[發(fā)明專利]一種超結高壓器件的制造方法

有效

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• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103730371B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 陳橋梁;馬治軍;任文珍;倪嘉
• 申請（專利權）人: 西安龍騰新能源科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司61114
• 代理人: 李罡

技術領域

本發(fā)明屬于半導體技術領域，涉及一種超結高壓器件的制造方法。

背景技術

目前超結的制造方法大致分為兩種:外延法和溝槽法（馬萬里，趙圣哲.超結VDMOS漂移區(qū)的幾種制作工藝[J].半導體技術, 2014(9):689-693）。

外延法：如圖10和圖11是現(xiàn)有外延法制造超級結的流程圖，其具體方法是：

先在重摻雜的N+(P+)襯底上生長第一層N(P)型外延，在該外延層的預定位置注入預定劑量的P(N)型雜質(zhì)，使得該外延層中的N(P)型雜質(zhì)的量與P(N)型雜質(zhì)的量匹配，由于需要在這一層外延中用注入的方法形成P(N)柱，所以每層外延的厚度不能太厚，對于一個600v 的晶體管，大致需要如圖10所示的幾層N(P) 型外延，并在每次外延之后要做P(N)型離子注入；如圖11所示，P(N)型離子注入層經(jīng)過擴散后形成了圖中所示的上下形狀較一致氣泡狀相連且濃度擴散均勻的P(N)柱；由此，形成了相間排列的P柱與N柱，將此相間排列的P柱與N柱稱為復合緩沖層。外延法制造的超結中的P(N)柱是經(jīng)過多次反復外延、氧化、光刻和棚離子注入而形成的;工藝過程中，前次注入的棚離子會隨著后次外延而擴散漂移，需要經(jīng)過大量實驗來校準。所以此過程需要精確控制棚離子注入劑量、窗口及推進時間，來形成上下形狀較一致氣泡狀相連且濃度擴散均勻的柱狀結，以實現(xiàn)超級結的電荷補償。并且多次外延生長、離子注入和擴散會產(chǎn)生大量的晶格缺陷，也會影響器件的可靠性。

溝槽法是目前超結結構的主流制造方法之一，如圖12至圖13是現(xiàn)有技術溝槽法制造超級結的流程圖;其具體制作過程為：

如圖12所示，先在重摻雜的N+（P+）襯底上生長一層N（P）型外延，此處以650v晶體管為例大約需要40um，在該N(P)型摻雜類型的外延層的預定區(qū)域挖溝槽，溝槽的深度大約為40um;

如圖13所示然后在溝槽中分別形成具有P(N)型摻雜類型的外延層，此P(N)型外延中的P(N)型雜質(zhì)的含量是根據(jù)電荷平衡要求預先設定的，外延層中的N(P)型雜質(zhì)的量與P(N)型雜質(zhì)的量相等。

由此，形成了相間排列的P柱與N柱，將此相間排列的P柱與N柱稱為復合緩沖層。在不改變外延層摻雜濃度的情況下想要提高器件的耐壓就需要更深的溝槽深度，以形成更厚的復合緩沖層，擁有了更厚的耐壓層，器件的耐壓也會提高。在傳統(tǒng)工藝中想要得到更深的溝槽深度就必須增加溝槽的寬度，即P柱的寬度會變寬。P柱的寬度越寬，單個元胞的尺寸會越大，而單個元胞的電流能力并不能提高。若超結器件芯片的面積一定，P柱的寬度變寬，使得器件的元胞數(shù)變少，從而使得器件的電流變能力變?nèi)酢?/p>

在MOSFET中有個寄生的NPN三極管，如圖1所示，基極與發(fā)射極間的電阻等效為Rbb,當功率MOSFET在感性負載回路中，MOSFET由開啟狀態(tài)到瞬間關斷時，電感將儲存的電量釋放給MOSFET，基區(qū)有電流流過，基極與發(fā)射極間的PN結壓降Vbi=I*Rbb。當Vbi>0.7v時，寄生三極管就會導通，器件會失效。防止此類失效的方法之一是降低基區(qū)電阻Rbb。減小Rbb可以通過增加基區(qū)p型雜質(zhì)的濃度來實現(xiàn)，但這通常會對器件的電學性能造成影響，會使得器件的開啟電壓及導通電阻增大，解決方法是增加一層p+掩膜版來進行p+注入，以此降低基區(qū)電阻Rbb且不影響器件的其他特性。對于超結MOSFET而言，如圖2所示,P柱的濃度越低，超結MOSFET中的寄生三極管越容易導通，原理如下：若P柱的濃度低，當功率MOSFET在感性負載回路中，MOSFET由開啟狀態(tài)到瞬間關斷時，電感將儲存的電量釋放給MOSFET，基區(qū)有電流流過，因為P柱的濃度低，意味著P柱的電阻較大，所以從P柱內(nèi)通過的電流就少了，從p+處通過的電流就增大了，即Vbi=I*Rbb中的I變大了，所以Vbi會變大，當Vbi>0.7v時，寄生三極管就會導通，器件會失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高器件的耐壓及器件的電流能力且可改善器件的可靠性的超結高壓器件的制造方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：一種超結高壓器件的制造方法，其特別之處在于：包括以下步驟：

步驟一：準備具有N+摻雜襯底的硅片，所述襯底上具有N型摻雜的N外延；

步驟二：在N型摻雜襯底的硅片表面通過光刻界定出第一溝槽的區(qū)域，并通過刻蝕工藝形成第一溝槽；所述第一溝槽寬度為X2，深度為Y2，且滿足2X1>X2>X1，2Y1>Y2>Y1，其中，X1為傳統(tǒng)溝槽制造工藝形成的溝槽寬度,Y1為其深度；