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(chǎng)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(qǐng)?zhí)枮閁S20130196489A1的美國(guó)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(zhǎng)，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(qǐng)?zhí)枮?US008440529B2 的美國(guó)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(zhǎng)即可形成滿足耐壓要求的外延層及超結(jié)厚度，工藝相對(duì)多次外延方法簡(jiǎn)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(guó)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(duì)【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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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；