[發明專利]溝槽型超級結及其制造方法

有效

• 申請號: 201711234826.4
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108022924B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 孔蔚然;李昊
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L27/04
• 分類號: H01L27/04;H01L29/06;H01L21/822
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 郭四華

本發明公開了一種溝槽型超級結，包括：形成于第一導電類型的第一外延層中的多個溝槽，各溝槽中填充有未將溝槽完全填充的第二導電類型的第二外延層。第一導電類型的第三外延層將溝槽的空隙完全填充。各超級結單元的第二外延層的體積相同，第一外延層和第三外延層的體積和也相同，使得各超級結單元中的第一和第三外延層的第一導電類型摻雜總量的和與第二外延層的第二導電類型摻雜總量相匹配。本發明還公開了一種溝槽型超級結的制造方法。本發明能自對準實現各超級結單元的電荷匹配，能提高超級結器件的反向擊穿電壓的面內均勻性以及提高反向擊穿電壓的工藝窗口范圍。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種溝槽型超級結；本發明還涉及一種溝槽型超級結的制造方法。

背景技術

超級結為由形成于半導體襯底中的交替排列的P型薄層也稱P型柱(Pillar)和N型薄層也稱N型柱組成，利用P型薄層和N型薄層完成匹配形成的耗盡層來支持反向耐壓同時保持較小的導通電阻。

超級結的PN間隔的Pillar結構是超級結的最大特點。現有制作PN間隔的pillar結構主要有兩種方法，一種是通過多次外延以及離子注入的方法獲得，另一種是通過深溝槽刻蝕以及外延(EPI)填充的方式來制作。后一種方法即為溝槽型超級結的制造方法，這種方法是通過溝槽工藝制作超級結器件，需要先在半導體襯底如硅襯底表面的N型摻雜外延層上刻蝕一定深度和寬度的溝槽，然后利用外延填充(EPI Filling)的方式在刻出的溝槽上填充P型摻雜的硅外延。在溝槽的刻蝕中，同一半導體襯底中的不同區域的溝槽的形貌并不完全相同，而超級結器件的反向擊穿電壓受溝槽的形貌影響非常大，使得同一晶圓上的超級結器件的反向擊穿電壓的均勻性較差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種溝槽型超級結，能自對準實現各超級結單元的電荷匹配，能提高超級結器件的反向擊穿電壓的面內均勻性以及提高反向擊穿電壓的工藝窗口范圍。為此，本發明還提供一種溝槽型超級結的制造方法。

為解決上述技術問題，本發明提供的溝槽型超級結包括：

多個形成于第一導電類型的第一外延層中的溝槽，所述第一外延層形成于半導體襯底表面，各所述溝槽采用相同的光刻刻蝕工藝形成，各所述溝槽的開口尺寸和側面傾斜角度存在有所述光刻刻蝕工藝引起的誤差，各所述溝槽的開口尺寸和側面傾斜角度的誤差使得同一所述半導體襯底面內的各所述溝槽之間存在體積差異。

各所述溝槽中填充有第二導電類型的第二外延層，各所述溝槽的所述第二外延層同時形成，所述第二外延層未將各所述溝槽完全填充而在各所述溝槽中留下有空隙；在各所述溝槽中填充有第一導電類型的第三外延層且所述第三外延層自對準將各所述溝槽的空隙填滿。

由填充于各所述溝槽中的所述第二外延層和所述第三外延層組成第二導電類型薄層，由各所述溝槽之間的所述第一外延層組成第一導電類型薄層，由所述第一導電類型薄層和所述第二導電類型薄層交替排列組成超級結。

超級結單元由一個所述第一導電類型薄層和對應相鄰的一個所述第二導電類型薄層組成。

對于各所述超級結單元，由各所述溝槽中的空隙大小根據對應溝槽的體積自對準變化，會使得各所述溝槽對應的所述第三外延層和相鄰的組成所述第一導電類型薄層的所述第一外延層的總體積保持不變，從而使得各所述超級結單元中的所述第一外延層的第一導電類型摻雜總量和所述第三外延層的第一導電類型摻雜總量的和與所述第二外延層的第二導電類型摻雜總量相匹配。

進一步的改進是，所述半導體襯底為硅襯底，所述第一外延層、所述第二外延層和所述第三外延層都為硅外延層。

進一步的改進是，各所述溝槽的開口尺寸和側面傾斜角度的誤差使得同一所述半導體襯底面內的各所述溝槽之間存在體積差異且體積差異最大值為1％～20％。