一種超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體工藝制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件由于具有輸入阻抗高、損耗低、開關(guān)速度快、無二次擊穿、安全工作區(qū)寬等特性，已被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)及外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)通信，電子專用設(shè)備與儀器儀表、汽車電子、LED顯示屏以及電子照明等多個(gè)方面。雖然功率半導(dǎo)體器件在功率處理能力上已經(jīng)有了較大提高，但在高壓領(lǐng)域，由于導(dǎo)通電阻的問題使得功率半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通損耗隨著耐壓的提高而急速上升。為了提高耐壓、降低導(dǎo)通損耗，一系列的新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。而其中用來提高功率半導(dǎo)體性能的超結(jié)(Super Junctu1n)技術(shù)在高壓領(lǐng)域中的作用非常顯著，引起了眾多研宄者的關(guān)注。具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)是重要的功率器件之一。通過在傳統(tǒng)MOSFET的輕摻雜漂移區(qū)引入摻雜較高的交錯(cuò)排列的N型柱和P型柱，當(dāng)器件工作在阻斷情況下時(shí)，根據(jù)電荷平衡理論，N型柱和P型柱完全耗盡，漂移區(qū)就相當(dāng)于一個(gè)本征層，則擊穿電壓就只和漂移區(qū)的深度有關(guān)而與摻雜濃度無關(guān)。即在相同的擊穿電壓下，可以增加超結(jié)MOSFET漂移層的摻雜濃度，降低其導(dǎo)通電阻，從而大大改善了擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間的矛盾關(guān)系，使得其在功率系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0003]超結(jié)結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于功率二極管、MOS、IGBT等功率器件中，現(xiàn)有的形成超結(jié)結(jié)構(gòu)的方法主要有:申請?zhí)枮閁S20130196489A1的美國專利“method for deep-trench superpn junct1ns”中公開了一種多次外延注入，然后退火形成超結(jié)結(jié)構(gòu)的方法，具體步驟如圖1所示。第一步:準(zhǔn)備襯底101，在襯底101上形成第一 N外延層102a ;第二步:在第一 N外延層102a上注入P型摻雜，形成第一注入?yún)^(qū)103a ;第三步:在第一 N外延層102a上形成第二 N型外延層102b ;第四步:在第二 N外延層102b上注入P型摻雜，形成第二注入?yún)^(qū)103b ；重復(fù)以上步驟直到外延層厚度滿足要求，最后退火推結(jié)，形成連續(xù)P區(qū)即P柱104。該方法需要多次外延注入，工藝復(fù)雜，耗時(shí)長，成本高；采用熱退火推結(jié)形成P柱，導(dǎo)致P條橫擴(kuò)嚴(yán)重，在實(shí)際生產(chǎn)中很難縮小P、N條寬，難以實(shí)現(xiàn)高壓超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備。
[0004]申請?zhí)枮?US008440529B2 的美國專利 “method of manufacturing superjunct1n structure”中公開了刻槽、填充制備超結(jié)結(jié)構(gòu)的方法，具體步驟如圖2所示。第一步:準(zhǔn)備襯底201，在襯底201上形成厚N外延層202 ;第二步:在厚N外延層202上刻槽形成深溝槽203 ;第三步:外延填充P型材料204于溝槽203中；第四步:利用CMP (化學(xué)機(jī)械平坦化)平坦化溝槽。該方法只需進(jìn)行一次深槽刻蝕和一次深槽外延生長即可形成滿足耐壓要求的外延層及超結(jié)厚度，工藝相對多次外延方法簡單，也降低了成本，但進(jìn)行深槽外延時(shí)容易形成空洞，且刻蝕深寬比大的溝槽的工藝難度大，很難通過垂直角度實(shí)現(xiàn)，且槽寬不易控制，因此，該方法也不適用于高壓超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備。
[0005]為了克服800V乃至1000V以上高壓低功耗功率MOS器件的制備難度，國際上提出了一種半SJ結(jié)構(gòu)(Sem1-Super Junt1n)，如圖3所示，半SJ結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)由SJ(SuperJunct1n，超結(jié))301和BAL (Bottom Assist Layer) 302兩部分構(gòu)成，它將SJ特性與傳統(tǒng)VDMOS結(jié)構(gòu)結(jié)合，具有良好的電特性，且工藝難度和制造成本大大降低，但此種結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的超結(jié)結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對【背景技術(shù)】存在的缺陷，提出了一種能減小元胞間距尺寸、降低導(dǎo)通電阻的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1:在襯底上制備第一 N型外延層，并在需要制作P型柱的區(qū)域刻蝕出溝槽；
[0010]步驟2:在步驟I形成的溝槽中填充P型材料，并平坦化表面；
[0011]步驟3:在平坦化處理后的第一 N型外延層和填充的P型材料上形成第二 N型外延層，并在需要制作P型柱的區(qū)域刻蝕出溝槽；
[0012]步驟4:在步驟3形成的溝槽中填充P型材料，并平坦化表面；
[0013]步驟5:重復(fù)步驟3、4的“外延-刻槽-填充”過程，直至達(dá)到超結(jié)結(jié)構(gòu)的耐壓要求。
[0014]進(jìn)一步地，步驟I和步驟3中的N型外延層還可以為P型外延層，則對應(yīng)地，步驟2和步驟4中采用N型雜質(zhì)填充。
[0015]進(jìn)一步地，所述外延層的厚度為30 μm以下。
[0016]進(jìn)一步地，步驟5所述“外延-刻槽-填充”的次數(shù)可由超結(jié)結(jié)構(gòu)的耐壓要求決定。
[0017]一種超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法，具體包括以下步驟:
[0018]步驟1:在襯底401上依次形成第一 N型外延層402和第一氧化層403 ；
[0019]步驟2:采用光刻刻蝕工藝，在所有需要制作P型柱的區(qū)域刻蝕掉第一氧化層；具體方法為:在第一氧化層表面淀積正性光刻膠，采用掩膜板進(jìn)行光刻顯影后，再刻蝕第一氧化層，其中，掩膜板上有多個(gè)透光的矩形圖形區(qū)域，將第一氧化層對應(yīng)刻蝕掉多個(gè)矩形區(qū)域；
[0020]步驟3:去除剩余的光刻膠，并采用步驟2刻蝕后剩余的第一氧化層作為掩膜，刻蝕第一 N型外延層402形成溝槽406，然后刻蝕掉剩余的第一氧化層；
[0021]步驟4:外延生長P型Si，填充步驟3形成的溝槽406，形成第一 P型柱，并平坦化溝槽；
[0022]步驟5:在步驟4處理后的第一 N外延層402和第一 P型柱上形成第二 N型外延層408，并在第二 N型外延層408上形成第二氧化層409 ；
[0023]步驟6:采用光刻刻蝕工藝，在所有需要制作P型柱的區(qū)域刻蝕掉第二氧化層；具體方法為:在第二氧化層表面淀積正性光刻膠，采用掩膜板進(jìn)行光刻顯影后，再刻蝕第二氧化層，其中，掩膜板上有多個(gè)透光的矩形圖形區(qū)域，將第二氧化層對應(yīng)刻蝕掉多個(gè)矩形區(qū)域；
[0024]步驟7:去除剩余的光刻膠，并采用步驟6刻蝕后剩余的第二氧化層作為掩膜，刻蝕第二 N型外延層408形成溝槽411，然后刻蝕掉剩余的第二氧化層；
[0025]步驟8:外延生長P型Si，填充步驟7形成的溝槽411，形成第二 P型柱，并平坦化溝槽；
[0026]步驟9:重復(fù)步驟5至步驟8，完成多次“外延-刻槽-填充”過程，直至達(dá)到超結(jié)結(jié)構(gòu)的耐壓要求；
[0027]步驟10:采用快速熱退火激活P型Si，即得到所述超結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0028]進(jìn)一步地，步驟I和步驟5中的N型外延層還可以為P型外延層，則對應(yīng)地，步驟4和步驟8中采用N型雜質(zhì)填充。
[0029]進(jìn)一步地，步驟I和步驟5所述外延層的厚度為30 μ m以下。
[0030]進(jìn)一步地，所述“外延-刻槽-填充”的次數(shù)可由超結(jié)結(jié)構(gòu)的耐壓要求決定。
[0031]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明采用多次“外延-刻槽-填充”的方法實(shí)現(xiàn)了較大深寬比的槽的刻蝕和填充，且可以得到P、N條寬較小的超結(jié)結(jié)構(gòu)，有效降低了超結(jié)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電阻，優(yōu)化了超結(jié)結(jié)構(gòu)的性能。
【附圖說明】
[0032]圖1為傳統(tǒng)多次外延注入法制備超結(jié)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0033]圖2為傳統(tǒng)刻槽填充法制備超結(jié)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0034]圖3為半超結(jié)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0035]圖4a為本發(fā)明實(shí)施例中步驟I得到的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4b為本發(fā)明實(shí)施例中步驟2得到的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4c為本發(fā)明實(shí)施例中步驟3得到的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖4d為本發(fā)明實(shí)施例中步驟4得到的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4e為本發(fā)明實(shí)施例中步驟5得到的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖4f為本發(fā)明實(shí)施例中步驟6得到的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖4g為本發(fā)明實(shí)施例中步驟7得到的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖4h為本發(fā)明實(shí)施例中步驟8得到的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖4i為本發(fā)明實(shí)施例中步驟9得到的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖4j為本發(fā)明實(shí)施例中步驟10得到的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；