本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造方法，特別是涉及一種超級(jí)結(jié)器件的制造方法。

背景技術(shù)：

功率器件耐壓的原理是將器件的漂移區(qū)(driftregion)低摻雜，使器件在高電壓時(shí)能產(chǎn)生大面積的耗盡區(qū)來(lái)達(dá)到耐壓的效果。因?yàn)榇怪毙推骷邆漭^厚的漂移區(qū)，因此在高壓應(yīng)用中，垂直型器件是較佳的選擇。

超級(jí)結(jié)(superjunction)器件同時(shí)結(jié)合了vdmos在開關(guān)時(shí)低損耗以及igbt在導(dǎo)通狀態(tài)低損耗的優(yōu)點(diǎn)，以優(yōu)異的性能得到了廣泛應(yīng)用。

超級(jí)結(jié)器件中的超級(jí)結(jié)是由交替排列的p型柱和n型柱組成，通常采用在n型外延層如n型硅外延層中形成超級(jí)結(jié)溝槽，之后在超級(jí)結(jié)溝槽中填充p型外延層如p型硅外延層實(shí)現(xiàn)。

如圖1所示，是超級(jí)結(jié)器件的理想結(jié)構(gòu)示意圖；在n型半導(dǎo)體襯底101的表面形成有n型外延層102，在n型外延層102中形成有超級(jí)結(jié)溝槽，在超級(jí)結(jié)溝槽中填充有p型外延層103a，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，p型外延層103a為采用外延工藝形成的單晶結(jié)構(gòu)；由填充于超級(jí)結(jié)溝槽中的p型外延層103a組成p型柱103a，圖1中僅顯示了一個(gè)p型柱103a，實(shí)際上，一個(gè)超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)會(huì)包括多個(gè)間隔排列的p型柱103a，由p型柱103a之間的n型外延層102組成n型柱102。在p型柱103a的表面形成有p型體區(qū)104，在p型體區(qū)104的表面形成有平面柵結(jié)構(gòu)，平面柵結(jié)構(gòu)包括依次疊加的柵介質(zhì)層如柵氧化層105和多晶硅柵106；柵極結(jié)構(gòu)也能采用溝槽柵結(jié)構(gòu)，對(duì)溝槽柵結(jié)構(gòu)不再做詳細(xì)說(shuō)明。多晶硅柵106還延伸到n型柱102的表面，在p型體區(qū)104的表面形成有由n+區(qū)組成的源區(qū)107，源區(qū)107和多晶硅柵106的一側(cè)自對(duì)準(zhǔn)。對(duì)n型半導(dǎo)體襯底101減薄并重?fù)诫s后形成漏區(qū)，在漏區(qū)的背面形成有由背面金屬層109組成的漏極109。在正面形成有正面金屬層108，并由正面金屬層引出源極和柵極，柵極通過(guò)接觸孔和多晶硅柵106連接，源極通過(guò)接觸孔和源區(qū)107和p型體區(qū)104同時(shí)連接。

圖1所示的結(jié)構(gòu)為理想結(jié)構(gòu)，理想結(jié)構(gòu)主要是認(rèn)為超級(jí)結(jié)溝槽是完全垂直的結(jié)構(gòu)，截面呈一個(gè)矩形結(jié)構(gòu)，這使得p型柱103a的各縱向位置處的寬度一致，從而使得p型柱103a和n型柱102之間在縱向的任何位置處都能實(shí)現(xiàn)很好的電荷平衡。

但是，實(shí)際上由于溝槽刻蝕工藝的限制，不可能得到側(cè)面完全垂直的超級(jí)結(jié)溝槽，超級(jí)結(jié)溝槽的側(cè)面是傾斜的，如圖2所示，是現(xiàn)有超級(jí)結(jié)器件的實(shí)際結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示結(jié)構(gòu)和圖1所示結(jié)構(gòu)的區(qū)別為超級(jí)結(jié)溝槽的截面呈上寬下窄的倒梯形，這使得圖2中所示的p型柱103b也為倒梯形結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，p型柱103b是采用p型外延工藝一次形成，故p型柱103b的各縱向位置處的摻雜濃度一致，但是由于底部的p型柱103b的寬度會(huì)變窄，故底部的p型柱103b的摻雜總量會(huì)小于頂部的p型柱103b的摻雜總量；同樣，n型柱102的各縱向位置處的摻雜總量也不同。由于p型柱103b和鄰接的n型柱102之間的電荷平衡是p型摻雜總量和n型摻雜總量的平衡，p型柱103b在各縱向位置的摻雜總量不同，會(huì)使p型柱103b和n型柱102之間不能實(shí)現(xiàn)很好的電荷匹配，所以不能實(shí)現(xiàn)耗盡區(qū)最大化，即不能實(shí)現(xiàn)最高擊穿電壓。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種超級(jí)結(jié)器件的制造方法，能提高p型柱和n型柱之間的電荷匹配度，從而提高器件的擊穿電壓。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的超級(jí)結(jié)器件的制造方法包括如下步驟：

步驟一、提供一n型半導(dǎo)體外延層，采用光刻定義并進(jìn)行刻蝕在所述n型半導(dǎo)體外延層中形成多個(gè)周期排列的超級(jí)結(jié)溝槽；由刻蝕工藝的限制，所述超級(jí)結(jié)溝槽的側(cè)面偏離于理想的垂直結(jié)構(gòu)而具有小于90度的傾角并使所述超級(jí)結(jié)溝槽的沿寬度方向上的截面結(jié)構(gòu)呈上寬下窄的倒梯形。

步驟二、對(duì)所述超級(jí)結(jié)溝槽進(jìn)行填充形成p型柱，填充采用淀積多層非摻雜多晶硅實(shí)現(xiàn)，各層所述非摻雜多晶硅形成于所述超級(jí)結(jié)溝槽的底部表面上、側(cè)面上以及延伸到所述超級(jí)結(jié)溝槽外的表面上。

在每一層非摻雜多晶硅淀積完成之后進(jìn)行一次p型離子注入使對(duì)應(yīng)的非摻雜多晶硅轉(zhuǎn)換為p型摻雜多晶硅，且由下往上各層所述p型摻雜多晶硅對(duì)應(yīng)的p型離子注入劑量逐步減少，由各層所述p型摻雜多晶硅組成所述p型柱；由各所述p型柱之間的所述n型半導(dǎo)體外延層組成n型柱，所述p型柱和所述n型柱交替排列組成超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)。

步驟三、進(jìn)行熱推進(jìn)使各層所述p型摻雜多晶硅的p型雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散，利用多晶硅具有良好的雜質(zhì)擴(kuò)散性使熱推進(jìn)后所述p型柱體內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻的濃度梯度分布且濃度梯度分布為自下而上逐步降低，以此彌補(bǔ)倒梯形的所述p型柱的寬度自下而上逐步增加對(duì)所述p型柱的各位置的摻雜量的影響，使所述p型柱和所述n型柱在各縱向位置處的摻雜量匹配。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述n型半導(dǎo)體外延層形成于n型半導(dǎo)體襯底表面。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述n型半導(dǎo)體襯底為n型硅襯底，所述n型半導(dǎo)體外延層為n型硅外延層。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，各層所述p型摻雜多晶硅對(duì)應(yīng)的p型離子注入的工藝參數(shù)為：注入雜質(zhì)為硼，注入能量為100kev～800kev，注入劑量為1e12cm^-2～1e16cm^-2。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二中對(duì)所述超級(jí)結(jié)溝槽填充完成后以及在步驟三的所述熱推進(jìn)之前還包括去除所述超級(jí)結(jié)溝槽外的表面上方的多晶硅的步驟。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，在步驟三之后還包括步驟：

步驟四、采用光刻定義以及p型離子注入工藝形成p型體區(qū)，所述p型體區(qū)位于所述p型柱的頂部表面并延伸到兩側(cè)的所述n型柱表面中。

步驟五、形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化層和多晶硅柵，所述多晶硅柵覆蓋所述p型體區(qū)且被所述多晶硅覆蓋的所述p型體區(qū)表面用于形成溝道。

步驟六、進(jìn)行n型重?fù)诫s離子注入形成源區(qū)。

步驟七、形成正面金屬層并對(duì)所述正面金屬層進(jìn)行圖形化引出源極和柵極。

步驟八、在所述n型半導(dǎo)體外延層的背面形成有n型重?fù)诫s區(qū)組成的漏區(qū)。

步驟九、形成背面金屬層并由所述背面金屬層引出漏極。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟五中所述柵極結(jié)構(gòu)為平面柵結(jié)構(gòu)，所述柵氧化層和所述多晶硅柵疊加于所述p型體區(qū)表面并延伸到所述n型柱表面。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟五中所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵結(jié)構(gòu)，包括形成于所述n型柱頂部的柵極溝槽，所述柵氧化層形成于所述柵極溝槽的側(cè)面和底部表面，所述多晶硅柵填充于所述柵極溝槽中，所述多晶硅柵從側(cè)面覆蓋所述p型體區(qū)。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，在步驟一的光刻工藝之前還包括在所述n型半導(dǎo)體外延層表面形成硬質(zhì)掩模層的步驟，光刻工藝定義出所述超級(jí)結(jié)溝槽的形成區(qū)域之后，首先通過(guò)刻蝕工藝將所述超級(jí)結(jié)溝槽的形成區(qū)域的所述硬質(zhì)掩模層去除，之后以所述硬質(zhì)掩模層為掩模對(duì)所述n型半導(dǎo)體外延層進(jìn)行刻蝕形成所述超級(jí)結(jié)溝槽。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，在步驟三完成所述熱推進(jìn)之后去除所述硬質(zhì)掩模層。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述硬質(zhì)掩模層為氧化膜或氮化膜。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二中淀積的各層所述非摻雜多晶硅的厚度為0.2μm～2μm。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二中淀積的第一層所述非摻雜多晶硅的厚度為0.5μm～2μm。

本發(fā)明在超級(jí)結(jié)溝槽刻蝕完成之后，結(jié)合刻蝕工藝對(duì)形成超級(jí)結(jié)溝槽的限制作用而使超級(jí)結(jié)構(gòu)溝槽的側(cè)面為傾斜結(jié)構(gòu)且截面呈倒梯形的特點(diǎn)，本發(fā)明對(duì)超級(jí)結(jié)構(gòu)溝槽填充工藝做了特別設(shè)計(jì)，本發(fā)明采用多次非摻雜多晶硅淀積及多次p型離子注入來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)結(jié)溝槽的填充，每次p型離子注入的注入劑量設(shè)定為從下往上各層多晶硅對(duì)應(yīng)的注入劑量逐步遞減，并利用p型雜質(zhì)在多晶硅中容易熱推進(jìn)擴(kuò)散的特點(diǎn)，在熱推進(jìn)后形成體內(nèi)具有均勻的自下而上逐步降低的濃度梯度分布的p型柱，這種縱向濃度逐漸變化的p型柱結(jié)合截面為倒梯形的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)p型柱和n型柱在各縱向位置處的摻雜量匹配，所以能提高p型柱和n型柱之間的電荷匹配度，從而提高器件的擊穿電壓。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明：

圖1是超級(jí)結(jié)器件的理想結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是現(xiàn)有超級(jí)結(jié)器件的實(shí)際結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例超級(jí)結(jié)器件的制造方法的流程圖；

圖4a-圖4e是本發(fā)明實(shí)施例方法中進(jìn)行超級(jí)結(jié)溝槽填充時(shí)各分步驟中的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5a-圖5d是本發(fā)明實(shí)施例方法中超級(jí)結(jié)溝槽填充后各步驟中的器件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖3所示，是本發(fā)明實(shí)施例超級(jí)結(jié)器件的制造方法的流程圖；圖4a至圖4e是本發(fā)明實(shí)施例方法中進(jìn)行超級(jí)結(jié)溝槽填充時(shí)各分步驟中的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖5a至圖5d是本發(fā)明實(shí)施例方法中超級(jí)結(jié)溝槽填充后各步驟中的器件結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施例超級(jí)結(jié)器件的制造方法包括如下步驟：

步驟一、如圖4a所示，提供一n型半導(dǎo)體外延層102，采用光刻定義并進(jìn)行刻蝕在所述n型半導(dǎo)體外延層102中形成多個(gè)周期排列的超級(jí)結(jié)溝槽；由刻蝕工藝的限制，所述超級(jí)結(jié)溝槽的側(cè)面偏離于理想的垂直結(jié)構(gòu)而具有小于90度的傾角并使所述超級(jí)結(jié)溝槽的沿寬度方向上的截面結(jié)構(gòu)呈上寬下窄的倒梯形。

所述n型半導(dǎo)體外延層102形成于n型半導(dǎo)體襯底101表面。本發(fā)明實(shí)施例中，所述n型半導(dǎo)體襯底101為n型硅襯底，所述n型半導(dǎo)體外延層102為n型硅外延層。

本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟一的光刻工藝之前還包括在所述n型半導(dǎo)體外延層102表面形成硬質(zhì)掩模層201的步驟，光刻工藝定義出所述超級(jí)結(jié)溝槽的形成區(qū)域之后，首先通過(guò)刻蝕工藝將所述超級(jí)結(jié)溝槽的形成區(qū)域的所述硬質(zhì)掩模層201去除，之后以所述硬質(zhì)掩模層201為掩模對(duì)所述n型半導(dǎo)體外延層102進(jìn)行刻蝕形成所述超級(jí)結(jié)溝槽。本發(fā)明實(shí)施例中，所述硬質(zhì)掩模層201為氧化膜；在其它實(shí)施例中也能為：所述硬質(zhì)掩模層201為氮化膜或氧化膜和氮化膜的疊層。

步驟二、對(duì)所述超級(jí)結(jié)溝槽進(jìn)行填充形成p型柱103b，填充采用淀積多層非摻雜多晶硅實(shí)現(xiàn)，各層所述非摻雜多晶硅形成于所述超級(jí)結(jié)溝槽的底部表面上、側(cè)面上以及延伸到所述超級(jí)結(jié)溝槽外的表面上。

在每一層非摻雜多晶硅淀積完成之后進(jìn)行一次p型離子注入使對(duì)應(yīng)的非摻雜多晶硅轉(zhuǎn)換為p型摻雜多晶硅，且由下往上各層所述p型摻雜多晶硅對(duì)應(yīng)的p型離子注入劑量逐步減少，由各層所述p型摻雜多晶硅組成所述p型柱103b；由各所述p型柱103b之間的所述n型半導(dǎo)體外延層102組成n型柱，所述p型柱103b和所述n型柱交替排列組成超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)以圖4a至圖4d所示的3次多晶硅淀積及3次p型離子注入來(lái)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的步驟二中對(duì)超級(jí)結(jié)溝槽的填充工藝：

如圖4a所示，先填充第一層非摻雜多晶硅1031，之后進(jìn)行p型離子注入202a，經(jīng)過(guò)p型離子注入202a之后的第一層非摻雜多晶硅1031轉(zhuǎn)換為第一層p型摻雜多晶硅1031。p型離子注入202a的工藝參數(shù)為：注入雜質(zhì)為硼，注入能量為100kev～800kev，注入劑量為1e12cm^-2～1e16cm^-2。第一層所述非摻雜多晶硅1031的厚度為0.5μm～2μm。

如圖4b所示，填充第二層非摻雜多晶硅1032，之后進(jìn)行p型離子注入202b，經(jīng)過(guò)p型離子注入202b之后的第二層非摻雜多晶硅1032轉(zhuǎn)換為第二層p型摻雜多晶硅1032。在p型離子注入202b的注入劑量小于p型離子注入202a的條件下，p型離子注入202b的工藝參數(shù)為：注入雜質(zhì)為硼，注入能量為100kev～800kev，注入劑量為1e12cm^-2～1e16cm^-2。第二層非摻雜多晶硅1032的厚度為0.2μm～2μm。

如圖4c所示，填充第三層非摻雜多晶硅1033，之后進(jìn)行p型離子注入202c，經(jīng)過(guò)p型離子注入202c之后的第三層非摻雜多晶硅1033轉(zhuǎn)換為第三層p型摻雜多晶硅1033。在p型離子注入202c的注入劑量小于p型離子注入202b的條件下，p型離子注入202c的工藝參數(shù)為：注入雜質(zhì)為硼，注入能量為100kev～800kev，注入劑量為1e12cm^-2～1e16cm^-2。第三層非摻雜多晶硅1033的厚度為0.2μm～2μm。

如圖4d所示，由于三層多晶硅還會(huì)延伸到超級(jí)結(jié)溝槽外，故本發(fā)明實(shí)施例中還采用了刻蝕工藝去除超級(jí)結(jié)溝槽外的多晶硅1031、1032和1033，之后去除所述硬質(zhì)掩模層201。

步驟三、進(jìn)行熱推進(jìn)使各層所述p型摻雜多晶硅的p型雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散，接續(xù)上面對(duì)圖4d的說(shuō)明，如圖4e所示，多晶硅1031、1032和1033在經(jīng)過(guò)熱推進(jìn)后形成了所述p型柱103b。利用多晶硅具有良好的雜質(zhì)擴(kuò)散性使熱推進(jìn)后所述p型柱103b體內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻的濃度梯度分布且濃度梯度分布為自下而上逐步降低，以此彌補(bǔ)倒梯形的所述p型柱103b的寬度自下而上逐步增加對(duì)所述p型柱103b的各位置的摻雜量的影響，使所述p型柱103b和所述n型柱在各縱向位置處的摻雜量匹配。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，在步驟三之后還包括步驟：

步驟四、如圖5a所示，采用光刻定義以及p型離子注入工藝形成p型體區(qū)104，所述p型體區(qū)104位于所述p型柱103b的頂部表面并延伸到兩側(cè)的所述n型柱表面中。

步驟五、如圖5b所示，形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化層105和多晶硅柵106，所述多晶硅柵106覆蓋所述p型體區(qū)104且被所述多晶硅覆蓋的所述p型體區(qū)104表面用于形成溝道。

本發(fā)明實(shí)施例中，步驟五中所述柵極結(jié)構(gòu)為平面柵結(jié)構(gòu)，所述柵氧化層105和所述多晶硅柵106疊加于所述p型體區(qū)104表面并延伸到所述n型柱表面。

在其它實(shí)施例中也能為：中所述柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵結(jié)構(gòu)，包括形成于所述n型柱頂部的柵極溝槽，所述柵氧化層105形成于所述柵極溝槽的側(cè)面和底部表面，所述多晶硅柵106填充于所述柵極溝槽中，所述多晶硅柵106從側(cè)面覆蓋所述p型體區(qū)104。

步驟六、如圖5c所示，進(jìn)行n型重?fù)诫s離子注入形成源區(qū)107。之后還包括形成穿過(guò)所述源區(qū)107的p+摻雜的體區(qū)引出區(qū)。

步驟七、如圖5d所示，形成正面金屬層108并對(duì)所述正面金屬層108進(jìn)行圖形化引出源極和柵極。柵極通過(guò)接觸孔和多晶硅柵106連接，源極通過(guò)接觸孔和源區(qū)107和p型體區(qū)104同時(shí)連接。

步驟八、如圖5d所示，在所述n型半導(dǎo)體外延層102的背面形成有n型重?fù)诫s區(qū)組成的漏區(qū)。本發(fā)明實(shí)施例中，n型半導(dǎo)體襯底101為n型重?fù)诫s，之間對(duì)n型半導(dǎo)體襯底101背面減薄形成漏區(qū)，在其它實(shí)施例中也能為在對(duì)n型半導(dǎo)體襯底101背面減薄后進(jìn)行背面n+注入形成漏區(qū)。

步驟九、如圖5d所示，形成背面金屬層109并由所述背面金屬層109引出漏極。

本發(fā)明實(shí)施例方法能形成體內(nèi)具有均勻的自下而上逐步降低的濃度梯度分布的p型柱103b，這種縱向濃度逐漸變化的p型柱103b結(jié)合截面為倒梯形的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)p型柱103b和n型柱102在各縱向位置處的摻雜量匹配，所以能提高p型柱103b和n型柱102之間的電荷匹配度，從而提高器件的擊穿電壓，經(jīng)仿真可以得到本發(fā)明實(shí)施例方法得到的超級(jí)結(jié)器件的擊穿電壓達(dá)667v。

以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)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(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。