一种半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体器件的制造方法，其采用化学气相沉积法填充衬底外延层中的沟槽。执行第一填充步骤，使用至少包括硅源和卤化物的混合气体填充所述沟槽，以形成半导体层，至少在所述沟槽填充的最后一个填充步骤中使用硅源气体而不使用卤化物气体填充沟槽，直到沟槽被完全填满。该方法既保证了沟槽的填充质量，又缩短了整个沟槽的填充时间，从而提高了具有沟槽结构尤其是具有深沟槽结构的半导体器件的生产效率，降低该半导体器件的生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，更具体地，涉及利用硅外延技术填充沟槽的。
技术介绍
众所周知，功率半导体器件是电力电子应用产品的基础。近年来，由于需求旺盛，因此发展很迅速。随着技术的发展，体积逐渐变小、重量更轻、安全可靠性更高、更加节能。半导体功率器件又称为电子电力器件，包括功率分立器件和功率集成电路，用于对电流、电压、频率、相位、相数进行变换与控制，以实现整流(AC/DC)、逆变(DC/AC)、斩波(DC/DC)、开关、放大等各种功能，是能耐受高压或者承受大电流的半导体分立器件和集成电路。功率半导体器件一般都是起到开关作用，因为在“开”、“关”两个状态下，半导体器件功率损耗比较小。因此，半导体功率器件在系统中的地位相当于为整个系统“供血”的“心脏”，其广泛应用在通信、消费电子、汽车、计算机与工业控制领域。从产品结构上分类，功率半导体器件可分为二极管、三极管、功率晶体管与晶闸管，其中功率晶体管以其优异性能，正逐渐成为功率半导体器件的主流。功率晶体管又可分为MOSFET与IGBT两大类，其中MOSFET按结构又可分为VDM0SFET与LDM0SFET两种，而由于LDM0SFET相比VDM0SFET其占用芯片的面积比较大，所以集成度不是很高，因此VDM0SFET正成为功率晶体管研究开发的潮流。从工作原理上，VDM0SFET实际上就等于MOSFET加上JFET，而N漂移区相当于JFET的沟道，因此N漂移区的宽度、掺杂浓度、内部缺陷等因素对器件性能的影响较大。因为N漂移区的电阻率较高，而且P区下面有的部分未导电，故导通电阻仍然比较大，影响输出功率；P-N结的耐压以及表面击穿对器件的影响较大。击穿电压(Vbd)和导通电阻(Ron)是设计功率MOSFET器件必须考虑的两个主要参数。击穿电压随耗尽层(外延层)电阻率的降低而迅速下降，而导通电阻主要有外延层的电阻率来决定。耗尽层中的掺杂浓度越高，导通电阻(Rw)降低，但同时击穿电压(Vbd)也降低；反之，耗尽层中的掺杂浓度越低，虽然耗尽层中的载流子数量降低会提高击穿电压(Vbd)，导通电阻(RJ也因此而随之提高。二者是相互矛盾的，即如果要获得比较高的击穿电压，则导通电阻也会很高；如果要导通电阻低，则击穿电压也会很低。导通电阻受击穿电压限制而存在一个极限，称之为“硅限”(Silicon Limint)而无法降低，因此，有人提出了“超结理论”(Super Junction Theory),即采用多个PN交替排布结构代替传统功率器件中低掺杂漂移层作为电压的支持层。因此这种PN交替排布的MOSFET器件也称为“超级结”M0SFET。该“超级结”MOSFET半导体器件中外延层中的P柱具有较大的“深宽比”，即:P柱的深度大于览度。在“超级结”MOSFET中，其衬底的外延层被设置成交替排布设置的N型漂移区和P型隔离区。将每一个P型隔离区设置在相邻的N型漂移区之间以形成P-N结。当MOSFET处于导通状态，漂移电流流经N型漂移区。相反，如果MOSFET处于截止状态，耗尽层从N型漂移区和P型隔离区之间的每一个P-N结扩展到N型漂移区中。在这种情况下，由于通过从P型隔离区的纵向两侧横向扩展耗尽区的最外端可以加速耗尽，所以将P型隔离区同时耗尽。因此，MOSFET的击穿电压(Vbd)变高。此外，通过增加N型漂移区的杂质浓度也可以降低MOSFET的导通电阻(Ron)。虽然“超级结”MOSFET相对传统MOSFET具有较大的优势，但其制造工艺比较困难，主要是交替排列的P型和N形半导体区形成比较困难。目前主要有两种主要形成方法，一种是多次外延法，即多次外延形成N漂移区。另一种方法为在N型硅衬底上一次性生长N型厚外延层，然后在厚外延层上刻蚀出深沟槽，最后用P型硅外延法填充沟槽，以形成P-N交替排布的“超级结”半导体。第一种方法工艺实现较第二种容易，但成本较高；第二种方法工艺难度比较大，特别是沟槽的填充工艺的难度较大。现有技术中填充沟槽的方法主要是利用卤化物气体与硅源气体的混合气体来填充沟槽。如美国专利US 7, 364, 980B2公开了一种沟槽填埋方式，其采用的技术方案是利用卤化物气体与硅源气体两种混合气体来填充沟槽。所述卤化物气体包括氯气(Cl2)、氯化氢(HCl)、氟气(F2)、三氟化氯(ClF3)、氟化氢(HF)、溴化氢(HBr),其中优选使用氯化氢(HCl)气体；所述娃源气体包括四氢化娃(SiH4)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯化硅(SiCl4),并优选使用二氯甲硅烷(SiH2Cl2)。其中硅源气体用于填充沟槽，而卤化物气体用于蚀刻沟槽，其整个填充沟道的过程相当于边填充边蚀刻，由于卤化物气体的蚀刻作用，必然导致沟槽内的半导体层生长速率降低；而单纯使用硅源气体填充沟槽会导致内填充的沟槽内部出现孔洞(void)，这种孔洞将导致半导体功率器件的击穿电压(Vbd)下降，影响器件的电学性能。但是如果同时使用这两种气体填充沟槽，会导致整个沟槽填充的时间过长。如何既保证沟槽填充的效果同时兼顾填充效率，即:沟槽填充时间不要过长。正成为高压半导体器件制造技术与设计领域的一个新兴技术课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出，该制造方法既能实现沟槽填充的良好效果，又能缩短整个填充沟槽的时间，提高沟槽的填充效率，从而提高半导体器件的生产效率,较少生产成本。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了，其包括如下步骤:提供半导体衬底，所述衬底表面设有外延层，所述外延层中设置有若干沟槽；执行第一填充步骤，使用至少包括硅源和卤化物的混合气体填充所述沟槽，以形成半导体层；至少在所述沟槽填充的最后一个填充步骤中使用硅源气体而不使用卤化物气体填充沟槽。作为本专利技术的进一步改进，所述第一填充步骤还包括梯度降低硅源气体的流量和/或梯度增加卤化物气体的流量。作为本专利技术的进一步改进，所述衬底的外延层被划分为有源区和无源区。作为本专利技术的进一步改进，位于有源区的沟槽具有第一深度和第一宽度。作为本专利技术的进一步改进，所述无源区的沟槽具有第二深度和第二宽度。作为本专利技术的进一步改进，所述有源区和无源区的沟槽相互贯通。作为本专利技术的进一步改进，该方法还包括，在所述沟槽填充的最后一个填充步骤之前，仅使用卤化物气体对沟槽中的所述半导体层进行蚀刻。作为本专利技术的进一步改进，当有源区的沟槽中所述半导体层与沟槽顶部沿沟槽深度方向的最大距离小于或等于第一宽度的1.6倍时，终止所述第一填充步骤。作为本专利技术的进一步改进，当有源区的沟槽中所述半导体层与沟槽顶部沿沟槽深度方向的最大距离小于或等于第一宽度的1.2倍时，终止所述第一填充步骤。作为本专利技术的进一步改进，在所述第一填充步骤中，所述混合气体还包括氢气和掺杂气体。作为本专利技术的进一步改进，所述掺杂气体为硼烷，所述硼烷选自甲硼烷、乙硼烷、丁硼烷或它们的组合。作为本专利技术的进一步改进，所述衬底为第一掺杂浓度的N型半导体，外延层为第二掺杂浓度的N型半导体，所述第一掺杂浓度大于第二掺杂浓度，所述沟槽中形成P型半导体层。作为本专利技术的进一步改进，所述硅源气体选自四氢化硅(SiH4)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯化硅(SiCl4)或它们的组合；所述卤化物气体选自氯气(Cl2)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：提供半导体衬底，所述衬底表面设有外延层，所述外延层中设置有若干沟槽；执行第一填充步骤，使用至少包括硅源和卤化物的混合气体填充所述沟槽，以形成半导体层；至少在所述沟槽填充的最后一个填充步骤中使用硅源气体而不使用卤化物气体填充沟槽。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤: 提供半导体衬底，所述衬底表面设有外延层，所述外延层中设置有若干沟槽； 执行第一填充步骤，使用至少包括硅源和齒化物的混合气体填充所述沟槽，以形成半导体层； 至少在所述沟槽填充的最后一个填充步骤中使用硅源气体而不使用卤化物气体填充沟槽。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述第一填充步骤还包括梯度降低硅源气体的流量和/或梯度增加卤化物气体的流量。3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述衬底的外延层被划分为有源区和无源区。4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于:位于有源区的沟槽具有第一深度和第一宽度。5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于:所述无源区的沟槽具有第二深度和第二宽度。6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于:所述有源区和无源区的沟槽相互贯通。7.根据权利要 求1至3中任一项所述的制造方法，其特征在于:该方法还包括，在所述沟槽填充的最后一个填充步骤之前，仅使用卤化物气体对沟槽中的所述半导体层进行蚀刻。8.根据权利要求4或5中任一项所述的制造方法，其特征在于:当有源区的沟槽中所述半导体层与沟槽顶部沿沟槽深度方向的最大距离小于或等于第一宽度的1.6倍时，终止所述第一填充步骤。9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于:当有源区的沟槽中所述半导体层与沟槽顶部沿沟槽深度方向的最大距离小于或等于第一宽度的1.2倍时，终止所述第一填充步骤。10.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继全，肖胜安，季伟，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：