[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。

在利用深沟槽刻蚀加P柱填充方式制备超级结的现有工艺中，填充P柱的杂质浓度通常是均一的（如图1所示，P柱14的杂质浓度是均一的）。为了改善器件的雪崩击穿能量，需要改善P柱顶端的浓度。此外现有的外延工艺填充对掺杂浓度有所限制，不能满足器件的设计要求，需要采用新的工艺方法进一步提高P柱顶端的掺杂浓度。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种超级结的制备工艺方法，通过改善超级结制备工艺流程，改变P柱顶端的掺杂浓度，进而改善器件的耐雪崩击穿能力。

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，包括下列工艺步骤：

步骤1,准备一片N型外延硅片做衬底；

步骤2,利用光罩定义出需要P阱注入的区域并进行离子注入，然后利用高温退火工艺将P阱注入进行推进，形成P阱；

步骤3,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4,采用选择性外延填充方式，在深沟槽内部分填充P型单晶硅，形成P柱；

步骤5,在深沟槽顶部填充P型掺杂的多晶硅，并且掺杂浓度要大于深沟槽底部外延生长的P型单晶硅；

步骤6,利用干法离子刻蚀工艺对硅表面的多晶硅进行回刻；

步骤7,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8,利用离子注入形成源极,随后在深沟槽顶部形成接触孔；

步骤9,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。所述步骤1中，使用的衬底由两层构成，一层是电阻率低的单晶硅片，另一层是在所述单晶硅片上面利用外延成长的方式生成的电阻率高的外延层，外延层的电阻率是1~8ohm.cm，单晶硅片的电阻率为1~5mohm.cm；所述外延层的厚度由器件的额定电压来决定。

所述步骤2中，所述离子注入的浓度为1E13-9E13cm^-3，注入能量范围在50-100Kev；所述高温退火工艺的退火温度为1000-1200℃，时间为80-120分钟。

所述步骤3中，所述深沟槽的深度根据器件的击穿电压来决定；所述深沟槽的形成采用带硬光罩层或者不带硬光罩层两种工艺。所述带硬光罩层的工艺具体为：采用氧化物、氮化物或碳化物层作为硬光罩层，首先刻蚀硬光罩层，然后再刻蚀深沟槽；所述不带硬光罩层的工艺具体为：采用光刻胶为掩膜的干法刻蚀直接刻蚀形成深沟槽。

所述步骤4中，P柱的形成是采用选择性外延沉积的方式填充一部分深沟槽，填充深度由器件电性能决定。

如果步骤3采用带硬光罩层工艺干法刻蚀深沟槽，则步骤6完成后还要利用湿法刻蚀去除硅表面的硬光罩层。

所述步骤8中，所述离子注入浓度为1E15-9E15cm^-3，注入能量为50-90Kev。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过外延加多晶硅填充超级结深沟槽，一方面可以提高P柱顶端的浓度，降低阱区的电阻，并最终改善器件的雪崩击穿能力；另一方面也可以简化工艺，降低生产成本。

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；