超级结的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种超级结的制造方法，包括如下步骤：步骤一、提供具有第一导电类型均匀掺杂的第一外延层并形成超沟槽。步骤二、采用多晶硅填充沟槽形成柱状薄层，包括如下分步骤：步骤21、生长未将所述沟槽完全填充的具有第一掺杂浓度的第一多晶硅层；步骤22、生长第二多晶硅层将沟槽完全填充，第二多晶硅层为不掺杂结构或掺杂浓度低于第一掺杂浓度的结构；步骤23、进行热退火处理，热退火后柱状薄层形成横向杂质分布均匀以及从顶部到底部纵向杂质浓度逐渐增加的杂质分布结构。本发明专利技术柱状薄层的杂质分布结构能弥补沟槽的倒梯形结构形成的超级结的电荷失配，从而能提高器件的击穿电压并降低器件的导通电阻。

【技术实现步骤摘要】
超级结的制造方法
本专利技术涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种超级结的制造方法。
技术介绍
超级结是由一系列交替排列的N型薄层和P型薄层组成，应用于VDMOS中时，是通过在VDMOS的漂移区内制作一定深度分布、导电类型与漂移区相反的柱状区域(pillar)，形成电荷耦合(chargecoupling)效果，在耗尽区全部耗尽的情况下，耗尽区电场均匀分布。与常规VDMOS相比，具有超级结的VDMOS能具有更高的漂移区掺杂和更低的导通电阻。Pillar的制作方式主要有多次外延加多次离子注入形成，以及刻蚀深沟槽再填充掺杂的单晶硅形成两种方式。由于前者工艺成本高，先大多数倾向后者。为了实现漂移区和pillar的电荷耦合，两者的电荷要完美匹配。但深沟槽的形貌通常是倒梯形，以便于外延填充，而外延的漂移区和Pillar都是均匀掺杂，造成很难在pillar的所有区域都与漂移区电荷匹配，器件的击穿电压很低。如图1A所示，是现有方法形成的超级结中漂移区未完全耗尽是的仿真图；图1A所对应的超级结中，漂移区薄层101和柱状薄层102不能实现完全的电荷匹配，其中柱状薄层102采用了较低的掺杂浓度，最后使得柱状薄层102能完全耗尽，但是漂移区薄层101不能完全耗尽，具体表现为图1A中虚线圈103所示区域中具有未完全耗尽的漂移区薄层101的杂质电荷。如图1B所示，是现有方法形成的超级结中pillar未完全耗尽是的仿真图；图1B所对应的超级结中，漂移区薄层101和柱状薄层102也不能实现完全的电荷匹配，其中柱状薄层102采用了较高的掺杂浓度即比图1A的柱状薄层102的掺杂浓度高，最后使得漂移区薄层101能完全耗尽，但是柱状薄层102不能完全耗尽，具体表现为图1B中虚线圈104所示区域中具有未完全耗尽的柱状薄层102的杂质电荷。由图1A和图1B所示可知，漂移区即漂移区薄层101或Pillar即柱状薄层102的未全耗尽造成器件的低击穿电压。倒梯形的pillar形貌以及pillar顶部的器件沟道掺杂决定了越靠近表面需要越多的漂移区掺杂，实现全部pillar及其对应的漂移区全耗尽。
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超级结的制造方法，能采用沟槽填充形成柱状薄层，能实现对倒梯形沟槽所带来的电荷失配进行补偿，提高器件的击穿电压，降低导通电阻。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种超级结的制造方法包括如下步骤：步骤一、提供具有第一导电类型均匀掺杂的第一外延层，采用光刻刻蚀工艺在所述第一外延层中形成超级结的沟槽，所述沟槽呈上宽下窄侧面倾斜的倒梯形结构，各所述沟槽之间的所述第一外延层组成漂移区薄层。步骤二、采用多晶硅填充所述沟槽形成第二导电类型掺杂的柱状薄层，多晶硅填充包括如下分步骤：步骤21、生长具有第一掺杂浓度的第一多晶硅层，所述第一多晶硅层形成于所述沟槽的底部表面和侧面且未将所述沟槽完全填充。步骤22、生长第二多晶硅层将所述沟槽完全填充，所述第二多晶硅层为不掺杂结构或掺杂浓度低于所述第一掺杂浓度的结构；由所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层叠加形成柱状薄层。步骤23、进行热退火处理，热退火后所述柱状薄层形成各深度的横向杂质分布均匀以及从顶部到底部纵向杂质浓度逐渐增加的杂质分布结构，通过该杂质分布结构弥补所述沟槽的倒梯形结构形成的所述柱状薄层和所述漂移区薄层之间的电荷失配，提高器件的击穿电压并降低器件的导通电阻。进一步的改进是，所述第一掺杂浓度为所述漂移区薄层的掺杂浓度的3倍～5倍，所述第一多晶硅层的厚度为所述沟槽的平均口径的1/5～1/3。进一步的改进是，所述第二多晶硅层的掺杂浓度为所述漂移区薄层的掺杂浓度的0～1/3。进一步的改进是，所述沟槽的上下口径差值增加时，增加所述第一掺杂浓度，减少所述第二多晶硅层的掺杂浓度。进一步的改进是，步骤23的热退火采用炉管退火。进一步的改进是，所述热退火的温度为900℃～1250℃，时间不少于30分钟。进一步的改进是，所述第一多晶硅层的生长工艺以及所述第二多晶硅层的生长工艺采用化学气相淀积工艺或外延工艺生长。进一步的改进是，所述超级结用于形成N型超级结器件，所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型，所述漂移区薄层为N型薄层，所述柱状薄层为P型薄层，所述漂移区薄层的掺杂杂质为磷或砷，所述柱状薄层的掺杂杂质为硼。进一步的改进是，所述超级结用于形成P型超级结器件，所述第一导电类型为P型，第二导电类型为N型，所述漂移区薄层为P型薄层，所述柱状薄层为N型薄层，所述漂移区薄层的掺杂杂质为硼，所述柱状薄层的掺杂杂质为磷。首先、本专利技术在沟槽刻蚀后，采用多晶硅代替单晶硅填充沟槽形成柱状薄层，既能够提高填充效率，又能够具有比单晶硅有更大的杂质扩散，所以能使柱状薄层获得横向均匀的杂质分布。其次、在沟槽填充中，先填入较高浓度的一薄层多晶硅即第一多晶硅层，形成一层较高掺杂的柱状薄层的内侧壁。再以较低掺杂或不掺杂的多晶硅即第二多晶硅层填满沟槽。经过热处理如炉管热处理，较高掺杂的多晶硅中的杂质向低掺杂的多晶硅横向扩散，最终形成横向均匀的杂质掺杂。另外，由于沟槽的倒梯形结构使柱状薄层的各纵向位置处的宽度不一样，宽的区域的再分布即热处理扩散后杂质体浓度低，而窄的区域的再分步后杂质浓度高，根据柱状薄层跟随沟槽呈倒梯形可知，杂质再分别后会使柱状薄层里的多晶硅由上而下杂质浓度线性递增的趋势，这正是高压、低导通电阻所需要的，原因是柱状薄层里的多晶硅由上而下杂质浓度线性递增的趋势能弥补沟槽的倒梯形结构形成的柱状薄层和漂移区薄层之间的电荷失配，从而能提高器件的击穿电压，也能使超级结采用更高的掺杂浓度，从而还能降低器件的导通电阻。其中，沟槽的倒梯形结构形成的柱状薄层和漂移区薄层之间的电荷失配是指，柱状薄层的顶部宽底部窄、漂移区薄层的顶部窄底部宽，在柱状薄层和漂移区薄层都具有均匀掺杂浓度的条件下，宽度越宽则对于位置处的掺杂总量越多，故倒梯形的沟槽会使得在超级结的顶部区域柱状薄层的掺杂总量大于漂移区薄层的掺杂总量，而在超结结的底部区域则具有柱状薄层的掺杂总量小于漂移区薄层的掺杂总量的特征，而理想的电荷匹配是柱状薄层和漂移区薄层之间各位置处的掺杂总量相等，所以倒梯形的沟槽会造成柱状薄层和漂移区薄层之间的电荷失配。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是现有方法形成的超级结中漂移区未完全耗尽是的仿真图；图1B是现有方法形成的超级结中pillar未完全耗尽是的仿真图；图2是本专利技术实施例方法的流程图；图3是本专利技术实施例方法步骤二时的器件结构示意图；图4A是本专利技术实施例方法形成的超级结器件仿真图；图4B是图4A中器件的柱状薄层的纵向杂质分布仿真曲线；图4C是图4A中器件的柱状薄层的横向杂质分布仿真曲线；图5是本专利技术实施例方法和现有方法形成的超级结的侧壁结面仿真比较图；图6A是现有方法形成的超级结的碰撞电离仿真图；图6B是本专利技术实施例方法形成的超级结的碰撞电离仿真图；图7是采用现有方法和本专利技术实施例方法的形成的超级结的VDMOS器件的源漏电流和击穿电压的比较图。具体实施方式如图2所示，是本专利技术实施例方法的流程图；图3是本专利技术实施例方法步骤二时的器件结构示意图；本专利技术实施例超级结的制造方法包括如下步骤：步骤一、提供具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级结的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供具有第一导电类型均匀掺杂的第一外延层，采用光刻刻蚀工艺在所述第一外延层中形成超级结的沟槽，所述沟槽呈上宽下窄侧面倾斜的倒梯形结构，各所述沟槽之间的所述第一外延层组成漂移区薄层；步骤二、采用多晶硅填充所述沟槽形成第二导电类型掺杂的柱状薄层，多晶硅填充包括如下分步骤：步骤21、生长具有第一掺杂浓度的第一多晶硅层，所述第一多晶硅层形成于所述沟槽的底部表面和侧面且未将所述沟槽完全填充；步骤22、生长第二多晶硅层将所述沟槽完全填充，所述第二多晶硅层为不掺杂结构或掺杂浓度低于所述第一掺杂浓度的结构；由所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层叠加形成柱状薄层；步骤23、进行热退火处理，热退火后所述柱状薄层形成各深度的横向杂质分布均匀以及从顶部到底部纵向杂质浓度逐渐增加的杂质分布结构，通过该杂质分布结构弥补所述沟槽的倒梯形结构形成的所述柱状薄层和所述漂移区薄层之间的电荷失配，提高器件的击穿电压并降低器件的导通电阻。

【技术特征摘要】
1.一种超级结的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供具有第一导电类型均匀掺杂的第一外延层，采用光刻刻蚀工艺在所述第一外延层中形成超级结的沟槽，所述沟槽呈上宽下窄侧面倾斜的倒梯形结构，各所述沟槽之间的所述第一外延层组成漂移区薄层；步骤二、采用多晶硅填充所述沟槽形成第二导电类型掺杂的柱状薄层，多晶硅填充包括如下分步骤：步骤21、生长具有第一掺杂浓度的第一多晶硅层，所述第一多晶硅层形成于所述沟槽的底部表面和侧面且未将所述沟槽完全填充；步骤22、生长第二多晶硅层将所述沟槽完全填充，所述第二多晶硅层为不掺杂结构或掺杂浓度低于所述第一掺杂浓度的结构；由所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层叠加形成柱状薄层；步骤23、进行热退火处理，热退火后所述柱状薄层形成各深度的横向杂质分布均匀以及从顶部到底部纵向杂质浓度逐渐增加的杂质分布结构，通过该杂质分布结构弥补所述沟槽的倒梯形结构形成的所述柱状薄层和所述漂移区薄层之间的电荷失配，提高器件的击穿电压并降低器件的导通电阻。2.如权利要求1所述的超级结的制造方法，其特征在于：所述第一掺杂浓度为所述漂移区薄层的掺杂浓度的3倍～5倍，所述第一多晶硅层的厚度为所述沟槽的平均口径的1/5～1/3。3.如权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱文生，
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