專利名稱：溝槽型超級結(jié)器件的制作方法及得到的器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制作方法。
背景技術(shù)：
超級結(jié)結(jié)構(gòu)的器件通過利用N/P交替配列的結(jié)構(gòu)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)VDMOS中的N漂移區(qū)，它結(jié)合業(yè)內(nèi)熟知的VDMOS工藝，就可以制作得到超級結(jié)結(jié)構(gòu)的M0SFET，它能在反向擊穿電壓與傳統(tǒng)的VDMOS —致的情況下，通過使用低電阻率的外延層，使器件的導(dǎo)通電阻大幅降低?，F(xiàn)有N/P交替排列的結(jié)構(gòu)的加工方法有多次外延和深槽填充兩種方法。其中深槽填充的方法具有成本低，加工周期短的優(yōu)點，成為超級結(jié)高壓工藝的一個重要發(fā)展方向。作為深槽填充超級結(jié)方法的一個重要工藝步驟深槽加工工藝，為了保證超級結(jié)的完美形成， 需要深槽達(dá)到足夠的深度，達(dá)到或者接近外延的厚度，深槽也需要做到非常垂直，這要才能保證深槽內(nèi)上下部填充硅的雜質(zhì)濃度的一致性。之后在槽內(nèi)填充硅形成再經(jīng)過CMP得到N/ P交替配列的結(jié)構(gòu)；但深溝槽的刻蝕和硅填充在工藝上實現(xiàn)起來既有難度大的問題，也有相對成本增加的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種溝槽型超級結(jié)器件，它可以增加超級結(jié)高壓MOSFET的擊穿電壓，降低深槽加工工藝難度。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種溝槽型超級結(jié)器件的制作方法，包含以下步驟步驟一、在N型外延硅片上成長介質(zhì)膜，利用光刻/刻蝕形成溝槽；步驟二、利用離子注入將P型雜質(zhì)注入到溝槽底及其以下的部分；步驟三、在溝槽中填充P型硅或P型硅加介質(zhì)或P型硅加不摻雜的硅填滿溝槽；步驟四、利用回刻或化學(xué)機械研磨將表面的硅和介質(zhì)去除；得到一種交替的P型和N型結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果在于所述P型薄層或P型柱是由離子注入形成的部分與溝槽中的部分相加而成，從而可以增加超級結(jié)高壓MOSFET的擊穿電壓，可以使用較淺的溝槽來得到需要的擊穿電壓；由于采用了較淺的溝槽，就使的溝槽刻蝕和溝槽填充的工藝難度都得到減低，并且可以進(jìn)一步減低工藝的成本。本發(fā)明還提供了理由上述制造方法得到的溝槽型超級結(jié)器件，包括交替的P型和N型半導(dǎo)體薄層，P型層是由溝槽中填充的P型硅和溝槽以下部分的注入的P型雜質(zhì)組成；所述P型層是由溝槽中填充的P型硅和溝槽以下部分的注入的P型雜質(zhì)組成。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明實施例所述第一種工藝方法的示意圖；其中圖IA為深槽加工步驟的示意圖；其中圖IB為深槽注入步驟的示意圖；其中圖IC為填充硅形成超級結(jié)步驟的示意圖。圖2是本發(fā)明實施例所述一次注入，注入雜質(zhì)在溝槽底和N+之間的示意圖。圖3是本發(fā)明實施例所述多次注入，注入后離子連續(xù)分布的示意圖。圖4是本發(fā)明實施例所述多次注入，注入后離子間斷分布的示意圖。圖5是本發(fā)明實施例所述溝槽填充是由P型硅與其他材料組合而成的示意圖。圖6是本發(fā)明實施例所述方法得到的器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中的標(biāo)號說明1.N+基片；2. N外延；3. P型注入雜質(zhì)；4. P型硅；5.柵氧；6.多晶柵；7. P阱；8. N+ 源；9.介質(zhì)膜；10.接觸孔；11. P+接觸注入；12.表面金屬；14.背面金屬。
具體實施例方式本發(fā)明所述方法第一種實施例的包括以下步驟步驟一、參見圖IA所示，在N+硅基板1上形成N-外延層2，N+的電阻率一般在 0.001-0. 003歐姆.厘米；外延層厚度和電阻率是.如照器件設(shè)計的要求來確定的，如對 BVDS600V的器件，其電阻率一般選取在2-10歐姆/厘米，厚度選取40-55微米；在所述 N-外延層2上生長一層氧化硅膜31 (該氧化硅膜可以做為溝槽刻蝕的掩膜，可以做為化學(xué)機械研磨時阻擋層)，通過溝槽光刻刻蝕得到溝槽的圖形(這里溝槽可以穿過N外延到N+ 基片，也可以停留在N外延中，.如器件設(shè)計的要求而定)；所述氧化硅膜31可以通過熱氧化得到，也可以通過化學(xué)氣象淀積(CVD)來實現(xiàn)； 溝槽刻蝕可以是利用氧化膜3做為掩膜，也可以利用光刻膠做為掩膜進(jìn)行刻蝕.刻蝕后的氧化膜厚度建議在1000埃以上.步驟二、參見圖1B，溝槽形成后，通過離子注入在溝槽底部附近注入P型雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度在1-10E15/CM3水平；步驟三，參見圖1C，在溝槽中淀積P型硅，或P型硅加介質(zhì)；或P型硅加不摻雜的硅填滿溝槽-層42;之后利用化學(xué)機械研磨或回刻將表面的硅除去，之后將表面的介質(zhì)膜去掉.這里的P型硅中的雜質(zhì)和離子注入的雜質(zhì)共同用于平衡相鄰的N型薄層中的N型雜質(zhì)，為了得到理想的器件特性，P型雜質(zhì)總量要與N型薄層中的N型雜質(zhì)總量。作為第一種實施例所述方式的變形步驟二中的離子注入不一定要與溝槽中的P型硅相連接；如果采用一次離子注入并且注入雜質(zhì)與溝槽中P型硅不相連接，就是圖2所示的情況。步驟二中的離子注入也可以是多次注入來實現(xiàn)，如采用不同能量的離子注入，如果多次注入后離子分布在垂直方向是連續(xù)分布的，就是圖3的情況，如果多次注入后離子分布在垂直方向是不連續(xù)的分布，即間斷的分布，就是圖4的情況。以上的離子注入在垂直方向的分布，可以與溝槽底連接也可以不連接，可以與N+ 襯底連接也可以不連接，只要有部分P型雜質(zhì)在溝槽底與N+之間分布就能對提高擊穿電壓有幫助。上面步驟三中溝槽的填充，可以是單晶的P型硅，也可以是多晶的P型硅或無定形的P型硅，還可以是以上P型硅的組合，或在以上P型硅之中再加入介質(zhì)膜；這里膜的結(jié)構(gòu)的選定，要考慮溝槽填充的時間，溝槽填充的無縫和極小的縫等的要求例如為了得到無縫的填充，可以在P型硅淀積后再淀積可以流動的BPSG，利用后面的熱過程來使BPSG流動將可能存在的縫填好。利用上述方法，再利用成熟的VDMOS (vertical double-diffusion metal-oxide-semiconductor縱向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體)加工工藝得到對應(yīng)的超級結(jié) NMOS器件單元結(jié)構(gòu)，包括位于N-外延層2上端的柵氧5和多晶硅電極6形成，P阱7，N+ 源8形成；包覆所述多晶硅電極6的層間介質(zhì)膜9，接觸孔10形成，P+接觸注入層11形成， 源金屬電極12形成和多晶電極形成(未圖示)；漏電極14(背面金屬)形成如圖6所示的結(jié)構(gòu)。上述的溝槽，可以是垂直(90度)，也可以是有一定傾斜度的，我們對一種傾斜的溝槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行器件模擬，比較沒有和有離子注入的情況下的擊穿電壓，結(jié)果如圖7 當(dāng)溝槽沒有接觸到N+襯底時(距離7-10微米)，加入一定的離子注入(這里B 100KEV, 5el2)，可以使溝槽到N+襯底間的N外延層更多的耗盡掉，并使沿溝槽垂直方向的電場分布更加均勻，兩方面的作用是擊穿電壓明顯提高。在實際器件制作中，多次注入可以.如先低能后高能的順序進(jìn)行，也可以反過來進(jìn)行，注入能量可以在0. 5KEV到1000KEV或更高/更低，要考慮離子注入機的能力而定；能夠注入的能量越高，依靠離子注入能得到的P型區(qū)就越大，溝槽就可以做的更淺從而減低溝槽工藝的難度；在注入能量不能做得很大時，哪怕只是在溝槽底部的附近增加一些P型雜質(zhì)，也可以將擊穿電壓有一定的提高；這里的P型注入雜質(zhì)可以是B，也可以是BF2或其他雜質(zhì)；注入劑量可以在 1E11-1E14，具體視器件的要求而定，一般建議與P型溝槽中填充的P型雜質(zhì)的體濃度在同
一數(shù)量級；本發(fā)明并不限于上文討論的實施方式。以上對具體實施方式
的描述旨在于為了描述和說明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案。基于本發(fā)明啟示的顯而易見的變換或替代也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。以上的具體實施方式
用來揭示本發(fā)明的最佳實施方法，以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠應(yīng)用本發(fā)明的多種實施方式以及多種替代方式來達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種溝槽型超級結(jié)器件的制作方法，其特征在于，包含以下步驟步驟一、在N型外延硅片上成長介質(zhì)膜，利用光刻/刻蝕形成溝槽；步驟二、利用離子注入將P型雜質(zhì)注入到溝槽底及其以下的部分；步驟三、在溝槽中填充P型硅或P型硅加介質(zhì)或P型硅加不摻雜的硅填滿溝槽；步驟四、利用回刻或化學(xué)機械研磨將表面的硅和介質(zhì)去除；得到一種交替的P型和N型結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的溝槽型超級結(jié)器件的制造方法，其特征在于所述步驟二中，含 P型雜質(zhì)的注入可以采用一次也可以采用多次注入。
3.如權(quán)利要求2所述的溝槽型超級結(jié)器件的制造方法，其特征在于所述步驟二的一次離子注入中，P型雜質(zhì)可以是注入在靠近溝槽底部的區(qū)域，也可以是在離開溝槽底的區(qū)域，只要有部分是在N外延層中即可。
4.如權(quán)利要求2所述的溝槽型超級結(jié)器件的制造方法，其特征在于中的所述步驟二的多次離子注入中，多次注入可以采用不同的能量，所形成的P型雜質(zhì)在溝槽方向的分布可以是連續(xù)的，也可以的間斷的。
5.如權(quán)利要求1所述的溝槽型超級結(jié)器件的制造方法，其特征在于在所述步驟三中， P型硅的生長溫度可以在650度到1200度；P型硅可以是單晶硅也可以是多晶硅，也可以是無定型硅；不摻雜硅的生長溫度可以在510度到650度；介質(zhì)膜可以是不摻雜的氧化硅或摻入硼、磷的氧化膜。
6.如權(quán)利要求1所述的溝槽型超級結(jié)器件的制造方法，其特征在于在所述步驟一中形成的溝槽可以是垂直的，也可以是傾斜的；所述步驟一中形成的溝槽底部可以是平坦的， 也可以是有彎曲弧度的。
7.如權(quán)利要求2所述的溝槽型超級結(jié)器件的制造方法，其特征在于所述步驟二中的離子注入，可以是在有一層犧牲氧化膜上進(jìn)行注入，也可以在沒有犧牲氧化膜的條件下注入；所述步驟二中的離子注入，可以是在全部在N外延中未與N+襯底接觸，也可以部分與 N+襯底接觸。
8.如權(quán)利要求2所述的溝槽型超級結(jié)器件的制造方法，其特征在于所述步驟二的一次離子注入，注入的能量可以在0. 5KEV-1000 KEV之間，注入劑量可以在1E11-1E14之間， 傾斜角可以在0-10度之間，可以注入B，也可以注入氟化硼B(yǎng)F2或其他P型雜質(zhì)。
9.如權(quán)利要求2所述的溝槽型超級結(jié)器件的制造方法，其特征在于所述步驟二中的多次離子注入，注入的能量可以在0. 5KEV-1000KEV之間，注入劑量可以在1E11-1E14之間， 傾斜角可以在0-10度之間，可以注入硼，也可以注入氟化硼B(yǎng)F2或其他P型雜質(zhì)，注入可以是先注入能量高的，最注入能量底的；也可以是先注入能量低的再注入能量高的。
10.如權(quán)利要求1所述的制造方法得到的溝槽型超級結(jié)器件，其特征在于，包括交替的P型和N型半導(dǎo)體薄層，P型層是由溝槽中填充的P型硅和溝槽以下部分的注入的P型雜質(zhì)組成；所述P型層是由溝槽中填充的P型硅和溝槽以下部分的注入的P型雜質(zhì)組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溝槽型超級結(jié)器件的制作方法及得到的器件，包含以下步驟步驟一、在N型外延硅片上成長介質(zhì)膜，利用光刻/刻蝕形成溝槽；步驟二、利用離子注入將P型雜質(zhì)注入到溝槽底及其以下的部分；步驟三、在溝槽中填充P型硅或P型硅加介質(zhì)或P型硅加不摻雜的硅填滿溝槽；步驟四、利用回刻或化學(xué)機械研磨將表面的硅和介質(zhì)去除；得到一種交替的P型和N型結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述P型薄層或P型柱是由離子注入形成的部分與溝槽中的部分相加而成，從而可以增加超級結(jié)高壓MOSFET的擊穿電壓，可以使用較淺的溝槽來得到需要的擊穿電壓；由于采用了較淺的溝槽，就使的溝槽刻蝕和溝槽填充的工藝難度都得到減低，并且可以進(jìn)一步減低工藝的成本。
文檔編號H01L21/265GK102299072SQ20101020874
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者王飛, 肖勝安, 錢文生 申請人:上海華虹Nec電子有限公司