一種改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件及其制造方法，該功率器件包括襯底、外延層、埋層、源區(qū)，源區(qū)與外延層之間的埋層為導(dǎo)電溝道區(qū)，在靠近導(dǎo)電溝道區(qū)的外延層內(nèi)形成有預(yù)擴(kuò)散區(qū)，該功率器件還包括柵介質(zhì)層、柵極、介質(zhì)層、正面金屬層、背面擴(kuò)散區(qū)和背面金屬層。本發(fā)明預(yù)擴(kuò)散區(qū)使埋層向外延層平緩擴(kuò)展，改善了溝道邊緣擴(kuò)散區(qū)域的形貌，優(yōu)化了器件在高溫高壓下的電場(chǎng)分布，從而降低器件在高溫高壓下的漏電水平，能夠大幅提高功率MOSFET、IGBT等功率器件的熱可靠性，適合高溫、大功率環(huán)境下工作的需要，并且制造過程與現(xiàn)有的功率器件工藝完全兼容，結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，提高了生產(chǎn)效率和成品率。
【專利說明】一種改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于基本電氣元件領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件的制備，特別涉及一種在柵氧化層做完之后注入一層淺層低濃度的擴(kuò)散區(qū)域來改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，功率MOSFET和IGBT的正面工藝主要包括如下步驟:以N型襯底上制備的器件為例進(jìn)行說明，在N型襯底上，先用光刻技術(shù)定義出有源區(qū)，然后生長柵氧化層，再注入N型雜質(zhì)改善器件J-FET效應(yīng)，然后沉積多晶硅，用光刻定義并刻蝕出圖形，并在沒有多晶硅和柵氧化層的區(qū)域注入P型離子并驅(qū)入形成P-擴(kuò)散區(qū)，在P-擴(kuò)散區(qū)分別用光刻定義并注入P型離子和N型離子形成P+區(qū)和N+區(qū)，然后在上面生長硼磷硅玻璃當(dāng)作正面柵極、漏極的隔離層，接著用光刻定義出接觸孔并刻蝕掉隔離層，淀積上AlSi層并用光刻定義出連接線及柵極、漏極金屬層，刻蝕金屬后再做最外面的表面鈍化層，最后光刻定義出封裝接觸孔。
[0003]在以上現(xiàn)有技術(shù)中，由于P-擴(kuò)散區(qū)域的表層有一層比襯底濃的N型區(qū)域，在P型擴(kuò)散的時(shí)候由于濃度問題導(dǎo)致表面的P型摻雜不容易橫向擴(kuò)散而造成P型區(qū)域的形貌不是很理想，從而導(dǎo)致器件在可靠性測(cè)試過程中容易造成表面漏電而失效?，F(xiàn)有的改善方法有增加P-BODY區(qū)的雜質(zhì)濃度使得PN結(jié)兩側(cè)的P型濃度大于N型濃度，從而改善P型的擴(kuò)散之后的形貌。還有一種提高熱可靠性的方法，在柵區(qū)和發(fā)射極之間設(shè)置的隔離層為氮化硅和摻磷氮化硅組成復(fù)合薄膜，這種方法雖然能夠提高器件的熱穩(wěn)定性，但是沒有從根本上解決器件表面附近擴(kuò)散區(qū)域形貌不理想、復(fù)合中心多、漏電大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，特別創(chuàng)新地提出了一種改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件及其制造方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件，包括襯底及其上形成的外延層，所述外延層的摻雜類型與所述襯底的摻雜類型相同；在所述外延層內(nèi)形成有埋層，所述埋層的上表面與外延層的上表面位于同一平面，所述埋層的摻雜類型與所述外延層的摻雜類型相反；在所述埋層內(nèi)形成有源區(qū)，所述源區(qū)的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述源區(qū)的摻雜類型與所述外延層的摻雜類型相同；在所述外延層內(nèi)形成有預(yù)擴(kuò)散區(qū)，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)與所述埋層連接，且所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)的摻雜類型與所述埋層的摻雜類型相同；在所述外延層的上表面上形成有柵介質(zhì)層和柵極，所述柵介質(zhì)層和柵極覆蓋在埋層及所述源區(qū)的一部分之上；在所述柵極和外延層之上形成有介質(zhì)層和正面金屬層；在所述襯底之下形成有背面擴(kuò)散區(qū)；以及在所述背面擴(kuò)散區(qū)之下形成有背面金屬層。[0006]本發(fā)明采用預(yù)擴(kuò)散區(qū)，使埋層向外延層平緩擴(kuò)展，本發(fā)明改善了溝道邊緣擴(kuò)散區(qū)域的形貌，特別是在N型外延層中制備P型導(dǎo)電溝道的情形，由于采用預(yù)擴(kuò)散區(qū)使溝道表面的P型載流子濃度提高，有利于擴(kuò)散區(qū)P型摻雜的擴(kuò)散，最終使得P型擴(kuò)散區(qū)的形貌向N型外延層平緩延伸，從而優(yōu)化了器件在高溫高壓下的電場(chǎng)分布，從而降低器件在高溫高壓下的漏電水平，能夠大幅提高功率M0SFET、IGBT等功率器件的熱可靠性。適合高溫、大功率環(huán)境下工作的需要。
[0007]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述埋層內(nèi)包括有與所述源區(qū)相連的導(dǎo)電溝道區(qū)和注入擴(kuò)散區(qū)，所述導(dǎo)電溝道區(qū)位于源區(qū)與所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)之間且導(dǎo)電溝道區(qū)的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述注入擴(kuò)散區(qū)位于源區(qū)的下方，所述導(dǎo)電溝道區(qū)與所述注入擴(kuò)散區(qū)的摻雜類型與所述埋層的摻雜類型相同。
[0008]在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述導(dǎo)電溝道區(qū)與所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)相連。
[0009]本發(fā)明的導(dǎo)電溝道區(qū)與預(yù)擴(kuò)散區(qū)相連，提高了導(dǎo)電溝道區(qū)邊緣的載流子濃度，降低了埋層內(nèi)摻雜粒子橫向擴(kuò)展的阻力，從而使埋層在形成過程中其內(nèi)的摻雜粒子能夠向外延層橫向平緩擴(kuò)展，改善了溝道邊緣擴(kuò)散區(qū)域的形貌，優(yōu)化了器件在高溫高壓下的電場(chǎng)分布，降低器件在高溫高壓下的漏電水平。
[0010]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述導(dǎo)電溝道區(qū)的深度小于所述注入擴(kuò)散區(qū)和源區(qū)的深度之和。
[0011]在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述導(dǎo)電溝道區(qū)為輕摻雜，所述注入擴(kuò)散區(qū)為
重?fù)诫s。
[0012]本發(fā)明通過控制導(dǎo)電溝道區(qū)的深度以及注入擴(kuò)散區(qū)和源區(qū)的深度之和，并通過將埋層進(jìn)行不均勻的摻雜，能夠降低器件的導(dǎo)通電阻，提高器件的耐壓水平。
[0013]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)沿外延層深度方向的寬度逐漸變小。
[0014]在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)沿外延層深度的剖面為鍥形。
[0015]本發(fā)明在外延層的上表面處，該預(yù)擴(kuò)散區(qū)較寬，隨著向外延層內(nèi)部深入，預(yù)擴(kuò)散區(qū)的寬度逐漸變小，從而使預(yù)擴(kuò)散區(qū)越靠近外延層表面的載流子濃度越高，越靠近外延層表面，埋層內(nèi)摻雜粒子的橫向擴(kuò)展阻力降低越明顯。
[0016]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)的深度為0-5000A，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)的濃度為E10-E13。
[0017]在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述介質(zhì)層由二氧化硅和硼磷硅玻璃形成。
[0018]本發(fā)明介質(zhì)層能夠提高器件的工作可靠性，適合高溫、大功率環(huán)境下的需要。
[0019]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件的制造方法，其包括如下步驟:
[0020]S1:提供襯底并在所述襯底上形成外延層，所述外延層的摻雜類型與所述襯底的摻雜類型相同；
[0021]S2:在所述外延層之上形成柵介質(zhì)層和柵極；
[0022]S3:所述外延層內(nèi)形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)和埋層，所述埋層的摻雜類型與所述外延層的摻雜類型相反，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)的摻雜類型與所述埋層的摻雜類型相同，其中，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)位于所述外延層和所述埋層之間且位于柵介質(zhì)層之下，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述埋層的上表面與外延層的上表面位于同一平面；
[0023]S4:在所述埋層內(nèi)形成有源區(qū)，所述源區(qū)的摻雜類型與所述外延層的摻雜類型相同，其中，所述源區(qū)的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面；
[0024]S5:在所述柵極和源區(qū)之上形成介質(zhì)層，并在所述介質(zhì)層之上形成正面金屬層，所述正面金屬層通過所述接觸孔與所述源區(qū)相連；
[0025]S6:在所述襯底之下形成背面擴(kuò)散區(qū)，所述背面擴(kuò)散區(qū)為重?fù)诫s；
[0026]S7:在所述背面擴(kuò)散區(qū)之下形成有背面金屬層。
[0027]本發(fā)明的制造方法通過預(yù)擴(kuò)散區(qū)使得制作的器件具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，能夠大幅提高M(jìn)OSFET、IGBT等功率器件的熱可靠性，并且制造過程與現(xiàn)有的功率器件工藝完全兼容，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便等顯著特點(diǎn)，提高了生產(chǎn)效率和成品率。
[0028]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)所述埋層包括導(dǎo)電溝道區(qū)和注入擴(kuò)散區(qū)時(shí)，所述步驟S51具體包括以下步驟:
[0029]在所述外延層內(nèi)形成埋層的區(qū)域全部進(jìn)行輕摻雜；
[0030]在所述埋層的注入擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行重?fù)诫s。
[0031]本發(fā)明通過將埋層進(jìn)行不均勻的摻雜，能夠降低器件的導(dǎo)通電阻，提高器件的耐壓水平。
[0032]在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述步驟S3具體包括以下步驟:
[0033]S31:在柵介質(zhì)層之下的外延層內(nèi)形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)；
[0034]S51:在外延層內(nèi)形成埋層。
[0035]在本發(fā)明的再一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述步驟S3具體包括以下步驟:
[0036]S51:在外延層內(nèi)形成埋層；
[0037]S31:在柵介質(zhì)層之下的外延層內(nèi)形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)。
[0038]本發(fā)明可以在埋層之前形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)，也可以在埋層之后形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)，提高了制備過程的靈活性。
[0039]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0041]圖1是本發(fā)明改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件的一種優(yōu)選實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖2-圖8是圖1中所示改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件的工藝步驟示意圖。附圖標(biāo)記:
[0043]I襯底；2外延層；3預(yù)擴(kuò)散區(qū)；4導(dǎo)電溝道區(qū)；5注入擴(kuò)散區(qū)；6源區(qū)；7柵介質(zhì)層；8柵極；9 二氧化硅層；10硼磷硅玻璃層；11正面金屬層；12背面擴(kuò)散區(qū)；13背面金屬層。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0045]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所
示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0046]在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0047]圖1是本發(fā)明改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件的一種優(yōu)選實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中僅僅是示意的給出了各區(qū)域的尺寸，具體的尺寸可以根據(jù)器件參數(shù)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。從圖中可見，該改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件包括襯底1，該襯底I可以是制備功率MOSFET或IGBT的任何襯底材料，具體可以是但不限于SO1、硅、鍺、砷化鎵，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用硅，該襯底I為輕摻雜，其摻雜類型為N型，在該襯底I上形成有外延層2，該外延層2的摻雜類型與襯底I的摻雜類型相同，該外延層2的摻雜類型為N型。在外延層2內(nèi)形成有埋層，埋層的摻雜類型與外延層2的摻雜類型相反，即該埋層為P型摻雜，該埋層包括導(dǎo)電溝道區(qū)4和注入擴(kuò)散區(qū)5，外延層2相對(duì)于埋層部分地暴露。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，該埋層為均勻摻雜，在本發(fā)明的另外一種優(yōu)選實(shí)施方式中，該埋層為非均勻摻雜，埋層的導(dǎo)電溝道區(qū)4為輕摻雜，注入擴(kuò)散區(qū)5為重?fù)诫s。在埋層內(nèi)形成有源區(qū)6，源區(qū)6的摻雜類型與外延層2的摻雜類型相同，即該源區(qū)6暴露于外延層2的上表面，該源區(qū)6為重?fù)诫s，源區(qū)6的摻雜類型與外延層2的摻雜類型相同，即源區(qū)6的摻雜類型與埋層的摻雜類型相反，在本實(shí)施方式中，該源區(qū)6的摻雜類型為N型，源區(qū)6與外延層2之間的埋層為導(dǎo)電溝道區(qū)4。
[0048]具體地，在外延層2內(nèi)形成有預(yù)擴(kuò)散區(qū)3，該預(yù)擴(kuò)散區(qū)3與埋層連接，且預(yù)擴(kuò)散區(qū)3的上表面與外延層2的上表面位于同一平面，該預(yù)擴(kuò)散區(qū)3的摻雜類型與埋層的摻雜類型相同，即預(yù)擴(kuò)散區(qū)3的摻雜類型與外延層2的摻雜類型相反，具體的，該預(yù)擴(kuò)散區(qū)3為P型摻雜，其從外延層2的上表面深入到外延層2內(nèi)部，其厚度為0-5000A，其濃度為E10-E13。需要說明的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，預(yù)擴(kuò)散區(qū)3可先于埋層形成，也可晚于埋層形成。
[0049]具體地，導(dǎo)電溝道區(qū)4和注入擴(kuò)散區(qū)5形成在外延層2與源區(qū)6之間，且注入擴(kuò)散區(qū)5位于源區(qū)6之下。那么，該預(yù)擴(kuò)散區(qū)3位于與導(dǎo)電溝道區(qū)4相連的外延層2內(nèi)，該預(yù)擴(kuò)散區(qū)3可以與導(dǎo)電溝道區(qū)4相連，也可以與導(dǎo)電溝道區(qū)4不相連。如圖1所示，所述導(dǎo)電溝道區(qū)4的深度小于所述注入擴(kuò)散區(qū)5和源區(qū)6的深度之和。
[0050]由于越靠近埋層的表面，摻雜粒子的橫向擴(kuò)展阻力越大，在本實(shí)施方式中，預(yù)擴(kuò)散區(qū)3沿外延層2深度方向的寬度逐漸變小，即在外延層2的上表面處，該預(yù)擴(kuò)散區(qū)3較寬，隨著向外延層2內(nèi)部深入，預(yù)擴(kuò)散區(qū)3的寬度逐漸變窄，優(yōu)選情況下，預(yù)擴(kuò)散區(qū)3沿外延層深度方向的剖面為鍥形。由于在外延層2的上表面處，該預(yù)擴(kuò)散區(qū)3較寬，隨著向外延層內(nèi)部深入，預(yù)擴(kuò)散區(qū)3的寬度逐漸變窄，從而使預(yù)擴(kuò)散區(qū)3越靠近外延層2表面的載流子濃度越高，埋層內(nèi)摻雜粒子的橫向擴(kuò)展阻力降低越明顯。通過采用與埋層摻雜類型相同的預(yù)擴(kuò)散區(qū)3，提高了導(dǎo)電溝道區(qū)邊緣的載流子濃度，降低了埋層內(nèi)摻雜粒子橫向擴(kuò)展的阻力，從而使埋層在形成過程中其內(nèi)的摻雜粒子能夠向外延層橫向平緩擴(kuò)展，改善了溝道邊緣擴(kuò)散區(qū)域的形貌，優(yōu)化了器件在高溫高壓下的電場(chǎng)分布，降低器件在高溫高壓下的漏電水平。在外延層2內(nèi)還可以形成有隔離區(qū)，用于功率器件之間的隔離，該隔離區(qū)與預(yù)擴(kuò)散區(qū)3分別位于埋層的兩側(cè)，其可以與埋層相連，也可以與埋層不相連。該隔離區(qū)可以為場(chǎng)氧區(qū)或深槽隔離區(qū)，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用場(chǎng)氧區(qū)進(jìn)行隔離。
[0051]在本實(shí)施方式中，在埋層及源區(qū)6的一部分之上形成有柵介質(zhì)層7，在本發(fā)明另外的優(yōu)選實(shí)施方式中，在導(dǎo)電溝道區(qū)4及其之間的外延層2和源區(qū)6的一部分之上形成有柵介質(zhì)層7，在本發(fā)明另外的優(yōu)選實(shí)施方式中，也可以只在導(dǎo)電溝道區(qū)4之上形成柵介質(zhì)層7，在該柵介質(zhì)7之上形成有柵極8，在柵極8之上以及未被柵極8和柵介質(zhì)層7覆蓋的外延層2之上覆蓋有一層介質(zhì)層，該介質(zhì)層上具有貫通至源區(qū)的接觸孔，在該接觸孔內(nèi)填充有正面金屬層11，該正面金屬層11通過接觸孔與源區(qū)6相連。柵介質(zhì)層7可以是制備晶體管中使用的任何柵介質(zhì)材料，可以為但不限于高K介質(zhì)、二氧化硅，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用二氧化硅。柵極8可以為但不限于多晶硅柵極或金屬柵極，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用多晶硅柵極。介質(zhì)層可以為但不限于硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物、硼磷硅玻璃，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選米用一層二氧化娃層9和一層硼磷娃玻璃層10共同形成。在襯底I之下形成有背面擴(kuò)散區(qū)12，背面擴(kuò)散區(qū)12為重?fù)诫s，摻雜類型可以與襯底I的摻雜類型相同，也可以與襯底I的摻雜類型相反，當(dāng)背面擴(kuò)散區(qū)12的摻雜類型與襯底I的摻雜類型相同，即為N型摻雜時(shí)，為MOSFET器件；當(dāng)背面擴(kuò)散區(qū)12的摻雜類型與襯底I的摻雜類型相反，即為P型摻雜時(shí)，為I GBT器件，在背面擴(kuò)散區(qū)12之下形成有背面金屬層13，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，該背面金屬層13包括三層金屬，依次為鈦、鎳、金或者鈦、鎳、銀。
[0052]本發(fā)明還提出了一種改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件的制造方法，圖2-圖8是圖1中所示改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件的工藝步驟示意圖，所述方法包括如下步驟:
[0053]Sll:提供襯底I并在襯底I上形成外延層2，該外延層2與襯底I的摻雜類型相同；
[0054]S21:在外延層2之上形成柵介質(zhì)層7 ；
[0055]S31:在柵介質(zhì)層7之下的外延層2內(nèi)形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)3，該預(yù)擴(kuò)散區(qū)3與襯底I的摻雜類型相反；
[0056]S41:在柵介質(zhì)層7之上形成柵極8 ；
[0057]S51:在外延層2內(nèi)形成埋層，埋層的摻雜類型與外延層2的摻雜類型相反，即埋層的摻雜類型與預(yù)擴(kuò)散區(qū)3的摻雜類型相同，埋層包括導(dǎo)電溝道區(qū)4和注入擴(kuò)散區(qū)5，其中，預(yù)擴(kuò)散區(qū)3位于外延層2和埋層之間，外延層相對(duì)于埋層部分地暴露。
[0058]S61:在埋層內(nèi)形成有源區(qū)6，該源區(qū)6為重?fù)诫s，其摻雜類型的摻雜類型與外延層2的摻雜類型相同，其中，導(dǎo)電溝道區(qū)4和注入擴(kuò)散區(qū)5形成在外延層2與源區(qū)6之間，且注入擴(kuò)散區(qū)5位于源區(qū)6之下。
[0059]S71:在柵極8和源區(qū)6之上形成介質(zhì)層，介質(zhì)層上具有貫通至源區(qū)6的接觸孔；
[0060]S81:在介質(zhì)層之上形成正面金屬層11，該正面金屬層11通過接觸孔與源區(qū)6相連；
[0061]S91:在襯底I之下形成背面擴(kuò)散區(qū)12，該背面擴(kuò)散區(qū)12為重?fù)诫s；[0062]SlOl:在背面擴(kuò)散區(qū)12之下形成有背面金屬層13。
[0063]在步驟Sll中:如圖2所示，提供襯底I，該襯底I可以是制備功率MOSFET或IGBT的任何襯底材料，具體可以是但不限于SO1、硅、鍺、砷化鎵，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用硅，該襯底I為輕摻雜，在該襯底I上形成有外延層2，該外延層2與襯底I的摻雜類型相同，即可以均為N型，形成該外延層2的方法可以為但不限于化學(xué)氣相淀積，在外延層2內(nèi)還可以形成有隔離區(qū)，該隔離區(qū)可以為場(chǎng)氧區(qū)或深槽隔離區(qū)，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用場(chǎng)氧區(qū)進(jìn)行隔離。
[0064]在步驟S21中:如圖3所示，在外延層I之上形成柵介質(zhì)層7，該柵介質(zhì)層7可以是制備晶體管中使用的任何柵介質(zhì)材料，可以為但不限于高K介質(zhì)，二氧化硅，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用二氧化硅，形成柵介質(zhì)層的具體方法可以為但不限于化學(xué)氣相淀積。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，也可在該步驟中形成柵極8，或者，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可在步驟S4中形成。
[0065]在步驟S31中，如圖4所示，在柵介質(zhì)層7之下的外延層2內(nèi)形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)3，該預(yù)擴(kuò)散區(qū)3的摻雜類型與外延層2的摻雜類型相反，即該預(yù)擴(kuò)散區(qū)3為P型摻雜，且預(yù)擴(kuò)散區(qū)3的上表面與外延層2的上表面位于同一平面，其從外延層2的上表面深入到外延層內(nèi)部，其深度為0-5000A，其濃度為E10-E13，形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)的具體方法為光刻，在掩膜掩蔽的情況下進(jìn)行離子注入，并擴(kuò)散，退火的方法。
[0066]在步驟S41中，如圖5所示，在柵介質(zhì)層7之上形成柵極8，該柵極8可以為但不限于多晶硅柵極或金屬柵極，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用多晶硅柵極，形成柵極的具體方法可以為但不限于化學(xué)氣相淀積。
[0067]在步驟S51中，如圖6所示，在外延層2內(nèi)形成埋層，該埋層與預(yù)擴(kuò)散區(qū)3相連，該預(yù)擴(kuò)散區(qū)3的摻雜類型與埋層的摻雜類型相同，埋層為P型摻雜，該埋層包括導(dǎo)電溝道區(qū)4和注入擴(kuò)散區(qū)5，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，該埋層為均勻摻雜，在本發(fā)明的另外一種優(yōu)選實(shí)施方式中，該埋層為非均勻摻雜，埋層的導(dǎo)電溝道區(qū)4為輕摻雜，注入擴(kuò)散區(qū)5為重?fù)诫s，形成該非均勻摻雜的埋層的步驟為:首先，在外延層內(nèi)形成埋層的區(qū)域全部進(jìn)行輕摻雜，摻雜類型為P型；然后，在埋層的注入擴(kuò)散區(qū)5進(jìn)行重?fù)诫s，摻雜類型為P型。形成埋層的方法具體為光刻，在掩膜掩蔽的情況下進(jìn)行離子注入，并擴(kuò)散，退火的方法。
[0068]在步驟S61中，如圖7所示，在埋層內(nèi)形成有源區(qū)6，該源區(qū)6暴露于外延層2的上表面，該源區(qū)6為重?fù)诫s，其摻雜類型為N型，形成源區(qū)6的具體方法為光刻，在掩膜掩蔽的情況下進(jìn)行離子注入，并擴(kuò)散，退火的方法。
[0069]在步驟S71中，如圖8所示，在柵極8以及未被柵極8和柵介質(zhì)層7覆蓋的外延層2之上形成介質(zhì)層，該介質(zhì)層上具有貫通至源區(qū)的接觸孔，該介質(zhì)層可以為但不限于硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物、硼磷硅玻璃，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選采用二氧化硅層9和硼磷硅玻璃層10。在步驟S81中，在介質(zhì)層之上形成正面金屬層11，該正面金屬層11通過接觸孔與源區(qū)6相連。在本實(shí)施方式中，在正面金屬層11之上還可以形成鈍化層，該鈍化層的材料具體可以為但不限于二氧化硅。
[0070]在步驟S91和步驟SlOl中，在襯底I之下形成背面擴(kuò)散區(qū)12，該背面擴(kuò)散區(qū)12為重?fù)诫s，其摻雜類型可以與襯底I的摻雜類型相同，也可以與襯底I的摻雜類型相反，當(dāng)背面擴(kuò)散區(qū)12的摻雜類型與襯底I的摻雜類型相同時(shí)，為MOSFET器件，當(dāng)背面擴(kuò)散區(qū)12的摻雜類型與襯底I的摻雜類型相反時(shí)，為I GBT器件，形成背面擴(kuò)散區(qū)的具體方法為光刻，在掩膜掩蔽的情況下進(jìn)行離子注入，并擴(kuò)散，退火的方法。在背面擴(kuò)散區(qū)12之下形成有背面金屬層1，該背面金屬層13包括三層金屬，依次為鈦、鎳、金或者鈦、鎳、銀。當(dāng)進(jìn)行完第八步后，即得到圖1所示的器件結(jié)構(gòu)。
[0071]在本實(shí)施方式中，步驟S21和步驟S41可以在步驟S61和步驟S71之間進(jìn)行，即可以先在外延層2內(nèi)形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)3，該預(yù)擴(kuò)散區(qū)3的摻雜類型與襯底I的摻雜類型相反，即為P型；然后在外延層2內(nèi)形成埋層，該埋層與預(yù)擴(kuò)散區(qū)3相連，埋層的摻雜類型與襯底的摻雜類型相反，即為P型；隨后在埋層內(nèi)形成有源區(qū)6，該源區(qū)6為重?fù)诫s，其摻雜類型與襯底I的摻雜類型相同，即為N型；再后，在外延層2之上形成柵介質(zhì)層7，在柵介質(zhì)層7之上形成柵極8。
[0072]在本發(fā)明另外的優(yōu)選實(shí)施方式中，也可以將步驟S41移到步驟S31之前，即形成柵介質(zhì)層7和柵極8后，再形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)3。
[0073]在本發(fā)明另外的優(yōu)選實(shí)施方式中，還可以步驟S31和步驟S51之間進(jìn)行互換，即先在外延層2中形成埋層，之后在外延層2內(nèi)形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)3。
[0074]根據(jù)本發(fā)明的制造方法，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的IGBT的制備方法為:首先，在輕摻雜的η型硅襯底I上通過外延生長法形成η型外延層2，本實(shí)施方式中，以在η型襯底上制作動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器單元為例，對(duì)于P型襯底上制備的器件，按照相反的摻雜類型摻雜即可。然后，在η型外延層上按照預(yù)定的器件結(jié)構(gòu)利用化學(xué)氣相淀積法淀積二氧化硅作為柵介質(zhì)層7，隨后利用化學(xué)氣相淀積法淀積η型雜質(zhì)摻雜的多晶娃，通過光刻和蝕刻工藝形成器件的柵極8 ;隨后，在η型外延層上光刻、注入P型雜質(zhì)，并經(jīng)高溫?zé)崽幚頂U(kuò)散形成P-型薄層，即預(yù)擴(kuò)散層3，在本實(shí)施方式中，注入源可以采用Bll或BF2，注入劑量在Ε12量級(jí)，輸入能量為10?50Kev ;再后，依次采用離子注入方法從柵極的兩側(cè)分別注入P-及根據(jù)預(yù)定結(jié)構(gòu)注入P+，并經(jīng)高溫?zé)崽幚硇纬蒔-導(dǎo)電溝道區(qū)4和P+注入擴(kuò)散區(qū)5 ;然后，注入N+雜質(zhì)，形成源區(qū)6 ;在功率器件的表面淀積介質(zhì)層，包括二氧化硅層9和硼磷硅玻璃層10，并按照預(yù)定結(jié)構(gòu)光刻、刻蝕出金屬接觸孔，隨后，在功率器件的表面淀積金屬層，并按照預(yù)定結(jié)構(gòu)光刻并刻蝕形成正面金屬層11 ;然后，將器件背面減薄，在掩膜掩蔽的情況下進(jìn)行離子注入P型雜質(zhì)，并擴(kuò)散，退火，形成背面擴(kuò)散區(qū)12 ;最后，在背面擴(kuò)散區(qū)12之下淀積鈦、鎳、金形成有背面金屬層13。本實(shí)施方式通過采用P型預(yù)擴(kuò)散區(qū)3，使溝道表面的P型摻雜濃度提高，比較有利與P-埋層的橫向擴(kuò)散，最終使得P-埋層向η型外延層橫向延伸，改善了擴(kuò)散形貌。
[0075]在本發(fā)明的制造方法中，通過擴(kuò)散區(qū)使得制作的器件具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定
[0076]性，能夠大幅提高M(jìn)OSFET、IGBT等功率器件的熱可靠性，并且制造過程與現(xiàn)有的功率器件工藝完全兼容，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便等顯著特點(diǎn)，提高了生產(chǎn)效率和成品率。
[0077]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0078]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件，其特征在于，包括: 襯底及其上形成的外延層，所述外延層的摻雜類型與所述襯底的摻雜類型相同； 在所述外延層內(nèi)形成有埋層，所述埋層的上表面與外延層的上表面位于同一平面，所述埋層的摻雜類型與所述外延層的摻雜類型相反； 在所述埋層內(nèi)形成有源區(qū)，所述源區(qū)的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述源區(qū)的摻雜類型與所述外延層的摻雜類型相同； 在所述外延層內(nèi)形成有預(yù)擴(kuò)散區(qū)，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)與所述埋層連接，且所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)的摻雜類型與所述埋層的摻雜類型相同； 在所述外延層的上表面上形成有柵介質(zhì)層和柵極，所述柵介質(zhì)層和柵極覆蓋在埋層及所述源區(qū)的一部分之上； 在所述柵極和外延層之上形成有介質(zhì)層和正面金屬層； 在所述襯底之下形成有背面擴(kuò)散區(qū)；以及 在所述背面擴(kuò)散區(qū)之下形成有背面金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件，其特征在于，所述埋層內(nèi)包括有與所述源區(qū)相連的導(dǎo)電溝道區(qū)和注入擴(kuò)散區(qū)，所述導(dǎo)電溝道區(qū)位于源區(qū)與所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)之間且導(dǎo)電溝道區(qū)的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述注入擴(kuò)散區(qū)位于源區(qū)的下方，所述導(dǎo)電溝道區(qū)與所述注入擴(kuò)散區(qū)的摻雜類型與所述埋層的摻雜類型相同。
3.如權(quán)利要求2所述的改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件，其特征在于，所述導(dǎo)電溝道區(qū)與所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)相連。
4.如權(quán)利要求2所述的改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件，其特征在于，所述導(dǎo)電溝道區(qū)的深度小于所述注入擴(kuò)散區(qū)和源區(qū)的深度之和。
5.如權(quán)利要求2所述的改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件，其特征在于，所述導(dǎo)電溝道區(qū)為輕摻雜，所述注入擴(kuò)散區(qū)為重?fù)诫s。
6.如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件，其特征在于，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)沿外延層深度方向的寬度逐漸變小。
7.如權(quán)利要求6所述的改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件，其特征在于，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)沿外延層深度的剖面為鍥形。
8.如權(quán)利要求6所述的改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件，其特征在于，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)的深度為0-5000A，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)的濃度為E10-E13。
9.如權(quán)利要求1所述的改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件，其特征在于，所述介質(zhì)層包括二氧化硅層和硼磷硅玻璃層。
10.一種改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: S1:提供襯底并在所述襯底上形成外延層，所述外延層的摻雜類型與所述襯底的摻雜類型相同； S2:在所述外延層之上形成柵介質(zhì)層和柵極； S3:所述外延層內(nèi)形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)和埋層，所述埋層的摻雜類型與所述外延層的摻雜類型相反，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)的摻雜類型與所 述埋層的摻雜類型相同，其中，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)位于所述外延層和所述埋層之間且位于柵介質(zhì)層之下，所述預(yù)擴(kuò)散區(qū)的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面，所述埋層的上表面與外延層的上表面位于同一平面； S4:在所述埋層內(nèi)形成有源區(qū)，所述源區(qū)的摻雜類型與所述外延層的摻雜類型相同，其中，所述源區(qū)的上表面與所述外延層的上表面位于同一平面； S5:在所述柵極和源區(qū)之上形成介質(zhì)層，并在所述介質(zhì)層之上形成正面金屬層，所述正面金屬層通過所述接觸孔與所述源區(qū)相連； 56:在所述襯底之下形成背面擴(kuò)散區(qū)，所述背面擴(kuò)散區(qū)為重?fù)诫s； 57:在所述背面擴(kuò)散區(qū)之下形成有背面金屬層。
11.如權(quán)利要求10所述的改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件的制造方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下步驟: S31:在柵介質(zhì)層之下的外延層內(nèi)形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)； S51:在外延層內(nèi)形成埋層。
12.如權(quán)利要求10所述的改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件的制造方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下步驟: S51:在外延層內(nèi)形成埋層； S31:在柵介質(zhì)層之下的外延層內(nèi)形成預(yù)擴(kuò)散區(qū)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的改善擴(kuò)散區(qū)域形貌的功率器件的制造方法，其特征在于，當(dāng)所述埋層包括導(dǎo)電溝道區(qū)和注入擴(kuò)散區(qū)時(shí)，所述步驟S51具體包括以下步驟: 在所述外延層內(nèi)形成埋層的區(qū)域全部進(jìn)行輕摻雜； 在所述埋層的注入擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行重?fù)诫s。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103811545SQ201210438533
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月6日
【發(fā)明者】樂雙申, 徐旭東, 李旺勤 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司