超结结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种超结结构，超结结构由多个交替排列的N型柱和P型柱组成，P型柱由填充于超结沟槽中的P型材料组成，超结沟槽形成于N型外延层中。超结沟槽由底部沟槽和顶部沟槽叠加而成。底部沟槽的侧面倾角大于90度，底部沟槽的底部表面的宽度大于顶部表面的宽度。顶部沟槽的侧面倾角小于90度，顶部沟槽的底部表面的宽度小于顶部表面的宽度。整个超结沟槽呈中间窄的收腰型结构，底部沟槽使超结沟槽的底部宽度增加，增加对N型柱底部的耗尽，提高超结结构的击穿电压范围。本发明专利技术还公开了一种超结结构的制造方法。本发明专利技术能提高超结结构的击穿电压范围，且工艺简单，工艺成本低。

Overjunction Structure and Its Manufacturing Method

The invention discloses a superjunction structure, which is composed of a plurality of alternately arranged N-shaped columns and P-shaped columns. The P-shaped columns are composed of P-shaped materials filled in the superjunction grooves, and the superjunction grooves are formed in the N-shaped epitaxial layer. Over-junction groove is formed by superposition of bottom groove and top groove. The side inclination of the bottom groove is greater than 90 degrees, and the width of the bottom surface of the bottom groove is larger than that of the top surface. The lateral inclination of the top groove is less than 90 degrees, and the width of the bottom surface of the top groove is less than that of the top surface. The whole overjunction groove has a narrow middle waist structure. The bottom groove increases the width of the bottom of the overjunction groove, increases the depletion of the bottom of the N-shaped column, and enhances the breakdown voltage range of the overjunction structure. The invention also discloses a manufacturing method of a superjunction structure. The invention can improve the breakdown voltage range of the superjunction structure, and has simple process and low process cost.

【技术实现步骤摘要】
超结结构及其制造方法
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结构；本专利技术还涉及一种超结结构的制造方法。
技术介绍
如图1所示，是现有超结器件的示意图；超结器件中包括由交替排列的N型柱即N型薄层102和P型柱即P型薄层103组成的超结结构，超结结构通常作为超结器件的漂移区，超结器件包括多个器件单元结构，各器件单元结构通常形成于超结结构的表面。图1中显示超结器件为超结MOSFET，超结器件的器件单元结构包括：在超结结构的表面形成有P阱104，在N型柱102的顶部形成有栅极结构，图1中显示的栅极结构为沟槽栅结构，栅极结构包括栅极沟槽以及形成于栅极沟槽内侧表面的栅介质层如栅氧化层以及填充于栅极沟槽中的多晶硅栅105。在P阱104的表面形成由源区106，源区106为N+掺杂。被多晶硅栅105侧面覆盖的所述P阱104的表面用于形成沟道。现有技术中，P型柱103通常采用沟槽填充工艺形成，P型柱103对应的沟槽为超结沟槽，超结沟槽形成于N型外延层如N型硅外延层102中，通常超结沟槽采用一次性刻蚀形成，为了方便刻蚀和填充，超结沟槽的侧面为倾斜结构。在超结沟槽中填充P型材料如P型硅外延层形成P型柱103，由P型柱103之间的N型外延层102组成N型柱102。N型外延层102形成于半导体衬底如硅衬底101的表面。通常，漏区由对硅衬底101进行背面减薄后形成的背面N+掺杂区组成。图1所示的现有超结器件的超结结构中，由于超结沟槽为一次刻蚀形成且侧面倾斜，这样，势必使超结沟槽的宽度从顶部到底部逐渐缩小，最后会使得超结沟槽底部的宽度变得最小。而超结结构通常位于漂移区中且是用于在反偏中实现P型柱和N型柱互相横向耗尽从而实现超结结构的高耐压，也即击穿电压(BV)较大。为了实现P型柱和N型柱之间的良好的互相横向耗尽，需要使超结沟槽的各位置处的P型柱和N型柱之间的电荷匹配良好，而超结沟槽的底部尺寸的缩小，显然会使P型柱的底部P型杂质总量减小同时使N型柱底部的N型杂质总量增加即P型柱和N型柱的底部电荷不匹配，使得P型柱的底部P型杂质无法实现对N型柱底部的N型杂质实现完全耗尽，这样就会降低超结结构的BV。而现有工艺中，为了，消除超结沟槽的倾斜侧面带来的P型柱底部和N型柱底部的电荷不匹配的缺陷，往往需要对P型柱或N型柱的掺杂工艺做相应的改变，P型柱或N型柱的非均匀掺杂会带使工艺复杂度增加，工艺成本也增加。
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结构，能提高超结结构的击穿电压。为此，本专利技术还提供一种超结结构的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的超结结构由多个交替排列的N型柱和P型柱组成，P型柱由填充于超结沟槽中的P型材料组成，超结沟槽形成于N型外延层中，N型柱由所述P型柱之间的所述N型外延层组成，所述N型外延层形成于半导体衬底表面。所述超结沟槽由底部沟槽和顶部沟槽叠加而成。所述底部沟槽和所述顶部沟槽的剖面都呈梯形，所述底部沟槽的侧面倾角为所述底部沟槽的剖面梯形的顶角，所述顶部沟槽的侧面倾角为所述顶部沟槽的剖面梯形的顶角。所述底部沟槽的侧面倾角大于90度，所述底部沟槽的底部表面的宽度大于顶部表面的宽度。所述顶部沟槽的侧面倾角小于90度，所述顶部沟槽的底部表面的宽度小于顶部表面的宽度。所述顶部沟槽的底部表面为所述底部沟槽的顶部表面，整个所述超结沟槽呈中间窄的收腰型结构，所述底部沟槽使所述超结沟槽的底部宽度增加，增加对所述N型柱底部的耗尽，提高超结结构的击穿电压范围。进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底，所述N型外延层为N型硅外延层；组成所述P型柱的P型材料为P型硅。进一步的改进是，组成所述P型柱的P型硅为外延生长形成的P型硅外延层。进一步的改进是，所述超结沟槽由对所述N型外延层进行两次分段刻蚀形成，第一次刻蚀形成所述顶部沟槽，第二次刻蚀在所述顶部沟槽的底部形成所述底部沟槽。进一步的改进是，所述N型外延层由第一N型外延层和第二N型外延层叠加而成；所述底部沟槽形成于所述第一N型外延层中且通过第二次刻蚀形成；在所述底部沟槽中填充了所述P型柱的P型材料之后形成所述第二外延层，所述顶部沟槽形成于所述第二外延层中且通过第一次刻蚀形成。进一步的改进是，所述第一次刻蚀和所述第二次刻蚀都为干法刻蚀。进一步的改进是，所述第一次刻蚀的刻蚀角度小于90度，使所述顶部沟槽的侧面倾角小于90度；所述第二次刻蚀的刻蚀角度大于90度，使所述底部沟槽的侧面倾角大于90度。进一步的改进是，所述底部沟槽的顶部表面和底部表面之间的高度小于等于所述顶部沟槽的顶部表面和底部表面之间的高度。为解决上述技术问题，本专利技术提供的超结结构的制造方法包括如下步骤：步骤一、提供一表面形成有N型外延层的半导体衬底，光刻定义出超结沟槽的形成区域。步骤二、根据光刻定义进行第一次刻蚀在所述N型外延层中形成顶部沟槽；所述顶部沟槽的侧面倾角小于90度，所述顶部沟槽的底部表面的宽度小于顶部表面的宽度；所述顶部沟槽的剖面呈梯形，所述顶部沟槽的侧面倾角为所述顶部沟槽的剖面梯形的顶角。步骤三、进行第二次刻蚀在所述顶部沟槽的底部的所述N型外延层中形成底部沟槽，由所述底部沟槽和所述顶部沟槽叠加形成所述超结沟槽。所述底部沟槽的侧面倾角大于90度，所述底部沟槽的底部表面的宽度大于顶部表面的宽度；所述顶部沟槽的底部表面为所述底部沟槽的顶部表面；所述底部沟槽的剖面呈梯形，所述底部沟槽的侧面倾角为所述底部沟槽的剖面梯形的顶角。步骤四、在所述超结沟槽中填充P型材料；P型柱由填充于所述超结沟槽中的所述P型材料组成，N型柱由所述P型柱之间的所述N型外延层组成，由多个交替排列的N型柱和P型柱组成超结结构。整个所述超结沟槽呈中间窄的收腰型结构，所述底部沟槽使所述超结沟槽的底部宽度增加，增加对所述N型柱底部的耗尽，提高超结结构的击穿电压范围。为解决上述技术问题，本专利技术提供的超结结构的制造方法包括如下步骤：步骤一、提供一表面形成有第一N型外延层的半导体衬底，光刻定义出超结沟槽的形成区域。步骤二、根据光刻定义进行第二次刻蚀在所述第一N型外延层中形成底部沟槽；所述底部沟槽的侧面倾角大于90度，所述底部沟槽的底部表面的宽度大于顶部表面的宽度；所述底部沟槽的剖面呈梯形，所述底部沟槽的侧面倾角为所述底部沟槽的剖面梯形的顶角。步骤三、在所述底部沟槽中填充P型材料。步骤四、在所述第一N型外延层表面进行外延生长形成第二N型外延层，由所述第一N型外延层和所述第二N型外延层叠加形成N型外延层。步骤五、根据光刻定义进行第一次刻蚀在所述第二N型外延层中形成顶部沟槽；所述顶部沟槽的侧面倾角小于90度，所述顶部沟槽的底部表面的宽度小于顶部表面的宽度；所述顶部沟槽的剖面呈梯形，所述顶部沟槽的侧面倾角为所述顶部沟槽的剖面梯形的顶角。所述顶部沟槽的底部表面为所述底部沟槽的顶部表面；由所述底部沟槽和所述顶部沟槽叠加形成所述超结沟槽。步骤六、在所述顶部沟槽中填充P型材料；P型柱由填充于所述超结沟槽中的P型材料组成，N型柱由所述P型柱之间的所述N型外延层组成，由多个交替排列的N型柱和P型柱组成超结结构。整个所述超结沟槽呈中间窄的收腰型结构，所述底部沟槽使所述超结沟槽的底部宽度增加，增加对所述N型柱底部的耗尽，提高超结结构的击穿电压范围。进一步的改进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超结结构，其特征在于：超结结构由多个交替排列的N型柱和P型柱组成，P型柱由填充于超结沟槽中的P型材料组成，超结沟槽形成于N型外延层中，N型柱由所述P型柱之间的所述N型外延层组成，所述N型外延层形成于半导体衬底表面；所述超结沟槽由底部沟槽和顶部沟槽叠加而成；所述底部沟槽和所述顶部沟槽的剖面都呈梯形，所述底部沟槽的侧面倾角为所述底部沟槽的剖面梯形的顶角，所述顶部沟槽的侧面倾角为所述顶部沟槽的剖面梯形的顶角；所述底部沟槽的侧面倾角大于90度，所述底部沟槽的底部表面的宽度大于顶部表面的宽度；所述顶部沟槽的侧面倾角小于90度，所述顶部沟槽的底部表面的宽度小于顶部表面的宽度；所述顶部沟槽的底部表面为所述底部沟槽的顶部表面，整个所述超结沟槽呈中间窄的收腰型结构，所述底部沟槽使所述超结沟槽的底部宽度增加，增加对所述N型柱底部的耗尽，提高超结结构的击穿电压范围。

【技术特征摘要】
1.一种超结结构，其特征在于：超结结构由多个交替排列的N型柱和P型柱组成，P型柱由填充于超结沟槽中的P型材料组成，超结沟槽形成于N型外延层中，N型柱由所述P型柱之间的所述N型外延层组成，所述N型外延层形成于半导体衬底表面；所述超结沟槽由底部沟槽和顶部沟槽叠加而成；所述底部沟槽和所述顶部沟槽的剖面都呈梯形，所述底部沟槽的侧面倾角为所述底部沟槽的剖面梯形的顶角，所述顶部沟槽的侧面倾角为所述顶部沟槽的剖面梯形的顶角；所述底部沟槽的侧面倾角大于90度，所述底部沟槽的底部表面的宽度大于顶部表面的宽度；所述顶部沟槽的侧面倾角小于90度，所述顶部沟槽的底部表面的宽度小于顶部表面的宽度；所述顶部沟槽的底部表面为所述底部沟槽的顶部表面，整个所述超结沟槽呈中间窄的收腰型结构，所述底部沟槽使所述超结沟槽的底部宽度增加，增加对所述N型柱底部的耗尽，提高超结结构的击穿电压范围。2.如权利要求1所述的超结结构，其特征在于：所述半导体衬底为硅衬底，所述N型外延层为N型硅外延层；组成所述P型柱的P型材料为P型硅。3.如权利要求2所述的超结结构，其特征在于：组成所述P型柱的P型硅为外延生长形成的P型硅外延层。4.如权利要求1所述的超结结构，其特征在于：所述超结沟槽由对所述N型外延层进行两次分段刻蚀形成，第一次刻蚀形成所述顶部沟槽，第二次刻蚀在所述顶部沟槽的底部形成所述底部沟槽。5.如权利要求1所述的超结结构，其特征在于：所述N型外延层由第一N型外延层和第二N型外延层叠加而成；所述底部沟槽形成于所述第一N型外延层中且通过第二次刻蚀形成；在所述底部沟槽中填充了所述P型柱的P型材料之后形成所述第二外延层，所述顶部沟槽形成于所述第二外延层中且通过第一次刻蚀形成。6.如权利要求4或5所述的超结结构，其特征在于：所述第一次刻蚀和所述第二次刻蚀都为干法刻蚀。7.如权利要求6所述的超结结构，其特征在于：所述第一次刻蚀的刻蚀角度小于90度，使所述顶部沟槽的侧面倾角小于90度；所述第二次刻蚀的刻蚀角度大于90度，使所述底部沟槽的侧面倾角大于90度。8.如权利要求1所述的超结结构，其特征在于：所述底部沟槽的顶部表面和底部表面之间的高度小于等于所述顶部沟槽的顶部表面和底部表面之间的高度。9.一种超结结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供一表面形成有N型外延层的半导体衬底，光刻定义出超结沟槽的形成区域；步骤二、根据光刻定义进行第一次刻蚀在所述N型外延层中形成顶部沟槽；所述顶部沟槽的侧面倾角小于90度，所述顶部沟槽的底部表面的宽度小于顶部表面的宽度；所述顶部沟槽的剖面呈梯形，所述顶部沟槽的侧面倾角为所述顶部沟槽的剖面梯形的顶角；步骤三、进行第二次刻蚀在所述顶部沟槽的底部的所述N型外延层中形成底部沟槽，由所述底部沟槽和所述顶部沟槽叠加形成所述超结沟槽；所述底部沟槽的侧面倾角大于90度，所述底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵龙杰，
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