞，且刻蝕深寬比大的溝槽工藝難度大。

深槽側(cè)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(cè)壁進行離子注入，然后對深槽進行氧化，最后使用多晶硅或二氧化硅對深槽進行填充。該工藝降低了形成P柱的難度，可以形成較窄的p柱區(qū)，但是由于注入后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，不能充分利用芯片面積。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制作工藝簡單，減小器件的元胞尺寸，降低比導(dǎo)通電阻的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制造方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種超結(jié)結(jié)構(gòu)的制造方法，其特別之處在于：通過以下步驟實現(xiàn)：

步驟一：準(zhǔn)備N型重摻雜的N+襯底，并在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(qū)；

步驟二：在N型漂移區(qū)上表面淀積保護氧化層，通過光刻界定出溝槽刻蝕的區(qū)域；利用各向異性刻蝕方法在N型漂移區(qū)上刻蝕溝槽；所述溝槽深度為T并小于N型漂移區(qū)的厚度，溝槽的寬度為L1，相鄰溝槽的距離為L2；

步驟三：通過離子側(cè)注方式向溝槽兩側(cè)壁注入硼離子形成P柱區(qū)，P柱區(qū)的深度為Tp，P柱區(qū)的厚度為Wp，并通過調(diào)整硼離子注入的角度、能量及注量來調(diào)整P柱區(qū)的深度、寬度及雜質(zhì)濃度，溝槽兩側(cè)P柱區(qū)的深度、寬度及雜質(zhì)摻雜濃度相同，所述溝槽的寬度L1=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(nèi)及N型漂移區(qū)上表面生長第二N型外延層，第二N型外延層的厚度為Wn，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(qū)的摻雜濃度相同，并且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(cè)壁注入形成的p柱區(qū)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，并將溝槽內(nèi)的外延層刻蝕到接近N型漂移區(qū)表面，除去二氧化硅膜，露出外延表面。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種超結(jié)結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法能夠形成高深寬比的p柱區(qū)和n柱區(qū)，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(dǎo)通電阻，減小成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明步驟一的示意圖；

圖2為本發(fā)明步驟二的示意圖；

圖3為本發(fā)明步驟三的示意圖；

圖4為本發(fā)明中形成p柱區(qū)的示意圖；

圖5為本發(fā)明中生長第二N型外延層的示意圖；

圖6為本發(fā)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(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1.?N+襯底；2.?N型漂移區(qū)；3.氧化層；4.?第二N型外延層；5.?P型外延層。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明進行詳細的說明。