專利名稱：功率器件耐壓區(qū)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及功率器件耐壓區(qū)的形成方法。
背景技術(shù)：
功率器件由于耐壓的特殊性質(zhì)，在非常廣闊的領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如，磁盤驅(qū) 動，汽車電子等等方面。眾所周知，現(xiàn)有的半導(dǎo)體功率器件的耐壓是靠一層較輕的單一導(dǎo)電 類型的半導(dǎo)體層(可以是外延或者其他技術(shù)制成)實現(xiàn)的，這一層較輕的單一導(dǎo)電類型的 半導(dǎo)體材料稱為耐壓區(qū)。對于高壓功率器件，導(dǎo)通電阻(或者正向壓降)主要是由耐壓區(qū) 性質(zhì)決定。耐壓區(qū)的耐壓性質(zhì)由它的摻雜濃度以及厚度有關(guān)，濃度越低、厚度越大，則耐壓 越高。在公開號為CN1056018的中國專利文件中能夠發(fā)現(xiàn)更多的關(guān)于現(xiàn)有功率器件的技術(shù) 方案?，F(xiàn)有的功率器件結(jié)構(gòu)可以參考圖1，包括漏極區(qū)200 ；形成在漏極區(qū)200表面的 耐壓區(qū)210，所述耐壓區(qū)210包括長條狀的第一緩沖區(qū)211和長條狀的第二緩沖區(qū)212，所 述第一緩沖區(qū)211的長度為L，寬度為Sl ；所述第二緩沖區(qū)211的長度為L，寬度為S2 ；第一 緩沖區(qū)211與第二緩沖區(qū)212的導(dǎo)電類型相反；形成在耐壓區(qū)210表面的外延區(qū)220 ；形成 在外延區(qū)220內(nèi)的源極區(qū)221 ；形成在外延區(qū)220表面的柵極區(qū)230。在現(xiàn)有的功率器件中，所述耐壓區(qū)210的長度L越長，功率器件的耐壓效果越好， 現(xiàn)有的功率器件為了獲得足夠的耐壓，第一緩沖區(qū)211的深寬比(L Si)或者第二緩沖區(qū) 212的深寬比(L S2)甚至要大于40 3，從而使得在耐壓區(qū)210內(nèi)形成的溝槽的填充相 當(dāng)困難，形成的第一緩沖區(qū)211或者第二緩沖區(qū)212內(nèi)會有空隙，導(dǎo)致功率器件失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是耐壓區(qū)內(nèi)形成的溝槽的填充困難。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種功率器件耐壓區(qū)的形成方法，包括提供半導(dǎo)體 襯底；在所述半導(dǎo)體襯底表面形成第一外延層；在所述第一外延層表面形成第一保護層； 在所述第一外延層和第一保護層內(nèi)形成第一溝槽陣列，所述第一溝槽陣列的溝槽暴露出半 導(dǎo)體襯底；在所述第一保護層表面形成填充所述第一溝槽陣列的第一填充層；去除多余的 第一填充層和第一保護層直至暴露出第一外延層；在所述第一外延層和第一填充層表面形 成第二外延層；在所述第二外延層表面形成第二保護層；在所述第二外延層和第二保護層 內(nèi)形成第二溝槽陣列，所述第二溝槽陣列的溝槽與第一溝槽陣列的溝槽對應(yīng)；在所述第二 保護層表面形成填充所述第二溝槽陣列的第二填充層；去除多余的第二填充層和第二保護 層至暴露出第二外延層?？蛇x的，所述第一外延層為半導(dǎo)體硅且所述第一外延層具有第一導(dǎo)電類型。可選的，所述第一外延層的厚度為10微米至20微米?？蛇x的，第一填充層為半導(dǎo)體硅且所述第一填充層具有第二導(dǎo)電類型?？蛇x的，所述第一溝槽陣列的形成步驟包括在所述第一保護層表面形成光刻膠層；采用與所述第一溝槽陣列對應(yīng)的光刻版對所述光刻膠層進行曝光、顯影，形成與所述光 刻版對應(yīng)的光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，依次刻蝕第一保護層和所述第一外延 層，形成所述第一溝槽陣列。可選的，所述第二外延層為半導(dǎo)體硅且所述第二外延層具有第一導(dǎo)電類型?？蛇x的，所述第二外延層的厚度為10微米至20微米?？蛇x的，第二填充層為半導(dǎo)體硅且所述第二填充層具有第二導(dǎo)電類型?？蛇x的，所述第二溝槽陣列的形成步驟包括在所述第二保護層表面形成光刻膠 層；采用與所述第二溝槽陣列對應(yīng)的光刻版對所述光刻膠層進行曝光、顯影，形成與所述光 刻版對應(yīng)的光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，依次刻蝕第二保護層和所述第二外延 層，形成所述第二溝槽陣列?？蛇x的，其特征在于，在所述第二溝槽陣列的形成步驟所采用的光刻版的圖形與 在所述第一溝槽陣列的形成步驟采用的光刻版的圖形一致或者在所述第二溝槽陣列的形 成步驟所采用的光刻版與在所述第一溝槽陣列的形成步驟采用的光刻版為同一光刻版。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明提供的功率器件耐壓區(qū)的形成方 法能夠形成深寬比大的耐壓區(qū)，本發(fā)明通過形成第一外延層和第一填充層，第一外延層的 導(dǎo)電類型與第一填充層相反，在第一外延層和第一填充層表面形成第二外延層和第二填充 層，第二外延層的導(dǎo)電類型與第二填充層相反，且第一外延層與第二外延層對應(yīng)，第一填充 層與第二填充層對應(yīng)，從而能夠形成深寬比大的耐壓區(qū)且第一填充層和第二填充層內(nèi)沒有 空隙，使得使用本發(fā)明的耐壓區(qū)的功率器件耐壓性能更好。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按 實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。圖1是現(xiàn)有的功率器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明功率器件耐壓區(qū)的形成方法的一實施例的流程示意圖；圖3至圖14為本發(fā)明功率器件耐壓區(qū)的形成方法的一實施例的過程示意圖。
具體實施例方式由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有的功率器件的耐壓區(qū)的深寬比要大于40 3，從而使得在 耐壓區(qū)內(nèi)形成的溝槽的填充相當(dāng)困難，形成的第一緩沖區(qū)或者第二緩沖區(qū)內(nèi)會有空隙，導(dǎo) 致功率器件失效。為此，本發(fā)明的發(fā)明人提出一種功率器件耐壓區(qū)的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯 底；在所述半導(dǎo)體襯底表面形成第一外延層；在所述第一外延層表面形成第一保護層；在 所述第一外延層和第一保護層內(nèi)形成第一溝槽陣列，所述第一溝槽陣列的溝槽暴露出半導(dǎo) 體襯底；在所述第一保護層表面形成填充所述第一溝槽陣列的第一填充層；去除多余的第 一填充層和第一保護層直至暴露出第一外延層；在所述第一外延層和第一填充層表面形成 第二外延層；在所述第二外延層表面形成第二保護層；在所述第二外延層和第二保護層內(nèi) 形成第二溝槽陣列，所述第二溝槽陣列的溝槽與第一溝槽陣列的溝槽對應(yīng)；在所述第二保護層表面形成填充所述第二溝槽陣列的第二填充層；去除多余的第二填充層和第二保護層 至暴露出第二外延層。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護的范圍。此外，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖2是本發(fā)明功率器件耐壓區(qū)的形成方法的一實施例的流程示意圖，圖3至圖14 為本發(fā)明功率器件耐壓區(qū)的形成方法的一實施例的過程示意圖。下面結(jié)合圖2至圖14對 本發(fā)明的功率器件耐壓區(qū)的形成方法進行說明。步驟S101，提供半導(dǎo)體襯底。參考圖3，所述的半導(dǎo)體襯底100可以是單晶硅、多晶硅或非晶硅；所述襯底100 也可以是硅、鍺、砷化鎵或硅鍺化合物；該半導(dǎo)體襯底100還可以具有外延層或絕緣層上硅 結(jié)構(gòu)；所述的半導(dǎo)體襯底100還可以是其它半導(dǎo)體材料，這里不再一一列舉。需要特別指出的是，所述半導(dǎo)體襯底100為具有一定摻雜濃度的η+型襯底，用于 形成功率器件的漏極區(qū)，在本實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100為磷摻雜的η+型襯底，在其他 實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100也可以根據(jù)制備功率器件類型不同而適當(dāng)?shù)倪x擇摻雜類型 的半導(dǎo)體襯底以及其他電阻率的半導(dǎo)體襯底，在此特地說明，不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護 范圍。步驟S102，在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成第一外延層。參考圖4，所述第一外延層110的材料為半導(dǎo)體硅，所述第一外延層110具有第一 導(dǎo)電類型，例如為η型或者為ρ型，所述第一外延層110的厚度為10微米至20微米，在本實 施例中，所述第一外延層110為η型半導(dǎo)體硅，在半導(dǎo)體襯底100表面形成第一外延層110 的工藝可以選用公知的外延工藝，具體工藝在這里不做贅述。所述第一外延層110的離子摻雜濃度要低于半導(dǎo)體襯底100的離子濃度，具體的 所述第一外延層110的離子摻雜濃度由功率器件的參數(shù)決定，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù) 所需要制備的功率器件的參數(shù)來選定第一外延層110的離子摻雜濃度，在此特地說明，不 應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護范圍。步驟S103，在所述第一外延層表面形成第一保護層。參考圖5，所述第一保護層120材料選自氧化硅或者氮化硅，所述第一保護層120 用于在后續(xù)的等離子刻蝕工藝保護所述第一外延層110，避免在等離子體的物理轟擊作用 下產(chǎn)生晶格損傷，所述第一保護層120的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。步驟S104，在所述第一外延層110和第一保護層120內(nèi)形成第一溝槽陣列，所述第 一溝槽陣列的溝槽暴露出半導(dǎo)體襯底100。參考圖6，所述第一溝槽陣列111的形成步驟包括在所述第一保護層120表面形 成光刻膠層(未圖示)；采用與所述第一溝槽陣列111對應(yīng)的光刻版對所述光刻膠層進行 曝光、顯影，形成與所述光刻版對應(yīng)的光刻膠圖形(未圖示)；以所述光刻膠圖形為掩膜，依 次刻蝕第一保護層120和所述第一外延層110，形成所述第一溝槽陣列111。
步驟S105，在所述第一保護層120表面形成填充所述第一溝槽陣列111的第一填充層。參考圖7，所述第一填充層130的導(dǎo)電類型與所述第一外延層110的導(dǎo)電類型相 反，具有第二導(dǎo)電類型，具體地，所述第一外延層110的導(dǎo)電類型為η型，則所述第一填充層 130的導(dǎo)電類型為ρ型；所述第一外延層110的導(dǎo)電類型為ρ型，則所述第一填充層130的 導(dǎo)電類型為η型。為了便于理解本發(fā)明，在本實施例中所述第一填充層130的導(dǎo)電類型為ρ型，所述 第一填充層130材料選自ρ型硅。所述第一填充層130的形成工藝可以為原子層堆積工藝或者為化學(xué)氣相沉積工 藝。步驟S106，去除多余的第一填充層130和第一保護層120直至暴露出第一外延層 110。參考圖8，在步驟S105中形成第一填充層130會有部分第一填充層130形成在第 一保護層120表面，在步驟S106，采用化學(xué)機械拋光工藝去除第一填充層130和第一保護層 120，直至暴露出第一外延層110。步驟S107，在所述第一外延層110和第一填充層130表面形成第二外延層；參考圖9，所述第二外延層140的材料為半導(dǎo)體硅，所述第二外延層140具有第一 導(dǎo)電類型，例如為η型或者為ρ型，所述第二外延層140的厚度為10微米至20微米，在本實 施例中，所述第二外延層140為η型半導(dǎo)體硅，在半導(dǎo)體襯底100表面形成第二外延層140 的工藝可以選用公知的外延工藝，具體工藝在這里不做贅述。步驟S108，在所述第二外延層表面140形成第二保護層。參考圖10，所述第二保護層150材料選自氧化硅或者氮化硅，所述第二保護層150 用于在后續(xù)的等離子刻蝕工藝保護所述第二外延層140，避免在等離子體的物理轟擊作用 下產(chǎn)生晶格損傷，所述第二保護層140的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。步驟S109，在所述第二外延層140和第二保護層150內(nèi)形成第二溝槽陣列，所述第 二溝槽陣列的溝槽與第一溝槽陣列的溝槽對應(yīng)。參考圖11，所述第二溝槽陣列141的形成步驟包括在所述第二保護層150表面 形成光刻膠層(未圖示)；采用與所述第二溝槽陣列141對應(yīng)的光刻版對所述光刻膠層進 行曝光、顯影，形成與所述光刻版對應(yīng)的光刻膠圖形(未圖示)；以所述光刻膠圖形為掩膜， 依次刻蝕第二保護層150和所述第二外延層140，形成所述第二溝槽陣列141。在這里需要特別在指出的是，在所述第二溝槽陣列141的形成步驟所采用的光刻 版的圖形可以與在所述第一溝槽陣列111的形成步驟采用的光刻版的圖形一致或者在所 述第二溝槽陣列141的形成步驟所采用的光刻版與在所述第一溝槽陣列111的形成步驟采 用的光刻版為同一光刻版，以保證所述第二溝槽陣列141的溝槽與第一溝槽陣列11的溝槽 對應(yīng)。步驟S110，在所述第二保護層150表面形成填充所述第二溝槽陣列的第二填充層。參考圖12，所述第二填充層160的導(dǎo)電類型與所述第二外延層140的導(dǎo)電類型相 反，具有第二導(dǎo)電類型，具體地，所述第二外延層140的導(dǎo)電類型為η型，則所述第二填充層·160的導(dǎo)電類型為ρ型；所述第二外延層140的導(dǎo)電類型為ρ型，則所述第二填充層160的 導(dǎo)電類型為η型。所述第二填充層160的形成工藝可以為原子層堆積工藝或者為化學(xué)氣相沉積工 藝。步驟S111，去除多余的第二填充層160和第二保護層150至暴露出第二外延層 140。參考圖13，在步驟SllO中形成第二填充層160會有部分第二填充層160形成在第 二保護層150表面，在步驟Sl 11，采用化學(xué)機械拋光工藝去除第二填充層160和第二保護層 150，直至暴露出第二外延層140。在步驟Slll完成后，還可在第二外延層140和第二填充層160表面形成功率器件 的源極區(qū)和柵極區(qū)，參考圖14，形成功率器件的源極區(qū)172步驟包括在第二外延層140和 第二填充層160表面形成η型的外延層170 ；采用離子注入工藝在所述外延層170內(nèi)形成ρ 阱171 ；采用離子注入工藝在ρ阱171內(nèi)形成ρ+的源極區(qū)172以及位于源極區(qū)172兩側(cè)的 η阱173 ；在所述外延層170表面形成柵極區(qū)180，所述柵極區(qū)180包括柵氧層(未圖示)， 位于柵氧層的多晶硅層(未圖示)。所述功率器件的源極區(qū)和漏極區(qū)可以是現(xiàn)有的功率器件的源極區(qū)和漏極區(qū)的形 成工藝，在這里就不再贅述。本發(fā)明提供的功率器件耐壓區(qū)的形成方法能夠形成深寬比大的耐壓區(qū)，本發(fā)明通 過形成第一外延層110和第一填充層130，第一外延層110的導(dǎo)電類型與第一填充層130相 反，在第一外延層110和第一填充層130表面形成第二外延層140和第二填充層160，第二 外延層140的導(dǎo)電類型與第二填充層160相反，且第一外延層110與第二外延層140對應(yīng)， 第一填充層130與第二填充層160對應(yīng)，從而能夠形成深寬比大的耐壓區(qū)且第一填充層130 和第二填充層160內(nèi)沒有空隙，使得使用本發(fā)明的耐壓區(qū)的功率器件耐壓性能更好。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種功率器件耐壓區(qū)的形成方法，其特征在于，包括 提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底表面形成第一外延層； 在所述第一外延層表面形成第一保護層；在所述第一外延層和第一保護層內(nèi)形成第一溝槽陣列，所述第一溝槽陣列的溝槽暴露 出半導(dǎo)體襯底；在所述第一保護層表面形成填充所述第一溝槽陣列的第一填充層； 去除多余的第一填充層和第一保護層直至暴露出第一外延層； 在所述第一外延層和第一填充層表面形成第二外延層； 在所述第二外延層表面形成第二保護層；在所述第二外延層和第二保護層內(nèi)形成第二溝槽陣列，所述第二溝槽陣列的溝槽與第 一溝槽陣列的溝槽對應(yīng)；在所述第二保護層表面形成填充所述第二溝槽陣列的第二填充層； 去除多余的第二填充層和第二保護層至暴露出第二外延層。
2.如權(quán)利要求1所述的功率器件耐壓區(qū)的形成方法，其特征在于，所述第一外延層為 半導(dǎo)體硅且所述第一外延層具有第一導(dǎo)電類型。
3.如權(quán)利要求1所述的功率器件耐壓區(qū)的形成方法，其特征在于，所述第一外延層的 厚度為10微米至20微米。
4.如權(quán)利要求2所述的功率器件耐壓區(qū)的形成方法，其特征在于，第一填充層為半導(dǎo) 體硅且所述第一填充層具有第二導(dǎo)電類型。
5.如權(quán)利要求1所述的功率器件耐壓區(qū)的形成方法，所述第一溝槽陣列的形成步驟 包括在所述第一保護層表面形成光刻膠層；采用與所述第一溝槽陣列對應(yīng)的光刻版對所 述光刻膠層進行曝光、顯影，形成與所述光刻版對應(yīng)的光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩 膜，依次刻蝕第一保護層和所述第一外延層，形成所述第一溝槽陣列。
6.如權(quán)利要求1所述的功率器件耐壓區(qū)的形成方法，所述第二外延層為半導(dǎo)體硅且所 述第二外延層具有第一導(dǎo)電類型。
7.如權(quán)利要求1所述的功率器件耐壓區(qū)的形成方法，所述第二外延層的厚度為10微米 至20微米。
8.如權(quán)利要求6所述的功率器件耐壓區(qū)的形成方法，其特征在于，第二填充層為半導(dǎo) 體硅且所述第二填充層具有第二導(dǎo)電類型。
9.如權(quán)利要求1所述的功率器件耐壓區(qū)的形成方法，其特征在于，所述第二溝槽陣列 的形成步驟包括在所述第二保護層表面形成光刻膠層；采用與所述第二溝槽陣列對應(yīng)的 光刻版對所述光刻膠層進行曝光、顯影，形成與所述光刻版對應(yīng)的光刻膠圖形；以所述光刻 膠圖形為掩膜，依次刻蝕第二保護層和所述第二外延層，形成所述第二溝槽陣列。
10.如權(quán)利要求5或者權(quán)利要求9所述的功率器件耐壓區(qū)的形成方法，其特征在于，在 所述第二溝槽陣列的形成步驟所采用的光刻版的圖形與在所述第一溝槽陣列的形成步驟 采用的光刻版的圖形一致或者在所述第二溝槽陣列的形成步驟所采用的光刻版與在所述 第一溝槽陣列的形成步驟采用的光刻版為同一光刻版。
全文摘要
一種功率器件耐壓區(qū)的形成方法，包括在所述半導(dǎo)體襯底表面形成第一外延層；在所述第一外延層表面形成第一保護層；在所述第一外延層和第一保護層內(nèi)形成第一溝槽陣列；形成填充所述第一溝槽陣列的第一填充層；在所述第一外延層和第一填充層表面形成第二外延層；在所述第二外延層表面形成第二保護層；在所述第二外延層和第二保護層內(nèi)形成第二溝槽陣列，所述第二溝槽陣列的溝槽與第一溝槽陣列的溝槽對應(yīng)；在所述第二保護層表面形成填充所述第二溝槽陣列的第二填充層；去除多余的第二填充層和第二保護層至暴露出第二外延層。本發(fā)明能夠提高功率器件耐壓性能。
文檔編號H01L21/8234GK102097354SQ20091020117
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者張宏, 韓永召 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司