[发明专利]一种超级结的制备工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及功率半导体器件，具体涉及一种超级结的制备工艺方法。

背景技术

超级结功率器件是一种发展迅速、应用广泛的新型功率半导体器件。它是在普通双扩散金属氧化物半导体(DMOS)的基础上，通过引入超级结(Super Junction)结构，除了具备DMOS输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、易电压控制、热稳定好、驱动电路简单、易于集成等特点外，还克服了DMOS的导通电阻随着击穿电压成2.5次方关系增加的缺点。目前超级结DMOS已广泛应用于面向个人电脑、笔记本电脑、上网本、手机、照明(高压气体放电灯)产品以及电视机(液晶或等离子电视机)和游戏机等消费电子产品的电源或适配器。

目前超级结功率器件的制备工艺主要分成两大类，一种是利用多次外延和注入的方式在N型外延衬底上形成P柱；另外一种是在深沟槽刻蚀加P柱填充的方式形成。

在利用深沟槽加P柱填入方式制备超级结的工艺中，P阱通常在P柱形成之前通过热扩散形成。通过这种方式形成的P阱由于制程中热预算(thermal budget)较大造成P阱的横向扩散面积较大，进而引起器件的总面积增大，不利于器件设计的元胞整合，从而导致器件性能下降，成本增加。

以目前较为流行的垂直双扩散撒金属氧化物半导体(VDMOS)为例，如图1所示，如果采用传统的工艺方法在P柱14形成之前，采用离子注入加高温退火的工艺制备P阱15，为了达到一定深度，则P阱横向扩散长度18也会随之扩大。同时为了避免相邻的两个P阱15在工作时发生穿通现象(punch through)，两个P阱15之间一定要保证有最小的间距，从而限制了单位面积内集成的晶体管个数。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于通过改善超级结制备工艺，优化具有超级结结构的半导体分离器件的设计，有效降低P阱的热预算，减少P阱横向扩散长度，增加单位面积内的晶体管数量，从而提高器件性能，降低制造成本，同时本工艺还方便调节元器件的阈值电压。

为解决上述技术问题，本发明提供一种超级结的制备工艺方法，包括如下步骤：

步骤1，准备一片N型外延硅片做衬底；

步骤2，通过一层光罩定义出深沟槽的图案，采用干法刻蚀的方法，形成深沟槽；

步骤3，在深沟槽内填充P型硅，形成P柱，随后用化学机械研磨方法将硅片表面磨平；

步骤4，利用光罩定义出需要P阱注入的区域，然后利用高能离子注入P型杂质形成P阱，然后采用快速热处理的方法对掺杂离子进行激活；

步骤5，依次沉积一层氧化硅和掺杂多晶硅作为栅极，然后通过光刻和刻蚀工艺形成栅极；

步骤6，利用离子注入形成源极；

步骤7，等器件制备的所有工艺进行完后，再进行晶背减薄和蒸金在晶片背面形成漏极。

步骤1中，所述衬底由两层构成，一层是电阻率较低的单晶硅片，然后在其上面利用外延生长的方式生长一层电阻率较高的外延层，外延层厚度由器件的耐压值来决定。

步骤2中，所述深沟槽的形成采用干法离子刻蚀工艺形成，深沟槽的深度根据器件的击穿电压来决定；在干法刻蚀深沟槽时，可以采用带硬掩膜或者不带硬掩膜两种工艺。所述带硬掩膜的工艺具体为：采用氧化物、氮化物或碳化物层作为硬掩膜，首先刻蚀硬掩膜，然后再刻蚀深沟槽；所述不带硬掩膜的工艺具体为：采用光刻胶为掩膜的干法刻蚀直接刻蚀形成深沟槽。

步骤3中，所述P柱的形成是采用外延填充P型单晶硅或者多晶硅沉积的方式在深沟槽内填充P型硅。

步骤4中，在P阱注入后增加一步离子注入用来专门调节器件的阈值电压。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明主要是针对深沟槽加P柱填入方式制备超级结的工艺，通过改善超级结的制造工艺流程，将P阱的形成工艺置于P柱形成之后，采用高能离子注入工艺进行P阱注入，同时在P阱注入后加入一步用于调节阈值电压的注入，然后进行快速高温热处理将注入离子原位激活。这样可以有效降低P阱的热预算，减少P阱横向扩散长度，增加单位面积内的晶体管数量。本发明通过改善超级结制备工艺，优化具有超级结结构的半导体分离器件的设计，从而提高器件性能，降低制造成本，同时本工艺还方便调节元器件的阈值电压。

附图说明

图1是采用传统的工艺方法形成的超级结的结构示意图；

图2是采用本发明工艺方法形成的超级结的结构示意图(即本发明方法步骤7完成后的示意图)；

图3是本发明方法步骤1完成后的示意图；

图4是本发明方法步骤2完成后的示意图；