沟槽型超级结的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种沟槽型超级结的制造方法，包括步骤：步骤一、提供表面形成有第一导电类型外延层的晶圆；步骤二、采用光刻工艺定义出沟槽形成区域并将晶圆上各沟槽的顶部宽度的大小设定为相同；步骤三、对第一导电类型外延层进行刻蚀形成沟槽；步骤四、在沟槽中填充第二导电类型外延层，中间区域和边缘区域的沟槽中的外延层的掺杂浓度分别根据各自的掺杂浓度和反向击穿电压的关系曲线进行设定，并使掺杂后反向击穿电压向对应的关系曲线中的最大值趋近。本发明专利技术能提高同一晶圆上的超级结器件的反向击穿电压的面内均匀性，以及能保证同一晶圆上的超级结器件的反向击穿电压的面内均匀性较好的条件下使超级结器的反向击穿电压提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种沟槽型超级结的制造方法。
技术介绍
超级结为由形成于半导体衬底中的交替排列的P型薄层和N型薄层组成，利用P型薄层和N型薄层完成匹配形成的耗尽层来支持反向耐压。现有超级结的制造方法中包括沟槽型超级结的制造方法，这种方法是通过沟槽工艺制作超级结器件，需要先在半导体衬底如硅衬底表面的N型掺杂外延层上刻蚀一定深度和宽度的沟槽，然后利用外延填充(ERIFilling)的方式在刻出的沟槽上填充P型掺杂的硅外延。在沟槽的刻蚀中，同一半导体衬底晶圆中的不同区域的沟槽的形貌并不完全相同，而超级结器件的反向击穿电压受沟槽的形貌影响非常大，使得同一晶圆上的超级结器件的反向击穿电压的均匀性较差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种沟槽型超级结的制造方法，能提高同一晶圆上的超级结器件的反向击穿电压的面内均匀性，以及能保证同一晶圆上的超级结器件的反向击穿电压的面内均匀性较好的条件下使超级结器的反向击穿电压提高。为解决上述技术问题，本专利技术提供的沟槽型超级结的制造方法包括如下步骤：步骤一、提供一半导体衬底晶圆，在所述半导体衬底晶圆表面形成有第一导电类型外延层。步骤二、采用光刻工艺定义出沟槽形成区域并将所述沟槽形成区域打开；后续形成的各沟槽的顶部宽度由所述光刻工艺设定且所述光刻工艺将各所述沟槽的顶部宽度的大小设定为相同。步骤三、对打开后的所述沟槽形成区域的所述第一导电类型外延层进行刻蚀形成所述沟槽。刻蚀后，位于所述半导体衬底晶圆的中间区域所述沟槽的侧面比位于所述半导体衬底晶圆的边缘区域所述沟槽的侧面更倾斜，位于所述半导体衬底晶圆的中间区域所述沟槽的的底部宽度小于位于所述半导体衬底晶圆的边缘区域所述沟槽的底部宽度，位于所述半导体衬底晶圆的中间区域所述沟槽的沿宽度方向的断面面积小于位于所述半导体衬底晶圆的边缘区域所述沟槽的沿宽度方向的断面面积。步骤四、采用外延生长中在所述沟槽中填充第二导电类型外延层，由填充于所述沟槽中的所述第二导电类型外延层组成第二导电类型薄层，由各所述沟槽之间的所述第一导电类型外延层组成第一导电类型薄层，由所述第一导电类型薄层和所述第二导电类型薄层交替排列组成超级结。各所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度根据所述沟槽的位置进行设定，设定方法为：结合所述半导体衬底晶圆的中间区域的所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度和反向击穿电压的第一关系曲线对位于所述半导体衬底晶圆的中间区域的所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度进行设置，使位于所述半导体衬底晶圆的中间区域的超级结的反向击穿电压向第一关系曲线中的最大值趋近。结合所述半导体衬底晶圆的边缘区域的所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度和反向击穿电压的第二关系曲线对位于所述半导体衬底晶圆的边缘区域的所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度进行设置，使位于所述半导体衬底晶圆的边缘区域的超级结的反向击穿电压向第二关系曲线中的最大值趋近。进一步的改进是，所述半导体衬底晶圆为硅衬底晶圆，所述第一导电类型外延层为第一导电类型硅外延层，所述第二导电类型外延层为第二导电类型硅外延层。进一步的改进是，步骤二包括如下分步骤：步骤21、在所述第一导电类型外延层表面形成硬质掩模层。步骤22、在所述硬质掩模层表面涂布光刻胶，进行光刻工艺将所述沟槽形成区域打开。步骤23、以所述光刻胶为掩模对所述硬质掩模层进行刻蚀，该刻蚀工艺将所述沟槽形成区域的所述硬质掩模层去除、所述沟槽外的所述硬质掩模层保留。步骤24、去除所述光刻胶，由所述硬质掩模层将所述沟槽形成区域打开。进一步的改进是，所述硬质掩模层由依次形成于所述第一导电类型外延层表面的第一氧化层、第二氮化硅层和第三氧化层叠加而成。进一步的改进是，所述第一氧化层为热氧化层，厚度为100埃米～2000埃米；所述第二氮化硅层的厚度为100埃米～1500埃米；所述第三氧化层的厚度为0.5微米～3微米。进一步的改进是，各所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂通过在位掺杂实现或者通过外延后离子注入掺杂实现。进一步的改进是，通过在位掺杂调节各所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度时，通过调节通向掺杂区域的掺杂气体流量调节掺杂区域的掺杂浓度。进一步的改进是，通过外延后离子注入掺杂调节各所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度时，采用光刻定义出不同的掺杂区域，分别采用不同剂量的离子注入实现对各掺杂区域的掺杂浓度的调节。进一步的改进是，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型；所述半导体衬底晶圆为N型重掺杂。进一步的改进是，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。本专利技术针对采用相同尺寸的图形定义晶圆的中间区域和边缘区域的沟槽图形之后，在沟槽刻蚀后会使中间区域和边缘区域的沟槽的断面结构不同的特点，由于断面结构不同的沟槽在填充外延层形成超级结后，超级结的掺杂浓度和反向击穿电压的关系曲线会有区别，本专利技术正是利用这种区别来根据中间区域和边缘区域各自的超级结的掺杂浓度和反向击穿电压的关系曲线来分别设定中间区域和边缘区域的沟槽中外延层的掺杂浓度，并使得中间区域和边缘区域的超级结的反向击穿电压分别向各自关系曲线中的最大值趋近，从而能提高同一晶圆上的超级结器件的反向击穿电压的面内均匀性，以及能保证同一晶圆上的超级结器件的反向击穿电压的面内均匀性较好的条件下使超级结器的反向击穿电压提高。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1A是现有沟槽型超级结的制造方法形成位于晶圆的边缘区域超级结的断面结构示意图；图1B是现有沟槽型超级结的制造方法形成的位于晶圆的中间区域超级结的断面结构示意图；图2是现有沟槽型超级结的制造方法形成的位于晶圆的边缘区域和中间区域的超级结反向击穿电压和掺杂浓度的关系曲线；图3是本专利技术实施例方法流程图图4A是本专利技术实施例方法形成的位于晶圆的边缘区域超级结的断面结构示意图；图4B是本专利技术实施例方法形成的位于晶圆的中间区域超级结的断面结构示意图。具体实施方式如图1A所示，是现有沟槽型超级结的制造方法形成位于晶圆的边缘区域超级结的结构示意图；如图1B所示，是现有沟槽型超级结的制造方法形成的位于晶圆的中间区域超级结的结构示意图；现有沟槽型超级结的制造方法包括如下步骤：步骤一、提供一半导体衬底晶圆101，在所述半导体衬底晶圆101表面形成有第一导电类型外延层102，下面以N型外延层102为例进行说明；步骤二、采用光刻工艺定义出沟槽形成区域并将所述沟槽形成区域打开；现有方法中，并未对半导体衬底晶圆101不同位置上的沟槽的尺寸进行特别设定，而是将半导体衬底晶圆101不同位置上的沟槽的宽度都设置为相同。步骤三、对打开区域即沟槽形成区域的N型外延层102进行刻蚀形成沟槽。由于刻蚀工艺的特殊性，对N型外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沟槽型超级结的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供一半导体衬底晶圆，在所述半导体衬底晶圆表面形成有第一导电类型外延层；步骤二、采用光刻工艺定义出沟槽形成区域并将所述沟槽形成区域打开；后续形成的各沟槽的顶部宽度由所述光刻工艺设定且所述光刻工艺将各所述沟槽的顶部宽度的大小设定为相同；步骤三、对打开后的所述沟槽形成区域的所述第一导电类型外延层进行刻蚀形成所述沟槽；刻蚀后，位于所述半导体衬底晶圆的中间区域所述沟槽的侧面比位于所述半导体衬底晶圆的边缘区域所述沟槽的侧面更倾斜，位于所述半导体衬底晶圆的中间区域所述沟槽的的底部宽度小于位于所述半导体衬底晶圆的边缘区域所述沟槽的底部宽度，位于所述半导体衬底晶圆的中间区域所述沟槽的沿宽度方向的断面面积小于位于所述半导体衬底晶圆的边缘区域所述沟槽的沿宽度方向的断面面积；步骤四、采用外延生长中在所述沟槽中填充第二导电类型外延层，由填充于所述沟槽中的所述第二导电类型外延层组成第二导电类型薄层，由各所述沟槽之间的所述第一导电类型外延层组成第一导电类型薄层，由所述第一导电类型薄层和所述第二导电类型薄层交替排列组成超级结；各所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度根据所述沟槽的位置进行设定，设定方法为：结合所述半导体衬底晶圆的中间区域的所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度和反向击穿电压的第一关系曲线对位于所述半导体衬底晶圆的中间区域的所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度进行设置，使位于所述半导体衬底晶圆的中间区域的超级结的反向击穿电压向第一关系曲线中的最大值趋近；结合所述半导体衬底晶圆的边缘区域的所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度和反向击穿电压的第二关系曲线对位于所述半导体衬底晶圆的边缘区域的所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度进行设置，使位于所述半导体衬底晶圆的边缘区域的超级结的反向击穿电压向第二关系曲线中的最大值趋近。...

【技术特征摘要】
1.一种沟槽型超级结的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、提供一半导体衬底晶圆，在所述半导体衬底晶圆表面形成有第一导电类
型外延层；
步骤二、采用光刻工艺定义出沟槽形成区域并将所述沟槽形成区域打开；后续形
成的各沟槽的顶部宽度由所述光刻工艺设定且所述光刻工艺将各所述沟槽的顶部宽
度的大小设定为相同；
步骤三、对打开后的所述沟槽形成区域的所述第一导电类型外延层进行刻蚀形成
所述沟槽；
刻蚀后，位于所述半导体衬底晶圆的中间区域所述沟槽的侧面比位于所述半导体
衬底晶圆的边缘区域所述沟槽的侧面更倾斜，位于所述半导体衬底晶圆的中间区域所
述沟槽的的底部宽度小于位于所述半导体衬底晶圆的边缘区域所述沟槽的底部宽度，
位于所述半导体衬底晶圆的中间区域所述沟槽的沿宽度方向的断面面积小于位于所
述半导体衬底晶圆的边缘区域所述沟槽的沿宽度方向的断面面积；
步骤四、采用外延生长中在所述沟槽中填充第二导电类型外延层，由填充于所述
沟槽中的所述第二导电类型外延层组成第二导电类型薄层，由各所述沟槽之间的所述
第一导电类型外延层组成第一导电类型薄层，由所述第一导电类型薄层和所述第二导
电类型薄层交替排列组成超级结；
各所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度根据所述沟槽的位置
进行设定，设定方法为：
结合所述半导体衬底晶圆的中间区域的所述沟槽中填充的所述第二导电类型外
延层的掺杂浓度和反向击穿电压的第一关系曲线对位于所述半导体衬底晶圆的中间
区域的所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度进行设置，使位于所述
半导体衬底晶圆的中间区域的超级结的反向击穿电压向第一关系曲线中的最大值趋
近；
结合所述半导体衬底晶圆的边缘区域的所述沟槽中填充的所述第二导电类型外
延层的掺杂浓度和反向击穿电压的第二关系曲线对位于所述半导体衬底晶圆的边缘
区域的所述沟槽中填充的所述第二导电类型外延层的掺杂浓度进行设置，使位于所述
半导体衬底晶圆的边缘区域的超级结的反向击穿电压向第二关系曲线中的最大值趋

\t近。
2.如权利要求1所述的沟槽型超级结的制造方法，其特征在于：所述半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31