[发明专利]沟槽型超级结及其制造方法

说明书

本发明公开了一种沟槽型超级结，包括：形成于第一导电类型的第一外延层中的多个沟槽，各沟槽中填充有未将沟槽完全填充的第二导电类型的第二外延层。第一导电类型的第三外延层将沟槽的空隙完全填充。各超级结单元的第二外延层的体积相同，第一外延层和第三外延层的体积和也相同，使得各超级结单元中的第一和第三外延层的第一导电类型掺杂总量的和与第二外延层的第二导电类型掺杂总量相匹配。本发明还公开了一种沟槽型超级结的制造方法。本发明能自对准实现各超级结单元的电荷匹配，能提高超级结器件的反向击穿电压的面内均匀性以及提高反向击穿电压的工艺窗口范围。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种沟槽型超级结；本发明还涉及一种沟槽型超级结的制造方法。

背景技术

超级结为由形成于半导体衬底中的交替排列的P型薄层也称P型柱(Pillar)和N型薄层也称N型柱组成，利用P型薄层和N型薄层完成匹配形成的耗尽层来支持反向耐压同时保持较小的导通电阻。

超级结的PN间隔的Pillar结构是超级结的最大特点。现有制作PN间隔的pillar结构主要有两种方法，一种是通过多次外延以及离子注入的方法获得，另一种是通过深沟槽刻蚀以及外延(EPI)填充的方式来制作。后一种方法即为沟槽型超级结的制造方法，这种方法是通过沟槽工艺制作超级结器件，需要先在半导体衬底如硅衬底表面的N型掺杂外延层上刻蚀一定深度和宽度的沟槽，然后利用外延填充(EPI Filling)的方式在刻出的沟槽上填充P型掺杂的硅外延。在沟槽的刻蚀中，同一半导体衬底中的不同区域的沟槽的形貌并不完全相同，而超级结器件的反向击穿电压受沟槽的形貌影响非常大，使得同一晶圆上的超级结器件的反向击穿电压的均匀性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种沟槽型超级结，能自对准实现各超级结单元的电荷匹配，能提高超级结器件的反向击穿电压的面内均匀性以及提高反向击穿电压的工艺窗口范围。为此，本发明还提供一种沟槽型超级结的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的沟槽型超级结包括：

多个形成于第一导电类型的第一外延层中的沟槽，所述第一外延层形成于半导体衬底表面，各所述沟槽采用相同的光刻刻蚀工艺形成，各所述沟槽的开口尺寸和侧面倾斜角度存在有所述光刻刻蚀工艺引起的误差，各所述沟槽的开口尺寸和侧面倾斜角度的误差使得同一所述半导体衬底面内的各所述沟槽之间存在体积差异。

各所述沟槽中填充有第二导电类型的第二外延层，各所述沟槽的所述第二外延层同时形成，所述第二外延层未将各所述沟槽完全填充而在各所述沟槽中留下有空隙；在各所述沟槽中填充有第一导电类型的第三外延层且所述第三外延层自对准将各所述沟槽的空隙填满。

由填充于各所述沟槽中的所述第二外延层和所述第三外延层组成第二导电类型薄层，由各所述沟槽之间的所述第一外延层组成第一导电类型薄层，由所述第一导电类型薄层和所述第二导电类型薄层交替排列组成超级结。

超级结单元由一个所述第一导电类型薄层和对应相邻的一个所述第二导电类型薄层组成。

对于各所述超级结单元，由各所述沟槽中的空隙大小根据对应沟槽的体积自对准变化，会使得各所述沟槽对应的所述第三外延层和相邻的组成所述第一导电类型薄层的所述第一外延层的总体积保持不变，从而使得各所述超级结单元中的所述第一外延层的第一导电类型掺杂总量和所述第三外延层的第一导电类型掺杂总量的和与所述第二外延层的第二导电类型掺杂总量相匹配。

进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底，所述第一外延层、所述第二外延层和所述第三外延层都为硅外延层。

进一步的改进是，各所述沟槽的开口尺寸和侧面倾斜角度的误差使得同一所述半导体衬底面内的各所述沟槽之间存在体积差异且体积差异最大值为1％～20％。