超结结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种超结结构，利用多层外延生长技术，通过降低外延掺杂浓度，而主要通杂质注入方式控制超结结构的电荷平衡。本实用新型专利技术通过简单的工艺步骤实现了超结结构，大大降低了工艺难度，同时保证器件很好的特性；本实用新型专利技术利用多层外延生长技术，通过降低外延掺杂浓度，并通杂质注入方式可轻易控制超结结构的电荷平衡，提高击穿电压，同时分段还可以局部改变电荷量，为设计者提供更多优化器件特性的方法。本实用新型专利技术大大降低了超结结构工艺对外延生长工艺的要求，可实现更大的工艺窗口。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种半导体结构，特别是涉及一种超结结构。
技术介绍
超结(Super-Junction)晶体管以为独特的N/P交互结构，使得在同样的击穿电压下只需要更薄的外延层(EPI)，以及更高的EPI掺杂，从而大大降低了减小了器件的比导通电阻(Rsp)，以及提高品质因数(figure of merit—FOM)值。如图1所示，现有技术中，通常使用多次外延+注入+退火的方式形成超结结构(Super-Junction)。但是此方法造成局部P型柱102的浓度过高，所以会造成器件提前击穿。同时因为需要退火造成了有效的N型柱101的浓度和面积都降低，很难进一步减小Rsp。如图2～图6所示，为了进一步提高超结结构(Super-junction)的性能，现有的改进工艺是通过一次性刻蚀深槽(如图2～图3所示)，并填充P型外延来形成沟槽型的Super-Junction的结构(Trench-SJ)(如图4～图5所示)，最后制作超结结构的正面器件结构(如图6所示)。这样不再需要进行额外的退火，从而可以实现更低的Rsp。但是此方法需要刻蚀很深的沟槽(trench)，并需要保持沟槽(trench)宽度基本一致。之后需要填充P型外延以形成P柱，并且不能形成过多缺陷，而这些都对制造工艺提出了很高的要求，一般很难实现。特别是需要进一步同时缩小元胞尺寸来到达更小的比导通电阻(Rsp)，一般制造工艺只能望而却步。基于以上所述，提供一种能够同时缩小元胞尺寸且能获得更小的比导通电阻的超结结构及其制备方法实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种超结结构及其制备方法，用于解决现有技术中超结结构制备工艺复杂，元胞尺寸较大且比导通电阻较大的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种超结结构的制备方法，包括步骤：步骤1)，提供第一导电类型衬底，于所述第一导电类型衬底表面形成初始外延层；步骤2)采用离子注入工艺于所述初始外延层中注入第一导电类型注入层，于所述初始外延层表面形成带注入窗口的阻挡层，基于注入窗口采用离子注入工艺于所述初始外延层中形成间隔的第二导电类型注入区；步骤3)，去除所述阻挡层，于所述第一导电类型外延层表面形成第一外延层；步骤4)，采用离子注入工艺于所述第一外延层中注入第一导电类型注入层，于所述第一外延层表面形成带注入窗口的阻挡层，基于注入窗口采用离子注入工艺于所述第一外延层中形成间隔的第二导电类型注入区；步骤5)，重复进行步骤3)～步骤4)，形成多个具有第一导电类型注入层及第二导电类型注入区的外延层叠层结构；步骤6)，进行热扩散处理，使第一导电类型注入层扩散贯通，并使垂直方向对准的各第二导电类型注入区扩散连接贯通形成第二导电类型柱，各第二导电类型柱之间间隔出第一导电类型柱，形成超结结构。作为本技术的超结结构的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，所述初始外延层采用多次外延及多次离子注入的方法制备。作为本技术的超结结构的制备方法的一种优选方案，所述初始外延层的电阻率为不小于1Ohm-cm，或者所述初始外延层的电阻率为不小于50Ohm-cm。作为本技术的超结结构的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，采用离子注入工艺于所述第二外延层中注入第一导电类型注入层的注入能量为不小于50kev。作为本技术的超结结构的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，采用离子注入工艺于所述初始外延层中形成间隔的第二导电类型注入区的注入能量为不小于80Kev，使得所述第二导电类型注入区的中心分布位置在第一导电类型注入层中心分布以下。作为本技术的超结结构的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，先形成所述第一导电类型注入层，然后形成所述第二导电类型注入区；或者先形成所述第二导电类型注入区，然后形成所述第一导电类型注入层。作为本技术的超结结构的制备方法的一种优选方案，所述第一外延层的电阻率为不小于10Ohm-cm。作为本技术的超结结构的制备方法的一种优选方案，所述第二导电类型柱与所述第一导电类型衬底之间具有间距。作为本技术的超结结构的制备方法的一种优选方案，所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型，或者所述第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。作为本技术的超结结构的制备方法的一种优选方案，还包括步骤7)，于超结结构表面形成外延顶层，所述外延顶层的电阻率为不小于5Ohm-cm，厚度为不大于5μm。优选地，还包括步骤8)，于所述外延顶层表面制作正面器件结构。优选地，所述正面器件结构包括MOS器件结构。本技术还提供一种超结结构，包括：第一导电类型衬底；第一导电类型外延层，形成于所述第一导电类型衬底表面，且由多个第一外延层堆叠而成；第二导电类型柱，由间隔形成于各第一外延层中的多个第二导电类型单元连贯而成，各第二导电类型柱之间间隔出第一导电类型柱，形成超结结构。作为本技术的超结结构的一种优选方案，所述第一导电类型外延层还包括初始外延层形成于第一导电类型衬底及第一外延层之间，其电阻率为不小于1Ohm-cm，或者为不小于50Ohm-cm。作为本技术的超结结构的一种优选方案，所述第一外延层的电阻率为不小于10Ohm-cm。作为本技术的超结结构的一种优选方案，所述第二导电类型柱与所述第一导电类型衬底之间具有间距。作为本技术的超结结构的一种优选方案，所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型，或者所述第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。作为本技术的超结结构的一种优选方案，还包括位于所述超结结构表面的外延顶层，所述外延顶层的电阻率为不小于5Ohm-cm，厚度为不大于5μm。优选地，所述外延顶层中制备有MOS器件结构。如上所述，本技术的超结结构及其制备方法，具有以下有益效果：本技术通过简单的工艺步骤实现了超结结构，大大降低了工艺难度，同时保证器件很好的特性；传统沟槽型的超结结构(trench-SJ)需要非常好的机台刻蚀超过深约40um，宽仅几微米的沟槽，同时需要保持沟槽侧壁保持很大的角度，在填充外延(EPI)时需要填满具有很大深宽比的沟槽。而本技术利用多层外延生长技术，通过降低外延掺杂浓度，并通杂质注入方式可轻易控制超结结构的电荷平衡，提高击穿电压，同时分段还可以局部改变电荷量，为设计者提供更多优化器件特性的方法。本技术大大降低了超结结构工艺对外延生长工艺的要求，可实现更大的工艺窗口。附图说明图1显示为现有技术中的使用多次外延+注入+退火的方式形成的超结结构的示意图。图2～图6显示为现有技术中的沟槽型的超结结构的制作方法中各步骤所呈现的结构示意图。图7～图15显示为本技术的超结结构的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。图16显示为本技术的超结结构的杂质分布曲线示意图。元件标号说明201 第一导电类型衬底202 初始外延层203 第一导电类型注入层204 第二导电类型注入区205 第一外延层206 第二导电类型柱207 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超结结构，其特征在于，包括：第一导电类型衬底；第一导电类型外延层，形成于所述第一导电类型衬底表面，且由多个第一外延层堆叠而成；第二导电类型柱，由间隔形成于各第一外延层中的多个第二导电类型单元连贯而成，各第二导电类型柱之间间隔出第一导电类型柱，形成超结结构。

【技术特征摘要】
1.一种超结结构，其特征在于，包括：第一导电类型衬底；第一导电类型外延层，形成于所述第一导电类型衬底表面，且由多个第一外延层堆叠而成；第二导电类型柱，由间隔形成于各第一外延层中的多个第二导电类型单元连贯而成，各第二导电类型柱之间间隔出第一导电类型柱，形成超结结构。2.根据权利要求1所述的超结结构，其特征在于：所述第一导电类型外延层还包括初始外延层形成于第一导电类型衬底及第一外延层之间，其电阻率为不小于1Ohm-cm，或者为不小于50Ohm-cm。3.根据权利要求1所述的超结结构，其特征在于：所述第一外...

【专利技术属性】
技术研发人员：马荣耀，
申请(专利权)人：中航重庆微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：重庆;50