一種半導(dǎo)體器件的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，具體涉及半導(dǎo)體圖像傳感器，尤其涉及一種全隔離背照式圖像傳感器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]VDMOSFET (VerticalDouble-diffusedMOSFET，垂直雙擴(kuò)散 MOS 晶體管)可以采用減薄漏端漂移區(qū)的厚度來減小導(dǎo)通電阻，然而，減薄漏端漂移區(qū)的厚度就會降低器件的擊穿電壓，因此在VDMOS中，提高器件的擊穿電壓與減小器件的導(dǎo)通電阻是一對矛盾。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型和N型半導(dǎo)體薄層，在較低電壓下反向電壓下將P型N型區(qū)耗盡，實(shí)現(xiàn)電荷相互補(bǔ)償，從而使P型N型區(qū)在高摻雜濃度下能實(shí)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。
[0003]超級結(jié)MOSFET的難點(diǎn)是器件結(jié)構(gòu)形成困難，主要是交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層結(jié)構(gòu)的形成。一般的形成方法是:在N型硅外延層(即圖1中的第一半導(dǎo)體層22)上形成深溝槽，再用P型硅外延層(即圖1中的第二半導(dǎo)體層23)填充深溝槽，現(xiàn)有器件的結(jié)構(gòu)見圖1。由于牽涉到厚外延生長、深溝槽刻蝕、溝槽填充等,成本較高。如何降低生長成本一直是業(yè)界研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供提出一種半導(dǎo)體器件的形成方法，可以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括如下步驟:
[0006]I)在半導(dǎo)體硅襯底一側(cè)刻蝕深溝槽；
[0007]2)對溝槽底部進(jìn)行注入和推阱；
[0008]3)在溝槽內(nèi)部填充硅外延層并平坦化；然后形成基區(qū)、源區(qū)、柵極、介質(zhì)層和正面金屬電極；
[0009]4)對半導(dǎo)體硅襯底另一側(cè)進(jìn)行減薄，并對另一側(cè)進(jìn)行離子注入、激光退火、背面金屬電極形成。
[0010]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟I)中，所述深溝槽深度為10-80 μ m，寬度為1-10 μ m，深溝槽間距為2-15 μ m,且預(yù)先測的半導(dǎo)體硅襯底的摻雜濃度，使得深溝槽的深度與半導(dǎo)體硅襯底的摻雜濃度成正對應(yīng)關(guān)系。
[0011]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟I)中，所述半導(dǎo)體硅襯底是N型或P型，摻雜濃度為lE13-lE17cm_3。
[0012]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟I)中，所述刻蝕深溝槽之前增加如下步驟:在半導(dǎo)體娃襯底上生長介質(zhì)層，該介質(zhì)層為氧化娃、氮化娃、氮氧化娃中的至少一種，厚度為0.1 μ m-2 μ m。
[0013]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟2)中，所述注入載流子類型與半導(dǎo)體硅襯底的摻雜類型相同，注入劑量為lEll-lE14atom/cm2，注入能量為10-100Kev。
[0014]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟2)中，在注入之前增加如下步驟:先在深溝槽側(cè)壁和底部生長一層介質(zhì)膜，該介質(zhì)膜為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的至少一種，再用各項(xiàng)異性刻蝕方法把深溝槽底部的介質(zhì)膜去除。
[0015]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟2)中，所述推阱具體為:對注入到溝槽底部的離子進(jìn)行高溫擴(kuò)散，使其擴(kuò)散到溝槽底部以下5-40 μ m,且注入擴(kuò)散層在溝槽底部形成一個連續(xù)不間斷的注入摻雜層。
[0016]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟3)中，所述在溝槽內(nèi)部填充硅外延層分兩步進(jìn)行??第一步，在深溝槽底部填充與半導(dǎo)體硅襯底具有相同摻雜類型的硅外延；第二步，繼續(xù)在溝槽內(nèi)填充與半導(dǎo)體硅襯底摻雜類型相反的硅外延，直至完全填充溝槽，并且，預(yù)先測的硅襯底的摻雜濃度，使得第二步填入溝槽的硅外延層的摻雜濃度與半導(dǎo)體硅襯底的摻雜濃度成正對應(yīng)關(guān)系。
[0017]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟4)中，所述半導(dǎo)體硅襯底減薄后的厚度為30-200 μ m，且預(yù)先測的硅襯底的摻雜濃度，使減薄后硅片的厚度與硅襯底的摻雜濃度成正對應(yīng)關(guān)系。
[0018]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟4)中，所述離子注入的種類為B、P、As、Sb中的至少一種，注入能量為10-1000Kev，注入劑量為lE13-lE17atoms/cm2。
[0019]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟4)中，所述激光退火的能量為1.0-3.0J/cm2，光斑長度為l-3mm,光斑寬度為0.3-1.5mm ;激光退火后在半導(dǎo)體娃襯底背面形成一層高摻雜注入層，與后續(xù)的金屬電極形成歐姆接觸。
[0020]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟4)中，所述背面金屬電極形成采用蒸發(fā)或?yàn)R射的方法在半導(dǎo)體硅襯底背面形成金屬層作為第一電極，金屬的種類為T1、N1、Ag、Au、Al中的至少一種，厚度為0.1-2 μ m。
[0021]所謂正對應(yīng)關(guān)系是指變量A增大時，變量B也增大；負(fù)對應(yīng)關(guān)系是指變量A增大時，變量B減小。
[0022]如上述制造方法的超級結(jié)器件，硅襯底的摻雜濃度Cn在一定范圍內(nèi)波動時，器件的擊穿電壓BV和導(dǎo)通電阻Ron通過硅外延的摻雜濃度Cp (使超級結(jié)P柱和N柱的載流子量相等)、溝槽深度d和減薄后的硅片厚度t的調(diào)整而保持不變，因?yàn)?
[0023]BV 00 d/Cn Ron 00 t/Cn
[0024]另外在溝槽底部注入載流子并進(jìn)行推進(jìn)，降低器件的導(dǎo)通電阻Ron。注入及推阱的深度在溝槽底部以下5-40微米的深度。
[0025]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明通過對硅外延摻雜濃度、溝槽深度和硅片厚度的調(diào)整，使半導(dǎo)體器件的擊穿電壓、導(dǎo)通電阻保持穩(wěn)定。本發(fā)明方法可以降低超級結(jié)器件的制造成本，提高生產(chǎn)效率，同時可以降低器件的導(dǎo)通電阻Ron。
【附圖說明】
[0026]圖1是現(xiàn)有器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2-圖12是本發(fā)明實(shí)施例的制造工藝流程示意圖；其中，圖2是本發(fā)明實(shí)施例的步驟I)完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的步驟2)完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的步驟3)完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的步驟4)完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的步驟5)的硅外延第一步填充完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例的步驟5)硅外延第二步填充完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例的步驟6)完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例的步驟7)完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明實(shí)施例的步驟8)完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明實(shí)施例的步驟9)完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是本發(fā)明實(shí)施例的步驟10)完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]附圖標(biāo)記說明如下:
[0029]I為半導(dǎo)體娃襯底,2為介質(zhì)層,3為第二娃外延層,4為第一娃外延層,5為基極區(qū)，6為源極區(qū)，7為柵極介質(zhì)層，8為柵極，9為金屬前介質(zhì)層，10為第二電極，11為正面注入擴(kuò)散層，12為背面注入擴(kuò)散層，13為第一電極。
[0030]21為半導(dǎo)體硅襯底，22為第一半導(dǎo)體層，23為第二半導(dǎo)體層，24為基區(qū)，25為源區(qū),26為柵極介質(zhì)層，27為柵極,28為金屬前介質(zhì)層,29為第二電極,30為第一電極。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0032]實(shí)施例:
[0033]如圖2-圖12所示，本發(fā)明一種半導(dǎo)體器件的形成方法，具體包括如下步驟:
[0034]I)在半導(dǎo)體硅襯底I上生長介質(zhì)層2，半導(dǎo)體硅襯底I可以是N型或P型，摻雜濃度為lE13-lE17cm_3;介質(zhì)層2為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的至少一種，厚度為0.1 μ m_2 μ m(見圖2)。
[0035]2)在半導(dǎo)體硅襯底I上刻蝕深溝槽，深溝槽寬度為1-10 μ m,深度為10_80 μ m,溝槽間距為2-15微米(見圖3);且預(yù)先測的半導(dǎo)體硅襯底I的摻雜濃度，使得深溝槽的深度與半導(dǎo)體硅襯底I的摻雜濃度成正對應(yīng)關(guān)系，即預(yù)先設(shè)定器件的擊穿電壓，當(dāng)半導(dǎo)體硅襯底I的摻雜濃度較高時，適當(dāng)增加溝槽的深度，當(dāng)半導(dǎo)體硅襯底I的摻雜濃度較低時，則適當(dāng)降低溝槽的深度，使得半