專利名稱：超級結(jié)半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件，本發(fā)明還涉及該超級結(jié)半導(dǎo)體器件制造方法。
背景技術(shù)：
超級結(jié)MOSFET采用新的耐壓層結(jié)構(gòu)，利用一系列的交替排列的P型半導(dǎo)體薄層和 N型半導(dǎo)體薄層來在截止狀態(tài)下在較低電壓下就將所述P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層耗盡，實現(xiàn)電荷相互補償，從而使P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層在高摻雜濃度下能實現(xiàn)高的擊穿電壓，從而同時獲得低導(dǎo)通電阻和高擊穿電壓，打破傳統(tǒng)功率MOSFET理論極限。 超級結(jié)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和制造方法可分為兩大類，第一類是利用多次光刻、外延成長和注入工藝來獲得交替的P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)；第二類是在N型硅外延層上開溝槽，往該溝槽中填入P型多晶硅，或傾斜注入P型雜質(zhì)，或填入P型外延層。上述第一類制造方法不僅工藝復(fù)雜，實現(xiàn)難度大，而且成本很高。第二類工藝中，利用P型外延層填滿溝槽的方法雖然工藝難度較大，但由于其擁有成本低的特點，很有應(yīng)用前景。以上方法中，不論那一類，在交替的P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層形成后，還有后續(xù)長時間的高溫工藝，如柵氧生成工藝、推阱工藝、源漏注入后的高溫退火工藝和BPSG 回流工藝，這些工藝會使P型半導(dǎo)體薄層如P型外延層中的B擴散到N型半導(dǎo)體薄層中，從而將所述N型半導(dǎo)體薄層中部分N型載流子中和掉，使所述超級結(jié)半導(dǎo)體器件的比導(dǎo)通電阻提高。為了減少這種效應(yīng)，一種方法是將推阱工藝提到P型半導(dǎo)體薄層形成之前進行，但一方面該方法只能在部分工藝中實現(xiàn)；另一方面，即使不考慮所述推阱工藝，其它的熱過程工藝如柵氧生成工藝，源漏注入后的高溫退火工藝和BPSG回流工藝對B擴散的作用也不?。惶貏e是，在所述超級結(jié)半導(dǎo)體器件工藝被用于中壓如源漏擊穿電壓(BVDS)為200V及其之下時，由于每個薄層的厚度在減少，這一效應(yīng)的影響就越不可以不考慮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，能抑制超級結(jié)半導(dǎo)體器件中的P型半導(dǎo)體薄層的P型雜質(zhì)在后續(xù)熱過程中擴散到N型半導(dǎo)體薄層中，減少N型半導(dǎo)體薄層被補償?shù)腘型載流子數(shù)，從而減少器件的比抵抗電阻，提高器件的性能；本發(fā)明還提供一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，形成所述超級結(jié)半導(dǎo)體器件的交替型P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層時包括如下步驟步驟一、在一 N+硅基片上生長一層N型硅外延層，在所述N型硅外延層上生長一介質(zhì)膜，利用光刻和刻蝕工藝形成溝槽。步驟二、在所述溝槽側(cè)壁淀積一層含碳硅層，所述含碳硅層能為N型、或P型、或本征型。步驟三、在所述溝槽中淀積一 P型半導(dǎo)體薄層填滿所述溝槽，所述P型半導(dǎo)體薄層
4能為一P型硅層、或一P型硅層加一介質(zhì)層、或一P型硅層加一不摻雜硅層。所述P型硅層能為P型單晶硅、或P型多晶硅、或P型不定型硅。所述P型單晶硅的生長溫度能為650°c 到1200°C。所述P型多晶硅的生長溫度能為580°C到650°C。所述P型不定型硅的生長溫度能為510°C到5790C ο步驟四、利用回刻或化學(xué)機械研磨將所述N型外延層表面的所述P型半導(dǎo)體薄層、 所述含碳硅層以及所述介質(zhì)膜去除。本發(fā)明提供的一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件，包含交替型P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層，在所述P型半導(dǎo)體薄層和所述N型半導(dǎo)體薄層之間含有一層含碳硅層。本發(fā)明提供的另一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，形成所述超級結(jié)半導(dǎo)體器件的交替型P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層時包括如下步驟步驟一、在一 N+硅基片上生長一層N型硅外延層，在所述N型硅外延層上生長一介質(zhì)膜，利用光刻和刻蝕工藝形成溝槽。步驟二、在所述溝槽側(cè)壁通過擴散工藝形成一層碳薄層。步驟三、在所述溝槽中淀積一 P型半導(dǎo)體薄層填滿所述溝槽，所述P型半導(dǎo)體薄層能為一P型硅層、或一P型硅層加一介質(zhì)層、或一P型硅層加一不摻雜硅層。所述P型硅層能為P型單晶硅、或P型多晶硅、或P型不定型硅。所述P型單晶硅的生長溫度能為650°c 到1200°C。所述P型多晶硅的生長溫度能為580°C到650°C。所述P型不定型硅的生長溫度能為510°C到5790C ο步驟四、利用回刻或化學(xué)機械研磨將所述N型外延層表面的所述P型半導(dǎo)體薄層以及所述介質(zhì)膜去除。本發(fā)明提供的另一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件，包含交替型P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層，在所述P型半導(dǎo)體薄層和所述N型半導(dǎo)體薄層之間含有一層碳薄層。本發(fā)明制造方法所得到的所述超級結(jié)半導(dǎo)體器件，在所述P型半導(dǎo)體薄層和所述 N型半導(dǎo)體薄層之間含有一層含碳硅層或一碳薄層，所述含碳硅層或碳薄層能抑制P型半導(dǎo)體薄層中的硼(B)在后續(xù)工藝的熱過程中擴散到N型半導(dǎo)體薄層中，通過這一擴散的抑制使N型雜質(zhì)層的被補償(或中和)N型載流子減少，從而減小器件的比抵抗電阻，提高器件的性能。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖IA-圖ID是本發(fā)明實施例一超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法的各步驟中器件的截面圖；圖2是本發(fā)明實施例一超級結(jié)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A-圖3D是本發(fā)明實施例二超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法的各步驟中器件的截面圖。
具體實施例方式如圖IA-圖ID所示，是本發(fā)明實施例一超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法的各步驟中器件的截面圖，形成所述超級結(jié)半導(dǎo)體器件的交替型P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層時
5包括如下步驟步驟一、如圖IA所示，在一 N+硅基片1上生長一層N型硅外延層2 ；所述N+硅基片1的電阻率在0. 001歐姆·厘米 0. 003歐姆·厘米；所述N型硅外延層2的厚度和電阻率是按照器件設(shè)計的要求來確定的，如對源漏擊穿電壓(BVDQ * 的器件，所述N型硅外延層2的電阻率選取在2歐姆·厘米 10歐姆·厘米、厚度選取40微米 55微米。 在所述N型硅外延層2上生長一層氧化硅膜3，所述氧化硅膜3能做為后續(xù)溝槽刻蝕工藝的掩膜、也能做為化學(xué)機械研磨時阻擋層。通過光刻工藝和刻蝕工藝得到溝槽的圖形，所述溝槽的深度能穿過所述N型硅外延層2到達所述N+硅基片1、也能只停留在所述N型硅外延層2中。所述氧化硅膜3能采用熱氧化工藝生長、也能采用化學(xué)氣象淀積(CVD)工藝來實現(xiàn)。所述溝槽的刻蝕工藝能利用所述氧化硅膜3做為掩膜、也能利用光刻膠做為掩膜，刻蝕后的所述氧化硅膜厚度要在1000埃以上。步驟二、如圖IB所示，在所述溝槽側(cè)壁生長一層含碳硅層41，所述含碳硅層41能為N型、或P型、或本征型。所述含碳硅層41的厚度小于3000埃，摻碳濃度要比其后填的 P型半導(dǎo)體薄層42中硼濃度高，最好要求高一個數(shù)量級以上。所述含碳硅層41是P型時， 那么其P型雜質(zhì)濃度要與P型半導(dǎo)體薄層42中的硼濃度在同一數(shù)量級上；如果所述含碳硅層41是N型的，那么其N型雜質(zhì)濃度要與所述硅外延層2中的N型雜質(zhì)濃度在同一數(shù)量級上。步驟三、如圖IC所示，在所述溝槽中淀積一 P型半導(dǎo)體薄層42填滿所述溝槽，所述P型半導(dǎo)體薄層能為一 P型硅層、或一 P型硅層加一介質(zhì)層、或一 P型硅層加一不摻雜硅層。所述P型硅層中的雜質(zhì)用于平衡相鄰的N型半導(dǎo)體薄層中的N型雜質(zhì)，為了得到理想的器件特性，P型半導(dǎo)體薄層中的P型雜質(zhì)總量要與N型半導(dǎo)體薄層中的N型雜質(zhì)總量相同，如果所述含碳硅層41是P型或N型時，其中的雜質(zhì)也要考慮。為了得到無縫的填充并減少工藝難度，P型半導(dǎo)體薄層42中能先填充一 P型硅層，之后再填充介質(zhì)膜如BPSG，利用 BPSG的流動性將溝槽完好填充；也能先填一層P型硅層后，再填一層不摻雜硅層，利用不摻雜硅層中即使有空洞也不會有大的漏電的特性來得到好的器件特性。這里的所述P型硅層能為單晶硅、多晶硅或不定型硅；所述P型單晶硅的生長溫度在650°C到1200°C之間，所述 P型多晶硅的生長溫度能在580°C到650°C之間，所述P型不定型硅的生長溫度能在510°C 到579°C之間。步驟四、如圖ID所示，利用化學(xué)機械研磨或回刻將所述硅外延層2表面的所述含碳硅層41和所述P型半導(dǎo)體薄層42去除，之后再將表面的介質(zhì)膜即所述氧化硅膜3去掉。 當進行化學(xué)機械研磨時，為了保證研磨中不對所述氧化硅膜3下的硅造成損傷，建議研磨完成后殘留的所述氧化硅膜3厚度要大于500埃。利用以上步驟一到四，就得到了一種交替的P型和N型半導(dǎo)體薄層，其特征是P型層和N型層之間有一層含碳的硅。之后，利用成熟的縱向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體
(VDMOS, verticaldouble-diffusion metal-oxide-semiconductor)力口工工藝得至Ij對應(yīng)的超級結(jié)NMOS器件單元結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括步驟位于所述N硅外延層2上端的柵氧5和多晶硅柵6的形成；P阱7，N+源8的形成；包覆所述多晶硅柵6的層間介質(zhì)膜9、接觸孔10 的形成，P+接觸注入層11的形成；金屬源極12形成和柵極形成；背面金屬漏電極14。
如圖3A-圖3D所示，是本發(fā)明實施例二超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法的各步驟中器件的截面圖，本發(fā)明實施例二超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法和本發(fā)明實施例一超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法的步驟一、三、四相同，其中步驟二不同，不同之處為在步驟二中不是淀積一層含碳硅層41，而是利用擴散工藝在所述溝槽的硅表面吸附一個碳薄層43，所述碳薄層43的碳濃度建議在經(jīng)過后續(xù)熱過程之后能比步驟三中形成的半導(dǎo)體薄層44中的P型雜質(zhì)濃度高，一般建議高出一個數(shù)量級以上。以上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，形成所述超級結(jié)半導(dǎo)體器件的交替型ρ型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層時包括如下步驟步驟一、在一 N+硅基片上生長一層N型硅外延層，在所述N型硅外延層上生長一介質(zhì)膜，利用光刻和刻蝕工藝形成溝槽；步驟二、在所述溝槽側(cè)壁淀積一層含碳硅層；步驟三、在所述溝槽中淀積一 P型半導(dǎo)體薄層填滿所述溝槽，所述P型半導(dǎo)體薄層能為一 P型硅層、或一 P型硅層加一介質(zhì)層、或一 P型硅層加一不摻雜硅層；步驟四、利用回刻或化學(xué)機械研磨將所述N型外延層表面的所述P型半導(dǎo)體薄層、所述含碳硅層以及所述介質(zhì)膜去除。
2.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于步驟二中所述含碳硅層能為N型、或P型、或本征型。
3.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于步驟三中所述P 型硅層能為P型單晶硅、或P型多晶硅、或P型不定型硅。
4.如權(quán)利要求5所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于所述P型單晶硅的生長溫度為650°C到1200°C。
5.如權(quán)利要求5所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于所述P型多晶硅的生長溫度為580°C到650°C。
6.如權(quán)利要求5所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于所述P型不定型硅的生長溫度為510°C到579°C。
7.一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件，包含交替型P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層，其特征在于在所述P型半導(dǎo)體薄層和所述N型半導(dǎo)體薄層之間含有一層含碳硅層。
8.一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，形成所述超級結(jié)半導(dǎo)體器件的交替型ρ型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層時包括如下步驟步驟一、在一 N+硅基片上生長一層N型硅外延層，在所述N型硅外延層上生長一介質(zhì)膜，利用光刻和刻蝕工藝形成溝槽；步驟二、在所述溝槽側(cè)壁通過擴散工藝形成一層碳薄層；步驟三、在所述溝槽中淀積一 P型半導(dǎo)體薄層填滿所述溝槽，所述P型半導(dǎo)體薄層能為一 P型硅層、或一 P型硅層加一介質(zhì)層、或一 P型硅層加一不摻雜硅層；步驟四、利用回刻或化學(xué)機械研磨將所述N型外延層表面的所述P型半導(dǎo)體薄層以及所述介質(zhì)膜去除。
9.如權(quán)利要求8所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于步驟三中所述P 型硅層能為P型單晶硅、或P型多晶硅、或P型不定型硅。
10.如權(quán)利要求9所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于所述P型單晶硅的生長溫度為650°C到1200°C。
11.如權(quán)利要求9所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于所述P型多晶硅的生長溫度為580°C到650°C。
12.如權(quán)利要求9所述的超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于所述P型不定型硅的生長溫度為510°C到579°C。
13.—種超級結(jié)半導(dǎo)體器件，包含交替型P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層，其特征在于在所述P型半導(dǎo)體薄層和所述N型半導(dǎo)體薄層之間含有一層碳薄層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，包括步驟在N型硅外延層上生長一介質(zhì)膜，利用光刻和刻蝕工藝形成溝槽；在溝槽側(cè)壁淀積一含碳硅層；在溝槽中淀積一P型半導(dǎo)體薄層填滿所述溝槽；將N型外延層表面的P型半導(dǎo)體薄層、含碳硅層以及介質(zhì)膜去除。本發(fā)明公開了另一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件的制造方法，和第一種方法不同的是步驟二為在溝槽側(cè)壁通過擴散形成一碳薄層。本發(fā)明還公開了一種超級結(jié)半導(dǎo)體器件。本發(fā)明能抑制超級結(jié)半導(dǎo)體器件中的P型半導(dǎo)體薄層的P型雜質(zhì)在后續(xù)熱過程中擴散到N型半導(dǎo)體薄層中，減少N型半導(dǎo)體薄層被補償?shù)腘型載流子數(shù)，從而減少器件的比抵抗電阻，提高器件的性能。
文檔編號H01L21/336GK102214561SQ20101014106
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者肖勝安 申請人:上海華虹Nec電子有限公司