[發(fā)明專利]一種在半導(dǎo)體器件中形成n型埋層的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410614795.5
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104392912B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王思亮;胡強;張世勇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01L21/265
• 分類號: H01L21/265;H01L21/02
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙)51211
• 代理人: 蘇丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料及器件、集成電路等微電子與固體電子學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)和工藝，主要是一種在半導(dǎo)體器件中形成n型埋層的方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體材料及微電子器件中，一般的p型或n型摻雜層位于材料或器件的表面；而埋層（buried layer）是一種較為特殊的摻雜區(qū)域，是隱埋在半導(dǎo)體材料或器件體內(nèi)的n型或p型摻雜層，因此也被稱之為隱埋層、膜下擴散層。

半導(dǎo)體埋層通常為高摻雜低電阻區(qū)，并且由于它特殊的位置結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體分立器件、單片機以及集成電路中能夠發(fā)揮重要的功能作用。例如，雙極型集成電路中晶體管的集電極，必須從底層向上引出連接點，因而增加了集電極的串聯(lián)電阻。為解決這一問題，制作晶體管時在集電極下方先摻雜并擴散形成一層埋層，為集電極提供電流低阻通道，能夠減小集電極的串聯(lián)電阻，提升電路性能。而在功率半導(dǎo)體器件中，埋層能夠有效阻截器件內(nèi)部電場，避免器件的穿通擊穿，同時減小器件的厚度，降低導(dǎo)通損耗。

目前，在半導(dǎo)體器件中形成n型埋層的方法主要有兩種：第一種是外延層覆蓋，即在半導(dǎo)體襯底（substrate）或晶片（wafer）上，首先在設(shè)定的某一表面位置摻雜并擴散一層施主雜質(zhì)形成n型區(qū)域，而后在其上方外延生長一層半導(dǎo)體材料，外延層就將n型區(qū)域覆蓋起來，隱埋在表面以下，于是就在器件結(jié)構(gòu)的體內(nèi)形成了n型埋層。第二種方法是高溫（500℃~1500℃）擴散，不需要外延層覆蓋，直接在半導(dǎo)體襯底或晶片表面注入施主元素離子，然后利用高溫退火的方法，將雜質(zhì)從表面推進(jìn)到一定深度，從而在表面以下的區(qū)域形成n型埋層。這兩種方法都是形成n型埋層的傳統(tǒng)工藝，但也都有各自的缺點。外延層覆蓋的方法能夠較為準(zhǔn)備地把握n型埋層的位置，但是它實際上一種間接方法，即先在表面形成n型區(qū)域，再生長外延層覆蓋得到埋層，工藝相對繁瑣，并且涉及到外延材料與襯底材料的晶格匹配以及與埋層區(qū)域的界面問題，這些都將對埋層的功能以及器件的性能產(chǎn)生不確定的影響。施主元素注入之后的高溫退火雖然能夠在距離表面一定深度的區(qū)域擴散形成n型埋層，但由于退火的溫度一般要求較高（500℃~1500℃），因此可能會對器件的其他結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

發(fā)明內(nèi)容

為解決外延層覆蓋和高溫退火等方法中產(chǎn)生附加工藝和衍生問題，本發(fā)明提出一種工藝簡單，可控性強的在半導(dǎo)體器件中形成n型埋層的方法。

本發(fā)明的具體方案如下：

一種在半導(dǎo)體器件中形成n型埋層的方法，其特征步驟在于：

a.半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底包含正面和背面，所述正面包括半導(dǎo)體器件的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；

所述a步驟中的半導(dǎo)體襯底為IV族的單質(zhì)或化合物半導(dǎo)體、III-V族的二元或者多元化合物半導(dǎo)體、II-VI族的二元或者多元化合物半導(dǎo)體以及氧化物半導(dǎo)體材料。

所述a步驟中的第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為一個或多個p-n結(jié)、一個或多個金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、一個或多個異質(zhì)結(jié)構(gòu)、一個或多個金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及這四種結(jié)構(gòu)的任意組合結(jié)構(gòu)。

b.對a步驟中所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底的背面進(jìn)行高能離子注入，注入深度為d；所述高能離子注入能量為200KeV~10MeV；所述高能離子注入的離子為氫離子、氦離子；所述深度d為10nm~50μm。

c.完成b步驟之后，對經(jīng)過高能離子注入的半導(dǎo)體器件進(jìn)行激活，在半導(dǎo)體器件內(nèi)形成厚度為h的n型埋層；所述厚度h為100nm~50μm；

所述c步驟中所述激活的方式為真空加熱退火激活，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底溫度為100℃~1000℃。

所述c步驟中所述激活的方式為單一氣體或多種氣體混合氛圍加熱退火激活，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底溫度為100℃~1000℃。

所述c步驟中所述激活的方式為真空、單一氣體或多種氣體混合氛圍激光退火激活，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底溫度為100℃~1000℃。

所述c步驟中所述激活的方式為 單一氣體或多種氣體等離子體退火激活第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底溫度為100℃~1000℃。

d.在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底的背面形成半導(dǎo)體器件的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，形成完整的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。

所述d步驟中所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為一個或多個p-n結(jié)、一個或多個金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、一個或多個異質(zhì)結(jié)構(gòu)、一個或多個金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及這四種結(jié)構(gòu)的任意組合結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：