本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種超結(jié)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

超結(jié)(Super-Junction)晶體管以為獨(dú)特的N/P交互結(jié)構(gòu)，使得在同樣的擊穿電壓下只需要更薄的外延層(EPI)，以及更高的EPI摻雜，從而大大降低了減小了器件的比導(dǎo)通電阻(Rsp)，以及提高品質(zhì)因數(shù)(figure of merit—FOM)值。

如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，通常使用多次外延+注入+退火的方式形成超結(jié)結(jié)構(gòu)(Super-Junction)。但是此方法造成局部P型柱102的濃度過(guò)高，所以會(huì)造成器件提前擊穿。同時(shí)因?yàn)樾枰嘶鹪斐闪擞行У腘型柱101的濃度和面積都降低，很難進(jìn)一步減小Rsp。

如圖2～圖6所示，為了進(jìn)一步提高超結(jié)結(jié)構(gòu)(Super-junction)的性能，現(xiàn)有的改進(jìn)工藝是通過(guò)一次性刻蝕深槽(如圖2～圖3所示)，并填充P型外延來(lái)形成溝槽型的Super-Junction的結(jié)構(gòu)(Trench-SJ)(如圖4～圖5所示)，最后制作超結(jié)結(jié)構(gòu)的正面器件結(jié)構(gòu)(如圖6所示)。這樣不再需要進(jìn)行額外的退火，從而可以實(shí)現(xiàn)更低的Rsp。但是此方法需要刻蝕很深的溝槽(trench)，并需要保持溝槽(trench)寬度基本一致。之后需要填充P型外延以形成P柱，并且不能形成過(guò)多缺陷，而這些都對(duì)制造工藝提出了很高的要求，一般很難實(shí)現(xiàn)。特別是需要進(jìn)一步同時(shí)縮小元胞尺寸來(lái)到達(dá)更小的比導(dǎo)通電阻(Rsp)，一般制造工藝只能望而卻步。

基于以上所述，提供一種能夠同時(shí)縮小元胞尺寸且能獲得更小的比導(dǎo)通電阻的超結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法實(shí)屬必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種超結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中超結(jié)結(jié)構(gòu)制備工藝復(fù)雜，元胞尺寸較大且比導(dǎo)通電阻較大的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實(shí)用新型提供一種超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法，包括步驟：步驟1)，提供第一導(dǎo)電類型襯底，于所述第一導(dǎo)電類型襯底表面形成初始外延層；步驟2)采用離子注入工藝于所述初始外延層中注入第一導(dǎo)電類型注入層，于所述初始外延層表面形成帶注入窗口的阻擋層，基于注入窗口采用離子注入工藝于所述初始外延層中形成間隔的第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)；步驟3)，去除所述阻擋層，于所述第一導(dǎo)電類型外延層表面形成第一外延層；步驟4)，采用離子注入工藝于所述第一外延層中注入第一導(dǎo)電類型注入層，于所述第一外延層表面形成帶注入窗口的阻擋層，基于注入窗口采用離子注入工藝于所述第一外延層中形成間隔的第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)；步驟5)，重復(fù)進(jìn)行步驟3)～步驟4)，形成多個(gè)具有第一導(dǎo)電類型注入層及第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)的外延層疊層結(jié)構(gòu)；步驟6)，進(jìn)行熱擴(kuò)散處理，使第一導(dǎo)電類型注入層擴(kuò)散貫通，并使垂直方向?qū)?zhǔn)的各第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)擴(kuò)散連接貫通形成第二導(dǎo)電類型柱，各第二導(dǎo)電類型柱之間間隔出第一導(dǎo)電類型柱，形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟1)中，所述初始外延層采用多次外延及多次離子注入的方法制備。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述初始外延層的電阻率為不小于1Ohm-cm，或者所述初始外延層的電阻率為不小于50Ohm-cm。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)中，采用離子注入工藝于所述第二外延層中注入第一導(dǎo)電類型注入層的注入能量為不小于50kev。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)中，采用離子注入工藝于所述初始外延層中形成間隔的第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)的注入能量為不小于80Kev，使得所述第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)的中心分布位置在第一導(dǎo)電類型注入層中心分布以下。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)中，先形成所述第一導(dǎo)電類型注入層，然后形成所述第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)；或者先形成所述第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)，然后形成所述第一導(dǎo)電類型注入層。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述第一外延層的電阻率為不小于10Ohm-cm。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述第二導(dǎo)電類型柱與所述第一導(dǎo)電類型襯底之間具有間距。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型，或者所述第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，還包括步驟7)，于超結(jié)結(jié)構(gòu)表面形成外延頂層，所述外延頂層的電阻率為不小于5Ohm-cm，厚度為不大于5μm。

優(yōu)選地，還包括步驟8)，于所述外延頂層表面制作正面器件結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述正面器件結(jié)構(gòu)包括MOS器件結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型還提供一種超結(jié)結(jié)構(gòu)，包括：第一導(dǎo)電類型襯底；第一導(dǎo)電類型外延層，形成于所述第一導(dǎo)電類型襯底表面，且由多個(gè)第一外延層堆疊而成；第二導(dǎo)電類型柱，由間隔形成于各第一外延層中的多個(gè)第二導(dǎo)電類型單元連貫而成，各第二導(dǎo)電類型柱之間間隔出第一導(dǎo)電類型柱，形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一導(dǎo)電類型外延層還包括初始外延層形成于第一導(dǎo)電類型襯底及第一外延層之間，其電阻率為不小于1Ohm-cm，或者為不小于50Ohm-cm。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一外延層的電阻率為不小于10Ohm-cm。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第二導(dǎo)電類型柱與所述第一導(dǎo)電類型襯底之間具有間距。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型，或者所述第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型。

作為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，還包括位于所述超結(jié)結(jié)構(gòu)表面的外延頂層，所述外延頂層的電阻率為不小于5Ohm-cm，厚度為不大于5μm。

優(yōu)選地，所述外延頂層中制備有MOS器件結(jié)構(gòu)。

如上所述，本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法，具有以下有益效果：本實(shí)用新型通過(guò)簡(jiǎn)單的工藝步驟實(shí)現(xiàn)了超結(jié)結(jié)構(gòu)，大大降低了工藝難度，同時(shí)保證器件很好的特性；傳統(tǒng)溝槽型的超結(jié)結(jié)構(gòu)(trench-SJ)需要非常好的機(jī)臺(tái)刻蝕超過(guò)深約40um，寬僅幾微米的溝槽，同時(shí)需要保持溝槽側(cè)壁保持很大的角度，在填充外延(EPI)時(shí)需要填滿具有很大深寬比的溝槽。而本實(shí)用新型利用多層外延生長(zhǎng)技術(shù)，通過(guò)降低外延摻雜濃度，并通雜質(zhì)注入方式可輕易控制超結(jié)結(jié)構(gòu)的電荷平衡，提高擊穿電壓，同時(shí)分段還可以局部改變電荷量，為設(shè)計(jì)者提供更多優(yōu)化器件特性的方法。本實(shí)用新型大大降低了超結(jié)結(jié)構(gòu)工藝對(duì)外延生長(zhǎng)工藝的要求，可實(shí)現(xiàn)更大的工藝窗口。

附圖說(shuō)明

圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的使用多次外延+注入+退火的方式形成的超結(jié)結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2～圖6顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的溝槽型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制作方法中各步驟所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7～圖15顯示為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法各步驟所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖16顯示為本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)的雜質(zhì)分布曲線示意圖。

元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明

201 第一導(dǎo)電類型襯底

202 初始外延層

203 第一導(dǎo)電類型注入層

204 第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)

205 第一外延層

206 第二導(dǎo)電類型柱

207 第一導(dǎo)電類型柱

208 MOS器件結(jié)構(gòu)

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本實(shí)用新型還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本實(shí)用新型的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請(qǐng)參閱圖7～圖16。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本實(shí)用新型的基本構(gòu)想，遂圖示中僅顯示與本實(shí)用新型中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實(shí)施例1

如圖7～圖16所示，本實(shí)施例提供一種超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法，包括步驟：

如圖7所示，首先進(jìn)行步驟1)，提供第一導(dǎo)電類型襯底201，于所述第一導(dǎo)電類型襯底201表面形成初始外延層202。

作為示例，步驟1)中，所述初始外延層202采用多次外延及多次離子注入的方法制備。即將所述初始外延層202分為多次外延制備，且每次外延后都對(duì)每一層外延層進(jìn)行離子注入，最后退火擴(kuò)散形成所述初始外延層202。所述初始外延層202的電阻率為不小于1Ohm-cm，或者所述初始外延層202的電阻率為不小于50Ohm-cm，其電阻率的選擇根據(jù)不同的工藝需求進(jìn)行確定。另外，所述初始外延層202的厚度為不小于后續(xù)生長(zhǎng)的第一外延層205的厚度。所述初始外延層202可以作為第一導(dǎo)電類型襯底201及后續(xù)第一外延層205的緩沖層，提高后續(xù)第一外延層205的生長(zhǎng)質(zhì)量。

如圖8～圖9所示，然后進(jìn)行步驟2)采用離子注入工藝于所述初始外延層202中注入第一導(dǎo)電類型注入層203，于所述初始外延層202表面形成帶注入窗口的阻擋層，基于注入窗口采用離子注入工藝于所述初始外延層202中形成間隔的第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)204。

作為示例，步驟2)中，采用離子注入工藝于所述第二外延層中注入第一導(dǎo)電類型注入層203的注入能量為不小于50kev。

作為示例，步驟2)中，采用離子注入工藝于所述初始外延層202中形成間隔的第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)204的注入能量為不小于80Kev，使得所述第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)204的中心分布位置在第一導(dǎo)電類型注入層203中心分布以下。

其中，需要說(shuō)明的是，步驟2)中，可以先形成所述第一導(dǎo)電類型注入層203(此處不需要掩膜)，然后形成所述第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)204；或者可以先形成所述第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)204，去除所述阻擋層后，然后形成所述第一導(dǎo)電類型注入層203。

如圖10～圖11所示，接著進(jìn)行步驟3)，去除所述阻擋層，于所述第一導(dǎo)電類型外延層表面形成第一外延層205。

作為示例，所述第一外延層205的電阻率為不小于10Ohm-cm。

如圖12所示，接著進(jìn)行步驟4)，采用離子注入工藝于所述第一外延層205中注入第一導(dǎo)電類型注入層203，于所述第一外延層205表面形成帶注入窗口的阻擋層，基于注入窗口采用離子注入工藝于所述第一外延層205中形成間隔的第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)204。

需要說(shuō)明的是，采用離子注入工藝于所述第一外延層205中注入第一導(dǎo)電類型注入層203的過(guò)程和于所述第一外延層205表面形成帶注入窗口的阻擋層，基于注入窗口采用離子注入工藝于所述第一外延層205中形成間隔的第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)204的步驟在實(shí)際執(zhí)行的過(guò)程中可以互換，即可以先于所述第一外延層205表面形成帶注入窗口的阻擋層，基于注入窗口采用離子注入工藝于所述第一外延層205中形成間隔的第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)204，去除所述阻擋層后，然后于采用離子注入工藝于所述第一外延層205中注入第一導(dǎo)電類型注入層203。

如圖13所示，接著進(jìn)行步驟5)，重復(fù)進(jìn)行步驟3)～步驟4)，形成多個(gè)具有第一導(dǎo)電類型注入層203及第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)204的外延層疊層結(jié)構(gòu)。

其中，步驟3)～步驟4)的重復(fù)次數(shù)可以為1～10次，在本實(shí)施例中，步驟3)～步驟4)的重復(fù)次數(shù)為3次。

本實(shí)用新型通過(guò)降低外延時(shí)第一外延層205中的摻雜濃度(初始摻雜濃度)，而通過(guò)后續(xù)的注入第一導(dǎo)電類型注入層203來(lái)調(diào)節(jié)其最終的摻雜濃度，即采用注入第一導(dǎo)電類型注入層的方式最終控制超結(jié)結(jié)構(gòu)中的電荷平衡，并且，通過(guò)離子注入及退火的方式形成超結(jié)結(jié)構(gòu)的柱體，這種注入方式可以阻止P型的橫向擴(kuò)散，為實(shí)現(xiàn)更小的元胞尺寸設(shè)計(jì)提供了可能。

如圖14所示，接著進(jìn)行步驟6)，進(jìn)行熱擴(kuò)散處理，使第一導(dǎo)電類型注入層203擴(kuò)散貫通，并使垂直方向?qū)?zhǔn)的各第二導(dǎo)電類型注入?yún)^(qū)204擴(kuò)散連接貫通形成第二導(dǎo)電類型柱206，各第二導(dǎo)電類型柱206之間間隔出第一導(dǎo)電類型柱207，形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。

作為示例，所述第二導(dǎo)電類型柱206與所述第一導(dǎo)電類型襯底201之間具有間距。

在本實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型。其中，N型的注入離子可以選擇為磷(Phosphorus)，P型的注入離子可以選擇為硼(Boron)。

如圖15所示，接著進(jìn)行步驟7)，于超結(jié)結(jié)構(gòu)表面形成外延頂層，所述外延頂層的電阻率為不小于5Ohm-cm，厚度為不大于5μm。

需要說(shuō)明的是，該步驟可以在步驟5)執(zhí)行后進(jìn)行，并不限定于此處所列舉的步驟順序。

如圖15所示，最后進(jìn)行步驟8)，于所述外延頂層表面制作正面器件結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述正面器件結(jié)構(gòu)包括MOS器件結(jié)構(gòu)208。

本實(shí)用新型形成超結(jié)結(jié)構(gòu)的濃度分布如圖16所示，其中，濃度分布曲線是延Y1，Y2方向，由圖16可以看出，N/P雜質(zhì)濃度具有同步高低起伏。

本實(shí)用新型通過(guò)簡(jiǎn)單的工藝步驟實(shí)現(xiàn)了超結(jié)結(jié)構(gòu)，大大降低了工藝難度，同時(shí)保證器件很好的特性；傳統(tǒng)溝槽型的超結(jié)結(jié)構(gòu)(trench-SJ)需要非常好的機(jī)臺(tái)刻蝕超過(guò)深約40um，寬僅幾微米的溝槽，同時(shí)需要保持溝槽側(cè)壁保持很大的角度，在填充外延(EPI)時(shí)需要填滿具有很大深寬比的溝槽。而本實(shí)用新型利用多層外延生長(zhǎng)技術(shù)，通過(guò)降低外延摻雜濃度，通雜質(zhì)注入方式可輕易控制超結(jié)結(jié)構(gòu)的電荷平衡，提高擊穿電壓，同時(shí)分段還可以局部改變電荷量，為設(shè)計(jì)者提供更多優(yōu)化器件特性的方法。本實(shí)用新型大大降低了超結(jié)結(jié)構(gòu)工藝對(duì)外延生長(zhǎng)工藝的要求，可實(shí)現(xiàn)更大的工藝窗口。

如圖14～圖15所示，本實(shí)施例還提供一種超結(jié)結(jié)構(gòu)，包括：第一導(dǎo)電類型襯底201；第一導(dǎo)電類型外延層，形成于所述第一導(dǎo)電類型襯底201表面，且由多個(gè)第一外延層205堆疊而成；第二導(dǎo)電類型柱206，由間隔形成于各第一外延層205中的多個(gè)第二導(dǎo)電類型單元連貫而成，各第二導(dǎo)電類型柱206之間間隔出第一導(dǎo)電類型柱207，形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。

作為示例，所述第一導(dǎo)電類型外延層還包括初始外延層202形成于第一導(dǎo)電類型襯底201及第一外延層205之間，其電阻率為不小于1Ohm-cm，或者為不小于50Ohm-cm。

作為示例，所述第一外延層205的電阻率為不小于10Ohm-cm。

作為示例，所述第二導(dǎo)電類型柱206與所述第一導(dǎo)電類型襯底201之間具有間距。

作為示例，所述第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型

作為示例，如圖15所示，還包括位于所述超結(jié)結(jié)構(gòu)表面的外延頂層，所述外延頂層的電阻率為不小于5Ohm-cm，厚度為不大于5μm。另外，所述外延頂層中制備有MOS器件結(jié)構(gòu)208。

實(shí)施例2

如圖7～圖15所示，本實(shí)施例提供一種超結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法，其基本步驟如實(shí)施例1，其中，與實(shí)施例1的不同之處在于，所述第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型。

如圖14～圖15所示，本實(shí)施例還提供一種所述超結(jié)結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1，其中，與實(shí)施例1的不同之處在于，所述第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型。

如上所述，本實(shí)用新型的超結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法，具有以下有益效果：本實(shí)用新型通過(guò)簡(jiǎn)單的工藝步驟實(shí)現(xiàn)了超結(jié)結(jié)構(gòu)，大大降低了工藝難度，同時(shí)保證器件很好的特性；傳統(tǒng)溝槽型的超結(jié)結(jié)構(gòu)(trench-SJ)需要非常好的機(jī)臺(tái)刻蝕超過(guò)深約40um，寬僅幾微米的溝槽，同時(shí)需要保持溝槽側(cè)壁保持很大的角度，在填充外延(EPI)時(shí)需要填滿具有很大深寬比的溝槽。而本實(shí)用新型利用多層外延生長(zhǎng)技術(shù)，通過(guò)降低外延摻雜濃度，通雜質(zhì)注入方式可輕易控制超結(jié)結(jié)構(gòu)的電荷平衡，提高擊穿電壓，同時(shí)分段還可以局部改變電荷量，為設(shè)計(jì)者提供更多優(yōu)化器件特性的方法。本實(shí)用新型大大降低了超結(jié)結(jié)構(gòu)工藝對(duì)外延生長(zhǎng)工藝的要求，可實(shí)現(xiàn)更大的工藝窗口。

所以，本實(shí)用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本實(shí)用新型的原理及其功效，而非用于限制本實(shí)用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實(shí)用新型的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本實(shí)用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實(shí)用新型的權(quán)利要求所涵蓋。