CN103035528B - 超级结制备工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超级结制备工艺方法，在深沟槽内填充P型单晶硅形成P型柱时，该P型柱的形成分两步生长，首先生长轻掺杂的第一层P型外延层用于平衡临近P型柱的N型外延层，然后再生长掺杂浓度相对第一层P型外延层浓度高的第二层P型外延层，并且第二层P型外延层高度从底端到沟槽的顶端距离为整个沟槽深度的1/4至1/3。本发明通过改善超级结制备过程中深沟槽填充工艺流程，改变P柱顶端的浓度，进而能够改善器件的雪崩击穿能力。

Description

超级结制备工艺方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种超级结制备工艺方法。
背景技术
超级结功率器件是一种发展迅速、应用广泛的新型功率半导体器件。它是在普通双扩散金属氧化物半导体(DMOS)的基础上引入超级结(SuperJunction)结构；除了具备DMOS输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、易电压控制、热稳定好、驱动电路简单、易于集成等特点外，还克服了DMOS的导通电阻随着击穿电压成2.5次方关系增加的缺点。目前超级结DMOS已广泛应用于面向个人电脑、笔记本电脑、上网本、手机、照明(高压气体放电灯)产品以及电视机(液晶或等离子电视机)和游戏机等消费电子产品的电源或适配器。
目前超级结功率器件的制备工艺方法主要分成两大类，一类是利用多次外延和注入的方式在N型外延衬底上形成P型柱；另外一类是采用深沟槽刻蚀加P型柱填充的方式形成。在利用深沟槽加P型柱填入方式制备超级结的工艺方法中，填充P型柱的杂质浓度通常是均一的。为了改善器件的雪崩击穿能量，需要提高P型柱顶端的浓度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超级结制备工艺方法，能够改善器件的雪崩击穿能力。
为解决上述技术问题，本发明的超级结制备工艺方法是采用如下技术方案实现的，在深沟槽内填充P型单晶硅形成P型柱时，该P型柱的形成分两步生长，首先生长轻掺杂的第一层P型外延层用于平衡临近N型柱的N型外延层，该第一层P型外延层的掺杂浓度依据所使用的硅片衬底表面N型外延层的掺杂浓度确定；然后再生长掺杂浓度相对第一层P型外延层浓度高的第二层P型外延层，并且第二层P型外延层从底端到沟槽的顶端距离为整个沟槽深度的1/4至1/3。
本发明是采用深沟槽加P型柱填入方式制备具有超级结功率器件的，通过改善超级结的制造工艺流程，分两步填充深沟槽形成不同浓度的P型柱，提高P型柱顶端的浓度，控制第二层P型外延层的厚度，可以降低P阱区的电阻，并最终改善器件的雪崩击穿能力；同时维持器件的其它电性能不变，如击穿电压和导通电阻等。此外，该方法工艺过程简单，并且比较容易控制，比较适合用于批量生产。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是N型外延硅片示意图；
图2是P阱形成示意图；
图3是深沟槽形成示意图；
图4是深沟槽内填充P型单晶硅示意图；
图5是P型柱形成示意图；
图6是栅极形成示意图；
图7是源极和接触孔形成示意图；
图8是最终形成的器件结构示意图。
具体实施方式
所述超级结制备工艺方法在本发明的一实施例中，工艺流程如下：
如图1所示，准备一片带有足够厚度的N型外延硅片做衬底硅片。该衬底硅片由衬底2和在衬底2上端生长的N型外延层3构成。N型外延层3的电阻率较高，通常是1～8ohm.cm，而衬底2的电阻率低，大约为1～5mohm.cm。N型外延层3的厚度由器件设计的耐压值所决定。
如图2所示，在所述N型外延硅片上端中利用光罩定义出需要P阱5注入的区域，然后利用高温退火工艺将P阱注入进行推进。
如图3所示，通过一层光罩层定义出深沟槽9的图案，采用干法刻蚀的方法，形成一定深度的深沟槽9，其深度可以根据器件的击穿电压来决定。干法刻蚀深沟槽9时可以采用氧化物层作为硬光罩层(Hard mask)，首先刻蚀硬光罩层，然后再刻蚀深沟槽9。或者不用硬光罩层，直接刻蚀形成深沟槽9。
如图4所示，采用选择性外延填充方式，在深沟槽9内填充P型单晶硅，形成P型柱4。P型柱4的形成分两步生长，第一步先生长轻掺杂的第一层P型外延层用于平衡临近N型柱的N型外延层，该第一层P型外延层的掺杂浓度依据所使用的硅片衬底表面N型外延层的掺杂浓度确定；第二步再生长掺杂浓度相对第一层P型外延层浓度高的第二层P型外延层，并且第二层P型外延层从底端(如图4中三角形的顶点)到沟槽的顶端(如图4中三角形的底边)距离约为整个沟槽深度的1/4至1/3。
第一层P型外延层的掺杂浓度约为1E14～1E16atm/cm-3；第二层P型外延层的掺杂浓度约为1E15～1E17atm/cm-3。
如图5所示，采用CMP(化学机械研磨)方法将硅片表面P型多晶硅去除。
如图6所示，依次沉积一层氧化硅和多晶硅作为栅极，然后通过光刻和刻蚀工艺形成栅极7。
如图7所示，利用离子注入形成源极6，随后形成接触孔10。
如图8所示，等器件制备的所有工艺进行完后，再进行衬底硅片背面减薄和蒸金，在衬底硅片背面形成漏极1。
以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种超级结制备工艺方法，其特征在于：在深沟槽内填充P型单晶硅形成P型柱时，该P型柱的形成分两步生长，首先生长轻掺杂的第一层P型外延层用于平衡临近N型柱的N型外延层，该第一层P型外延层的掺杂浓度依据所使用的硅片衬底表面N型外延层的掺杂浓度确定；然后再生长掺杂浓度相对第一层P型外延层浓度高的第二层P型外延层，并且第二层P型外延层从底端到沟槽的顶端距离为整个沟槽深度的1/4至1/3。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述深沟槽是通过一层光罩层定义出深沟槽的图案，采用干法刻蚀形成的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述干法刻蚀深沟槽时可以采用氧化物层作为硬光罩层，首先刻蚀硬光罩层，然后再刻蚀深沟槽；或者不用硬光罩层，直接刻蚀形成深沟槽。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述P型柱采用选择性外延填充方式在所述深沟槽中填充P型单晶硅形成，然后用化学机械研磨CMP方法将其表面磨平。
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