超结器件的制造方法及器件结构技术

本发明专利技术公开了一种超结器件的制造方法，包括步骤：在第一导电类型外延层中形成沟槽；进行带角度的侧壁离子注入并在沟槽的侧壁的选定区域中形成第一导电类型掺杂增加区；在沟槽中填充第二导电类型外延层；进行退火，利用第二导电类型杂质在第一导电类型掺杂增加区处和外的横向扩散速率不同在第一导电类型掺杂增加区处形成第二导电类型柱的侧面凹进结构，通过所述侧面凹进结构提高超结器件的反向恢复的软度因子。本发明专利技术还公开了一种超结器件。本发明专利技术超结结构采用沟槽填充工艺形成且能提高超结器件的反向恢复的软度因子。

【技术实现步骤摘要】
超结器件的制造方法及器件结构
本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种超结(superjunction)器件的制造方法；本专利技术还涉及一种超结器件。
技术介绍
超结结构就是交替排列的N型柱和P型柱组成结构。如果用超结结构来取代垂直双扩散MOS晶体管(VerticalDouble-diffusedMetal-Oxide-Semiconductor，VDMOS)器件中的N型漂移区，在导通状态下通过N型柱提供导通通路，导通时P型柱不提供导通通路；在截止状态下由PN立柱共同承受反偏电压，就形成了超结金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)。如图1所示，是现有超结器件的结构图，该超结器件为超结功率器件，这里是以N型超结MOSFET为例进行介绍。由图1可知，N型超结器件包括：多晶硅栅1，厚度通常在之间。多晶硅栅1的顶部会通过接触孔连接到由正面金属层组成的栅极。栅氧化层2，用来是实现多晶硅栅1和沟道的隔离，栅氧化层2的厚度决定了多晶硅栅1的耐压，通常为了保证一定的多晶硅栅1的耐压，栅氧化层2的厚度一般大于源区3，由N型重掺杂区即N+区组成，源区3的掺杂剂量即离子注入掺杂的注入剂量通常是在1e15/cm2以上。源区3的顶部会通过接触孔连接到由正面金属层组成的源极。P型沟道区5，P型沟道区5的掺杂剂量通常是在5e13/cm2～1e14/cm2之间，P型沟道区5的掺杂决定了器件的阈值电压，掺杂剂量越高，器件的阈值电压越高。被多晶硅栅1覆盖的P型沟道区5的表面用于形成沟道。空穴收集区4，由形成于所述P型沟道区5表面的P型重掺杂区即P+区组成。N型外延层7，其掺杂的体浓度通常是在1e15/cm3～5e16/cm3之间，N型外延层7作为器件的漂移区，N型外延层7的厚度决定了器件的击穿电压。P型柱6，P型柱6和由P型柱6之间的N型外延层7组成的N型柱交替排列形成超结结构，超结结构中，各P型柱6和对应的N型柱互补掺杂并实现对N型柱的横向耗尽，通过各P型柱6和相邻的N型柱之间的互相横向耗尽能够轻易实现对整个超结结构中的N型漂移区耗尽，从而能同时实现高的掺杂浓度和高的击穿电压。P型柱6在工艺上通常有两种实现方式，一种是通过多次外延形成，另外一种是通过挖槽和P型硅填入形成的。N型外延层7形成于半导体衬底9上，半导体衬底9为N型高掺杂，其体浓度1e19/cm3以上，其高的掺杂浓度是为了减小半导体衬底9的电阻。超结功率器件为MOSFET器件时，由N型高掺杂的半导体衬底9组成漏区，并在半导体衬底9的背面形成由背面金属层组成的漏极。超结功率器件，相比于传统的VDMOS器件，在相同的击穿电压下，具有更高的掺杂浓度，其掺杂浓度可以到达普通VDMOS的10倍以上。这是因为超结器件的纵向P型柱6会跟N型漂移区即N型柱形成横向的耗尽，从而加速漂移区的耗尽，从而可以实现在相同的击穿电压下更高的掺杂浓度，具有更低的比导通电阻。目前横向P型柱6有两种实现方式，一种是基于多次外延的结构，另外一种是基于沟槽101和P型硅填入工艺。一种是多次外延，另外一种是通过深槽刻蚀和P型硅填入工艺实现的。多次外延具有工艺实现简单，但是生产成本高。深槽刻蚀和P型硅填入工艺复杂，但是生产成本低。如图2所示，是现有沟槽填充式超结结构的示意图；如图3所示，是现有多次外延式超结结构的示意图，分别显示了对应的实现的P型柱形貌的。图2中，挖深槽结构形成的P型柱单独用6a标记，可以看出，P型柱6a的侧面是倾斜的，具体表现为上面比较宽，下面比较窄，有一定的倾斜角度即侧面倾角α1。理想情况下，希望P型柱6a的侧面倾角α1是90度，即P型柱6a的侧面为垂直结构，这样具有更好的P-N平衡。但是实际上，为了保证填充的质量(更少的缺陷密度)和提高产能，都希望倾斜的角度α1越斜越好。在实际的产品中，P型柱6a的侧面倾角α1通常在88-89度之间。图3中，采用多次外延形成的P型柱单独用标记6b标出，即整个P型柱6b是由多层外延子层102叠加形成，在各层外延子层102的叠加界面的两侧位置处会形成标记103所示的葫芦圈结构，由图3可以看出，葫芦圈结构具有凹进结构，具有凹进结构的葫芦圈结构的好处是器件在反向恢复的时候，空穴在这些地方被贮存，从而可以在反向恢复的时候，提高反向恢复的软度因子。所以，采用多次外延的结构跟采用深槽刻蚀加P型硅填入形成的结构相比，采用多次外延结构形成P型柱6b的超级结器件具有更好的软度因子。
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结器件的制造方法，超结结构采用沟槽填充工艺形成且能提高超结器件的反向恢复的软度因子。为此，本专利技术还提供一种超结器件。为解决上述技术问题，本专利技术提供超结器件的制造方法包括如下步骤：步骤一、在第一导电类型外延层中形成沟槽。步骤二、进行带角度的侧壁离子注入，所述侧壁离子注入至少包括一次第一导电类型离子注入，所述侧壁离子注入在所述沟槽的侧壁的选定区域中增加第一导电类型掺杂，令该选定区域为第一导电类型掺杂增加区。步骤三、在所述沟槽中填充第二导电类型外延层，由所述沟槽中的第二导电类型外延层组成第二导电类型柱，由各所述第二导电类型柱之间的所述第一导电类型外延层组成第一导电类型柱，由所述第一导电类型柱和所述第二导电类型柱交替排列形成超结结构，每一所述第一导电类型柱和其邻近的所述第二导电类型柱组成一个超结单元。步骤四、进行退火，在所述退火过程中所述第二导电类型柱的第二导电类型杂质会进行横向扩散，在所述第一导电类型掺杂增加区处的所述第二导电类型柱的第二导电类型杂质的横向扩散速率小于所述第一导电类型掺杂增加区外的所述第二导电类型柱的第二导电类型杂质的横向扩散速率，从而在所述第一导电类型掺杂增加区处形成所述第二导电类型柱的侧面凹进结构，该侧面凹进结构由退火扩散形成并具有葫芦圈结构的凹进区的形状，通过所述侧面凹进结构提高超结器件的反向恢复的软度因子。进一步的改进是，步骤一中所述沟槽的侧面为垂直侧面；或者，步骤一中所述沟槽的侧面为倾斜侧面。进一步的改进是，所述沟槽的侧面为倾斜侧面时，所述沟槽的侧面的倾斜角度为88度～89.2度。进一步的改进是，步骤二中，所述侧壁离子注入的一次所述第一导电类型离子注入所对应的注入区域位于从所述沟槽的顶部表面开始往下的一定深度的区域且由如下公式确定：其中，T为一次所述第一导电类型离子注入所对应的注入区域所对应的从所述沟槽的顶部表面开始往下的深度，W1为所述沟槽的顶部开口的宽度，α1为所述沟槽的侧面倾角，α2对应的所述第一导电类型离子注入的注入角度，T1为位于所述沟槽外的所述第一导电类型外延层表面的膜层的厚度。进一步的改进是，步骤二中，所述侧壁离子注入还至少包括一次第二导电类型离子注入，所述第二导电类型离子注入所对应的注入区域位于从所述沟槽的顶部表面开始往下的一定深度的区域且所述第二导电类型离子注入所对应的注入区域的公式和所述第一导电类型离子注入所对应的注入区域的公式相同；所述第二导电类型离子注入所对应的注入区域叠加到所述第一导电类型离子注入所对应的注入区域后会使叠加区域的第一导电类型掺杂降低，从而使所述第一导电类型掺杂增加区减小，通过所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超结器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在第一导电类型外延层中形成沟槽；步骤二、进行带角度的侧壁离子注入，所述侧壁离子注入至少包括一次第一导电类型离子注入，所述侧壁离子注入在所述沟槽的侧壁的选定区域中增加第一导电类型掺杂，令该选定区域为第一导电类型掺杂增加区；步骤三、在所述沟槽中填充第二导电类型外延层，由所述沟槽中的第二导电类型外延层组成第二导电类型柱，由各所述第二导电类型柱之间的所述第一导电类型外延层组成第一导电类型柱，由所述第一导电类型柱和所述第二导电类型柱交替排列形成超结结构，每一所述第一导电类型柱和其邻近的所述第二导电类型柱组成一个超结单元；步骤四、进行退火，在所述退火过程中所述第二导电类型柱的第二导电类型杂质会进行横向扩散，在所述第一导电类型掺杂增加区处的所述第二导电类型柱的第二导电类型杂质的横向扩散速率小于所述第一导电类型掺杂增加区外的所述第二导电类型柱的第二导电类型杂质的横向扩散速率，从而在所述第一导电类型掺杂增加区处形成所述第二导电类型柱的侧面凹进结构，该侧面凹进结构由退火扩散形成并具有葫芦圈结构的凹进区的形状，通过所述侧面凹进结构提高超结器件的反向恢复的软度因子。...

【技术特征摘要】
1.一种超结器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在第一导电类型外延层中形成沟槽；步骤二、进行带角度的侧壁离子注入，所述侧壁离子注入至少包括一次第一导电类型离子注入，所述侧壁离子注入在所述沟槽的侧壁的选定区域中增加第一导电类型掺杂，令该选定区域为第一导电类型掺杂增加区；步骤三、在所述沟槽中填充第二导电类型外延层，由所述沟槽中的第二导电类型外延层组成第二导电类型柱，由各所述第二导电类型柱之间的所述第一导电类型外延层组成第一导电类型柱，由所述第一导电类型柱和所述第二导电类型柱交替排列形成超结结构，每一所述第一导电类型柱和其邻近的所述第二导电类型柱组成一个超结单元；步骤四、进行退火，在所述退火过程中所述第二导电类型柱的第二导电类型杂质会进行横向扩散，在所述第一导电类型掺杂增加区处的所述第二导电类型柱的第二导电类型杂质的横向扩散速率小于所述第一导电类型掺杂增加区外的所述第二导电类型柱的第二导电类型杂质的横向扩散速率，从而在所述第一导电类型掺杂增加区处形成所述第二导电类型柱的侧面凹进结构，该侧面凹进结构由退火扩散形成并具有葫芦圈结构的凹进区的形状，通过所述侧面凹进结构提高超结器件的反向恢复的软度因子。2.如权利要求1所述的超结器件的制造方法，其特征在于：步骤一中所述沟槽的侧面为垂直侧面；或者，步骤一中所述沟槽的侧面为倾斜侧面。3.如权利要求2所述的超结器件的制造方法，其特征在于：所述沟槽的侧面为倾斜侧面时，所述沟槽的侧面的倾斜角度为88度～89.2度。4.如权利要求1所述的超结器件的制造方法，其特征在于：步骤二中，所述侧壁离子注入的一次所述第一导电类型离子注入所对应的注入区域位于从所述沟槽的顶部表面开始往下的一定深度的区域且由如下公式确定：其中，T为一次所述第一导电类型离子注入所对应的注入区域所对应的从所述沟槽的顶部表面开始往下的深度，W1为所述沟槽的顶部开口的宽度，α1为所述沟槽的侧面倾角，α2对应的所述第一导电类型离子注入的注入角度，T1为位于所述沟槽外的所述第一导电类型外延层表面的膜层的厚度。5.如权利要求4所述的超结器件的制造方法，其特征在于：步骤二中，所述侧壁离子注入还至少包括一次第二导电类型离子注入，所述第二导电类型离子注入所对应的注入区域位于从所述沟槽的顶部表面开始往下的一定深度的区域且所述第二导电类型离子注入所对应的注入区域的公式和所述第一导电类型离子注入所对应的注入区域的公式相同；所述第二导电类型离子注入所对应的注入区域叠加到所述第一导电类型离子注入所对应的注入区域后会使叠加区域的第一导电类型掺杂降低，从而使所述第一导电类型掺杂增加区减小，通过所述第二导电类型离子注入来调节所述第一导电类型掺杂增加区的大小。6.如权利要求1所述的超结器件的制造方法，其特征在于：所述第一导电类型外延层形成于由半导体衬底组成的晶圆表面，步骤二中的所述侧壁离子注入过程中，所述晶圆为转角；或者所述晶圆为不转角。7.如权利要求6所述的超结器件的制造方法，其特征在于：所述晶圆为转角时，所述晶圆转角两次，一次为0度，一次为180度；或者所述晶圆为转角时，所述晶圆转角四次，分别为0度、90度、180度和270度。8.如权利要求1所述的超结器件的制造方法，其特征在于：步骤三中在所述沟槽中填充所述第二导电类型外延层的步骤拆分为两次以上，且将步骤二的所述侧壁离子注入插...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾大杰，
申请(专利权)人：深圳尚阳通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44