CN103633116B - 一种电荷补偿结构半导体晶片及其制备方法 - Google Patents
一种电荷补偿结构半导体晶片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103633116B CN103633116B CN201210296739.2A CN201210296739A CN103633116B CN 103633116 B CN103633116 B CN 103633116B CN 201210296739 A CN201210296739 A CN 201210296739A CN 103633116 B CN103633116 B CN 103633116B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- type semiconductor
- conductive type
- semiconductor material
- drift layer
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 5
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 24
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H01L29/063—Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
- H01L29/0634—Multiple reduced surface field (multi-RESURF) structures, e.g. double RESURF, charge compensation, cool, superjunction (SJ), 3D-RESURF, composite buffer (CB) structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thyristors (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电荷补偿结构半导体晶片,在半导体漂移层中引入了条状浮空的电荷补偿结构,通过两次或三次刻蚀外延工艺,形成在垂直方向上具有较大高宽比的电荷补偿结构,提高了晶片反向阻断特性;本发明还提供了一种电荷补偿结构半导体晶片的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及到一种电荷补偿结构半导体晶片,本发明还涉及一种电荷补偿结构半导体晶片的制备方法。
背景技术
能实现高耐压和低导通电阻的半导体晶片结构为呈现柱状的P型半导体和N型半导体区域交替并排设置的结构,柱状的P型半导体和N型半导体垂直于晶片表面。通过将P型半导体和N型半导体的杂质浓度和宽度设定为希望值,在施加反向压降时能够实现高耐压。此种结构称作电荷补偿结构。
已知的电荷补偿结构半导体晶片结构和制造方法如下:
第一种,淀积一定厚度的N型外延层,设置掩模版注入P型杂质,退火形成P型导电层。然后反复重复上述工艺流程,形成交替配置P型半导体和N型半导体区域。此种电荷补偿结构的半导体晶片制作工艺繁琐,需要7次左右的光刻注入退火工艺,并且PN结面呈现波形,影响晶片的反向耐压特性。
第二种,通过在N型外延层中形成多个沟槽,进行P型杂质的倾斜离子注入退火从而设置P型柱状半导体区域,然后在P型柱状半导体区域之间埋入绝缘介质,得到超结结构。此种超结结构的半导体晶片注入工艺控制难度较大,易在垂直方向上形成不均匀的P型杂质浓度分布,从而影响到晶片耐压特性。
第三种,进行N型外延层形成,刻蚀形成沟槽,然后进行P型外延层形成,刻蚀形成沟槽,再进行N型外延层形成,刻蚀形成沟槽,最后在沟槽内填充绝缘介质。此种电荷补偿结构的半导体晶片的制作工艺需要较多次各向异性干法刻蚀工艺来控制柱状的P型半导体和N型半导体区域分布,易影响柱状半导体结构形状,从而影响晶片耐压特性和可靠性。
发明内容
本发明提供一种电荷补偿结构半导体晶片及其制备方法,在半导体漂移层中引入了条状浮空的电荷补偿结构。
一种电荷补偿结构半导体晶片,其特征在于:包括:第一漂移层,为条状第一导电类型半导体材料与条状第二导电类型半导体材料交替排列构成;中间层,位于第一漂移层之上,为第一导电类型半导体材料构成;第二漂移层,位于中间层之上,为条状第一导电类型半导体材料与条状第二导电类型半导体材料交替排列构成。
一种电荷补偿结构半导体晶片的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:在衬底层表面形成第一导电类型半导体材料外延层;在外延层中形成多个沟槽;通过外延层生长形成第二导电类型半导体材料外延层,对表面进行平整化处理;再次进行第一导电类型半导体材料外延,在表面形成多个沟槽,在沟槽内外延生长第二导电类型半导体材料,进行表面平整化工艺。
本发明的一种电荷补偿结构半导体晶片,在半导体漂移层中引入了条状浮空的电荷补偿结构,通过两次或三次刻蚀外延工艺,形成在垂直方向上具有大的高宽比的电荷补偿结构,提高了晶片反向阻断特性和器件的可靠性。
附图说明
图1为本发明的一种电荷补偿结构半导体晶片的第一种剖面示意图;
图2为本发明的一种电荷补偿结构半导体晶片的第二种剖面示意图。
其中,1、衬底层;2、N型半导体硅材料;3、P型半导体硅材料。
具体实施方式
实施例1
图1为本发明的一种电荷补偿结构半导体晶片的第一种剖面示意图,下面结合图1详细说明本发明的半导体装置。
一种电荷补偿结构半导体晶片,包括:衬底层1,为N导电类型半导体硅材料,磷原子的掺杂浓度为1E20cm-3;N型半导体硅材料2,位于衬底层1之上,为N传导类型的半导体硅材料,厚度为60μm,磷原子的掺杂浓度为1E16cm-3;P型半导体硅材料3,位于N型半导体硅材料2中,为P传导类型的半导体硅材料,宽度为2μm,水平间距为2μm,垂直间距为3um,上下厚度都为27μm,硼原子的掺杂浓度为1E16cm-3。
其制作工艺包括如下步骤:
第一步,在衬底层1表面生长磷原子掺杂外延层,形成N型半导体硅材料2,然后进行淀积氮化硅层,通过光刻腐蚀工艺去除表面部分氮化硅层;
第二步,通过各向异性干法刻蚀工艺,在N型半导体硅材料2中形成多个沟槽;
第三步,通过定向外延层生长形成P型半导体硅材料3,对表面进行平整化处理;
第四步,再次进行N型半导体硅材料2外延生长,在表面形成多个沟槽,在沟槽内外延生长P型半导体硅材料3,进行表面平整化工艺,如图1所示。
实施例2
图2为本发明的一种电荷补偿结构半导体晶片的第一种剖面示意图,下面结合图2详细说明本发明的半导体装置。
一种电荷补偿结构半导体晶片,包括:衬底层1,为N导电类型半导体硅材料,磷原子的掺杂浓度为1E20cm-3;N型半导体硅材料2,位于衬底层1之上,为N传导类型的半导体硅材料,厚度为60μm,磷原子的掺杂浓度为1E16cm-3;P型半导体硅材料3,位于N型半导体硅材料2中,为P传导类型的半导体硅材料,宽度为2μm,水平间距为2μm,垂直间距为3um,上中下厚度都为18μm,硼原子的掺杂浓度为1E16cm-3。
其制作工艺包括如下步骤:
第一步,在衬底层1表面生长磷原子掺杂外延层,形成N型半导体硅材料2,然后进行淀积氮化硅层,通过光刻腐蚀工艺去除表面部分氮化硅层;
第二步,通过各向异性干法刻蚀工艺,在N型半导体硅材料2中形成多个沟槽;
第三步,通过定向外延层生长形成P型半导体硅材料3,对表面进行平整化处理;
第四步,再次进行N型半导体硅材料2外延生长,在表面形成多个沟槽,在沟槽内外延生长P型半导体硅材料3,进行表面平整化工艺。
第五步,再次进行N型半导体硅材料2外延生长,在表面形成多个沟槽,在沟槽内外延生长P型半导体硅材料3,进行表面平整化工艺,如图2所示。
通过上述实例阐述了本发明,同时也可以采用其它实例实现本发明,本发明不局限于上述具体实例,因此本发明由所附权利要求范围限定。
Claims (5)
1.一种电荷补偿结构半导体晶片,其特征在于:包括:
第一漂移层,为条状第一导电类型半导体材料与条状第二导电类型半导体材料交替排列构成;
中间层,位于第一漂移层之上,为第一导电类型半导体材料构成;
第二漂移层,位于中间层之上,为条状第一导电类型半导体材料与条状第二导电类型半导体材料交替排列构成;
第一漂移层和第二漂移层中的第二导电类型半导体材料在器件表面投影相互交替排列。
2.如权利要求1所述的半导体晶片,其特征在于:所述的中间层中的第一导电类型半导体材料的杂质掺杂浓度与第一漂移层和第二漂移层中第一导电类型半导体材料的杂质掺杂浓度相同。
3.如权利要求1所述的半导体晶片,其特征在于:所述的第一漂移层和第二漂移层中的条状第二导电类型半导体材料具有不相同的宽度和高度。
4.如权利要求1所述的半导体晶片,其特征在于:所述的第二漂移层表面设置有第二中间层和第三漂移层。
5.如权利要求1所述的一种电荷补偿结构半导体晶片的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)在衬底层表面形成第一导电类型半导体材料外延层;
2)在外延层中形成多个沟槽;
3)通过外延层生长形成第二导电类型半导体材料外延层,对表面进行平整化处理;
4)再次进行第一导电类型半导体材料外延,在表面形成多个沟槽,在沟槽内外延生长第二导电类型半导体材料,进行表面平整化工艺。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210296739.2A CN103633116B (zh) | 2012-08-20 | 2012-08-20 | 一种电荷补偿结构半导体晶片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210296739.2A CN103633116B (zh) | 2012-08-20 | 2012-08-20 | 一种电荷补偿结构半导体晶片及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103633116A CN103633116A (zh) | 2014-03-12 |
CN103633116B true CN103633116B (zh) | 2017-02-15 |
Family
ID=50213954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210296739.2A Active CN103633116B (zh) | 2012-08-20 | 2012-08-20 | 一种电荷补偿结构半导体晶片及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103633116B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1638144A (zh) * | 2003-12-25 | 2005-07-13 | 恩益禧电子股份有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
CN1971851A (zh) * | 2005-09-29 | 2007-05-30 | 株式会社电装 | 半导体器件、其制造方法及其评估方法 |
JP2009224606A (ja) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | スーパージャンクション構造を有する半導体素子の製造方法 |
CN101989553A (zh) * | 2009-08-07 | 2011-03-23 | 上海华虹Nec电子有限公司 | CoolMOS的纵向区的制造方法 |
CN202930388U (zh) * | 2012-03-07 | 2013-05-08 | 英飞凌科技奥地利有限公司 | 电荷补偿半导体器件 |
-
2012
- 2012-08-20 CN CN201210296739.2A patent/CN103633116B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1638144A (zh) * | 2003-12-25 | 2005-07-13 | 恩益禧电子股份有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
CN1971851A (zh) * | 2005-09-29 | 2007-05-30 | 株式会社电装 | 半导体器件、其制造方法及其评估方法 |
JP2009224606A (ja) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | スーパージャンクション構造を有する半導体素子の製造方法 |
CN101989553A (zh) * | 2009-08-07 | 2011-03-23 | 上海华虹Nec电子有限公司 | CoolMOS的纵向区的制造方法 |
CN202930388U (zh) * | 2012-03-07 | 2013-05-08 | 英飞凌科技奥地利有限公司 | 电荷补偿半导体器件 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103633116A (zh) | 2014-03-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102169902B (zh) | 一种深槽和深注入型超结器件 | |
CN104465379B (zh) | 半导体器件及形成方法 | |
CN103178088B (zh) | 半导体装置及其制造方法 | |
CN103972303B (zh) | 二极管、esd保护电路及其制造方法 | |
CN103489913A (zh) | 半导体装置及其制造方法 | |
CN111989778B (zh) | 小间距超结mosfet结构和方法 | |
CN110137245B (zh) | 超结器件结构及其制备方法 | |
CN103199018B (zh) | 场阻断型半导体器件的制造方法和器件结构 | |
CN108807506A (zh) | 带沟槽栅结构的深槽超结mosfet器件及其加工工艺 | |
CN110323138B (zh) | 一种ldmos器件的制造方法 | |
CN104124276B (zh) | 一种超级结器件及其制作方法 | |
CN105977308B (zh) | 超级势垒整流器器件及其制备方法 | |
CN105993073A (zh) | 沟槽栅极沟槽场板垂直mosfet | |
CN110212015A (zh) | 超结器件结构及其制备方法 | |
CN103022087A (zh) | 一种半导体晶片及其制造方法 | |
CN104037206B (zh) | 超级结器件及制造方法 | |
CN103855140B (zh) | 用于击穿电压改进的功率器件上部分soi | |
CN103633116B (zh) | 一种电荷补偿结构半导体晶片及其制备方法 | |
CN107507857B (zh) | 自对准超结结构及其制备方法 | |
CN106298974B (zh) | 一种半导体结装置 | |
CN113937167A (zh) | Vdmos器件及其制造方法 | |
CN115566038A (zh) | 超结器件及其制造方法 | |
CN103545369B (zh) | 功率半导体器件及其制作方法 | |
CN115566039A (zh) | 超结器件及其制造方法 | |
CN102449770B (zh) | 用于半导体器件的3d沟道结构 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210426 Address after: Room 301, 3rd floor, building 16, Guangxi Huike Technology Co., Ltd., No. 336, East extension of Beihai Avenue, Beihai Industrial Park, 536000, Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee after: Beihai Huike Semiconductor Technology Co.,Ltd. Address before: Hangzhou City, Zhejiang province Xiasha 310018 three Avenue Yuyuan apartment No. 1 room 603 Patentee before: Zhu Jiang |