一种阶梯状渐变外延深沟槽超结及其制备方法技术

一种阶梯状渐变外延深沟槽超结及其制备方法。涉及一种半导体集成电路制造方法。包括以下步骤：提供均匀掺杂的外延层，采用光刻刻蚀工艺在所述外延层中形成阶梯状沟槽；阶梯状沟槽的制备包括如下分步骤：采用光刻刻蚀工艺在外延层中蚀刻第一沟槽；在所述第一沟槽内蚀刻第二沟槽，所述第二沟槽的宽度不大于第一沟槽的宽度；采用多晶硅填充阶梯状沟槽，包括如下分步骤：在所述第二沟槽内填充第二掺杂浓度的第二多晶硅层；本发明专利技术使用浓度渐增P型柱来实现最佳电荷平衡,以达到崩溃电压最佳化;同时阶梯状沟槽可以最大化N型柱电流路径宽度,实现优化特征电阻20%。实现优化特征电阻20%。实现优化特征电阻20%。

【技术实现步骤摘要】
一种阶梯状渐变外延深沟槽超结及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体集成电路制造方法，尤其涉及一种阶梯状渐变外延深沟槽超结及其制备方法。

技术介绍

[0002]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(charge coupling)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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]针对上述问题，现有专利文献中，如公开号为CN107546129A一篇专利技术专利，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。
[0006]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。
[0007]步骤21和步骤22使用两次多晶填充后进行热退火，在倒梯形沟槽中完成顶部到底部掺杂浓度渐增结构，从而获得更低的特征电阻，两次多晶填充加上热退火过程，势必增加了制程成本，而且降低了制备的效率。
[0008]又如，现有专利文献中，如公开号为CN105957896B一篇专利技术专利，公开了一种超结功率器件，在N型外延层上形成有超结结构，超结结构中的P型柱填充于沟槽中；沟槽的侧面为倾斜结构以有利于沟槽的刻蚀和填充；在沟槽的侧面形成有通过离子注入形成的掺杂补偿层，从沟槽的顶部到底部方向上掺杂补偿层的掺杂浓度逐步变化，用于补偿不同深度处的沟槽宽度对P型柱和N型柱的电荷平衡的影响，从而提高沟槽的不同深度处的P型柱和相邻的N型柱的电荷平衡并从而提高超结功率器件的击穿电压。采用两次以上掺杂注入于下窄上宽之沟槽侧面，从而进一步实现更低的特征电阻，但两次以上沟槽侧壁掺杂注入增加了制程的复杂度，从而影响最终产品品质的稳定性。通过参杂补偿虽可提升电荷不平衡时的崩溃电压, 却无法提升电荷平衡时的崩溃电压, 进而亦无法优化电荷平衡时的特征电阻。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对以上问题，提供了一种加工简便、实现较低特征电阻的一种阶梯状渐变外延深沟槽超结及其制备方法。
[0010]本专利技术的技术方案是：一种阶梯状渐变外延深沟槽超结的制备方法，包括以下步骤：S100、提供均匀掺杂的外延层，采用光刻刻蚀工艺在所述外延层中形成阶梯状沟槽；阶梯状沟槽的制备包括如下分步骤：S110、采用光刻刻蚀工艺在外延层中蚀刻第一沟槽；S120、在所述第一沟槽内蚀刻第二沟槽，所述第二沟槽的宽度不大于第一沟槽的宽度；S200、采用多晶硅填充阶梯状沟槽，包括如下分步骤：S210、在所述第二沟槽内填充第二掺杂浓度的第二多晶硅层；S220、在所述第一沟槽内填充掺杂浓度低于第二掺杂浓度的第一多晶硅层。
[0011]进一步，步骤S220完成后，还包括步骤：S230、在阶梯状沟槽的第二沟槽内蚀刻第三沟槽，所述第三沟槽的宽度不大于第二沟槽的宽度。
[0012]进一步，所述第三沟槽中第三多晶硅层掺杂的浓度不低于第二多晶硅层的浓度。
[0013]进一步，步骤S110中第一沟槽蚀刻步骤包括：S111、在外延层上沉积蚀刻掩膜氧化层；S112、在蚀刻掩膜氧化层上涂覆光阻液一；S113、对光阻液一进行显影定义第一沟槽的宽度；S114、对蚀刻掩膜氧化层进行蚀刻，蚀刻完成后去除蚀刻掩膜氧化层上剩余的光阻液一；S115、根据定义的第一沟槽深度值，对外延层向下进行蚀刻，形成第一沟槽。
[0014]进一步，步骤S120中第二沟槽蚀刻步骤包括：S121、在第一沟槽内沉积第一氧化层后，蚀刻第一氧化层，并留下侧壁氧化层一；S122、根据定义的第二沟槽深度值，在第一沟槽内向下蚀刻，形成第二沟槽。
[0015]6、根据权利要求2所述的一种阶梯状渐变外延深沟槽超结的制备方法，其特征在于，步骤S230中第三沟槽蚀刻的步骤包括：S231、在阶梯状沟槽内沉积第二氧化层；S232、蚀刻第二氧化层，留下侧壁氧化层二；S233、根据定义的第三沟槽深度值，对外延层向下进行蚀刻，形成第三沟槽。
[0016]进一步，步骤S220中第一多晶硅层填充完成后，进行如下顶部工艺步骤：S300、在其顶面从下而上依次沉积闸极氧化层和闸极多晶层，并在闸级多晶层顶面涂覆光阻液二；S400、对光阻液二进行显影定义闸极宽度，并对其下方的闸极多晶层和闸极氧化层进行蚀刻，蚀刻完成后去除光阻液二；S500、在第一多晶硅层的顶面进行B离子注入工艺，形成P阱区，并通过退火工艺对P阱区进行活化；
S600、在P阱区的顶面进行砷离子注入工艺，形成源区；S700、在源区与闸极多晶层的顶部沉积间隔氧化层，并通过蚀刻工艺，从间隔氧化层的顶部向下蚀刻，形成延伸至P阱区的金属填充槽；S800、在间隔氧化层上制备第一金属层，并通过金属填充槽延伸至P阱区。
[0017]进一步，所述金属填充槽的截面呈V型结构。
[0018]一种阶梯状渐变外延深沟槽超结，包括：外延层，所述外延层上设有从顶面向下依次蚀刻的第一沟槽和第二沟槽；所述第二沟槽的宽度不大于第一沟槽的宽度；第二多晶硅层，所述第二多晶硅层填充于第二沟槽内；第一多晶硅层，所述第一多晶硅层填充于第一沟槽内；所述第一多晶硅层的顶部设有向下通过离子注入形成的P阱区，所述P阱区的顶部设有向下通过离子注入形成的源区；闸极氧化层，所述闸极氧化层设置在外延层顶部；闸极多晶层，所述闸极多晶层设置在闸极氧化层的顶部；间隔氧化层，所述间隔氧化层设置在闸极多晶层的顶部，并设有从顶面延伸至P阱区的金属填充槽；和第一金属层，所述第一金属层覆盖在所述间隔氧化层的顶部，并通过金属填充槽延伸至P阱区。
[0019]进一步，所述第二沟槽内设有向下蚀刻的第三沟槽；所述第三沟槽的宽度不大于第二沟槽的宽度。
[0020]本专利技术创新点：1、在外延层上通过蚀刻调整形成阶梯状沟槽，并在阶梯状沟槽内填入上淡下浓之渐变的多晶硅层；使用浓度渐增P型柱来实现最佳电荷平衡, 以达到崩溃电压最佳化; 同时阶梯状沟槽可以最大化N型柱电流路径宽度, 实现优化特征电阻20%。
[0021]2、浓度渐增P型柱即可取代现有技术中参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阶梯状渐变外延深沟槽超结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S100、提供均匀掺杂的外延层，采用光刻刻蚀工艺在所述外延层中形成阶梯状沟槽；阶梯状沟槽的制备包括如下分步骤：S110、采用光刻刻蚀工艺在外延层中蚀刻第一沟槽；S120、在所述第一沟槽内蚀刻第二沟槽，所述第二沟槽的宽度不大于第一沟槽的宽度；S200、采用多晶硅填充阶梯状沟槽，包括如下分步骤：S210、在所述第二沟槽内填充第二掺杂浓度的第二多晶硅层；S220、在所述第一沟槽内填充掺杂浓度低于第二掺杂浓度的第一多晶硅层。2.根据权利要求1所述的一种阶梯状渐变外延深沟槽超结的制备方法，其特征在于，步骤S220完成后，还包括步骤：S230、在阶梯状沟槽的第二沟槽内蚀刻第三沟槽，所述第三沟槽的宽度不大于第二沟槽的宽度。3.根据权利要求2所述的一种阶梯状渐变外延深沟槽超结的制备方法，所述第三沟槽中第三多晶硅层掺杂的浓度不低于第二多晶硅层的浓度。4.根据权利要求1所述的一种阶梯状渐变外延深沟槽超结的制备方法，其特征在于，步骤S110中第一沟槽蚀刻步骤包括：S111、在外延层上沉积蚀刻掩膜氧化层；S112、在蚀刻掩膜氧化层上涂覆光阻液一；S113、对光阻液一进行显影定义第一沟槽的宽度；S114、对蚀刻掩膜氧化层进行蚀刻，蚀刻完成后去除蚀刻掩膜氧化层上剩余的光阻液一；S115、根据定义的第一沟槽深度值，对外延层向下进行蚀刻，形成第一沟槽。5.根据权利要求1所述的一种阶梯状渐变外延深沟槽超结的制备方法，其特征在于，步骤S120中第二沟槽蚀刻步骤包括：S121、在第一沟槽内沉积第一氧化层后，蚀刻第一氧化层，并留下侧壁氧化层一；S122、根据定义的第二沟槽深度值，在第一沟槽内向下蚀刻，形成第二沟槽。6.根据权利要求2所述的一种阶梯状渐变外延深沟槽超结的制备方法，其特征在于，步骤S230中第三沟槽蚀刻的步骤包括：S231、在阶梯状沟槽内沉积第二氧化层；S232、蚀刻第二氧化层，留下侧壁氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：白宗纬，张胜凯，王金雄，刘从宁，
申请(专利权)人：江苏美微科半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：