本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域，尤其涉及一種用于超結(jié)器件的外延片的制作方法和結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

溝槽型垂直雙擴(kuò)散場(chǎng)效應(yīng)晶體管(VDMOS)的漏源兩極分別在器件的兩側(cè)，使電流在器件內(nèi)部垂直流通，增加了電流密度，改善了額定電流，單位面積的導(dǎo)通電阻也較小，是一種用途非常廣泛的功率器件。

傳統(tǒng)功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)通常采用VDMOS結(jié)構(gòu)，為了承受高耐壓，需降低漂移區(qū)摻雜濃度或者增加漂移區(qū)厚度，這帶來的直接后果是導(dǎo)通電阻急劇增大。超結(jié)MOSFET采用交替的P-N結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)功率器件中單一導(dǎo)電類型材料作為電壓維持層，在漂移區(qū)中引入了橫向電場(chǎng)，使得漂移區(qū)在較小的關(guān)斷電壓下即可完全耗盡，達(dá)到提高擊穿電壓并降低導(dǎo)通電阻的目的。

超結(jié)器件利用交替的N柱和P柱進(jìn)行電荷補(bǔ)償，使P區(qū)和N區(qū)相互耗盡，形成理想的平頂電場(chǎng)分布和均勻的電勢(shì)分布，要達(dá)到理想的效果，其前提條件就是電荷平衡。因此，超結(jié)技術(shù)制造工藝的關(guān)鍵如何制造電荷平衡的N柱和P柱。

目前，超結(jié)結(jié)構(gòu)的制造方法主要有多次外延和注入技術(shù)、深槽刻蝕和填槽技術(shù)。以N型漂移區(qū)為例，多次外延方法是在N型襯底上采用多次外延生長(zhǎng)到需要的厚度的漂移區(qū)，每一次外延后進(jìn)行P型離子注入，累加形成連續(xù)的P柱，該方法工藝復(fù)雜，成本較高，需要多次重復(fù)的過程才能形成滿足需要的超結(jié)厚度，耗時(shí)長(zhǎng)。深槽刻蝕和填槽技術(shù)是在單晶片上生長(zhǎng)一定厚度的N型外延 層，在外延層上刻蝕深槽，然后在深槽中進(jìn)行P型外延，需進(jìn)行兩次外延和一次刻槽，相比多次外延和注入技術(shù)，工藝較為簡(jiǎn)單，也降低了成本，但進(jìn)行深槽外延時(shí)易形成空洞，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，外延形成的P型摻雜區(qū)難以達(dá)到漂移區(qū)的工藝要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決超結(jié)器件的外延片制作工藝復(fù)雜的問題，提供一種用于超結(jié)器件的外延片的制作方法和結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明方法包括：

一種用于超結(jié)器件的外延片的制作方法包括：

將第二導(dǎo)電類型摻雜劑通過第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的第一表面進(jìn)行摻雜，在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片中形成第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)；

在所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)形成交替相鄰的多個(gè)溝槽和多個(gè)臺(tái)面，所述多個(gè)溝槽的底部和所述第一導(dǎo)電類型單晶片接觸；

生長(zhǎng)第一導(dǎo)電類型的外延，填充所述溝槽并覆蓋所述臺(tái)面的上表面形成第一導(dǎo)電類型外延層；

將所述第一導(dǎo)電類型外延層作為超結(jié)器件的襯底。

將第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的第一表面用第二導(dǎo)電類型摻雜劑進(jìn)行摻雜，形成第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)，具體包括：采用熱擴(kuò)散工藝，將所述第二導(dǎo)電類型摻雜劑通過所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的第一表面進(jìn)入所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片，形成第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)。

在所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)形成交替相鄰的多個(gè)溝槽和多個(gè)臺(tái)面，包括：用光刻膠作為掩膜，干法刻蝕所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)，形成交替相鄰的多個(gè)溝槽和多個(gè)臺(tái)面，其中，所述多個(gè)溝槽的底部與所述第一導(dǎo)電類型單晶片接觸。

將第二導(dǎo)電類型摻雜劑通過第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的第一表面進(jìn)行摻雜之前，還包括：對(duì)所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的第一表面和與所述第 一表面相對(duì)的第二表面進(jìn)行清洗。

一種用于超結(jié)器件的外延片的結(jié)構(gòu)，包括：

第一導(dǎo)電類型的襯底，所述襯底為第一導(dǎo)電類型外延層；

位于所述襯底之上的漂移區(qū)；

所述漂移區(qū)包含：第一導(dǎo)電類型摻雜柱、第二導(dǎo)電類型摻雜柱，以及位于所述第一導(dǎo)電類型摻雜柱和所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱之上的第一導(dǎo)電類型摻雜層，所述第一導(dǎo)電類型摻雜柱和第二導(dǎo)電類型摻雜柱交替設(shè)置，所述第一導(dǎo)電類型摻雜柱與所述第一導(dǎo)電類型外延層材質(zhì)相同，所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱與所述第一導(dǎo)電類型摻雜層均為半導(dǎo)體單晶片。

所述第一導(dǎo)電類型摻雜柱和第二導(dǎo)電類型摻雜柱的高度相等，范圍為10um～200um。

所述第一導(dǎo)電類型摻雜柱的摻雜濃度×第一導(dǎo)電類型摻雜柱的寬度＝所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱的摻雜濃度×第二導(dǎo)電類型摻雜柱的寬度。

本發(fā)明實(shí)施例提供的用于超結(jié)器件的外延片的制作方法，只需進(jìn)行一次刻槽和一次外延，即可形成P柱和N柱相鄰的結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)有技術(shù)中工藝較為簡(jiǎn)單的深槽刻蝕和填槽技術(shù)需進(jìn)行兩次外延和一次刻槽，因此，本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步簡(jiǎn)化了工藝步驟，節(jié)省了生產(chǎn)成本。另外，本發(fā)明實(shí)施例提供的方案將外延層作為襯底，將單晶片作為上層，在單晶片的表面上進(jìn)一步制作超結(jié)器件，超結(jié)器件的外延片對(duì)漂移區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求較高，對(duì)襯底的要求較低，由于單晶片比外延內(nèi)部缺陷少，將外延層作為襯底，用單晶片制作漂移區(qū)且在其表面制作超結(jié)器件，更容易控制外延片的制作以滿足工藝上的要求，因此，降低了對(duì)外延工藝的要求，進(jìn)一步降低了制作工藝的復(fù)雜度，節(jié)省了生產(chǎn)成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的 一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中用于超結(jié)器件的外延片的制作方法流程的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中用于超結(jié)器件的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(a)至圖3(e)為本發(fā)明實(shí)施例二中用于超結(jié)器件的外延片的制作流程中各階段的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了方便起見，以下說明中使用了特定的術(shù)語(yǔ)體系，并且這并不是限制性的。措詞“左”、“右”、“上”和“下”表示在參照的附圖中的方向。措詞“向內(nèi)”和“向外”分別是指朝著以及遠(yuǎn)離描述的對(duì)象及其指定部分的幾何中心。術(shù)語(yǔ)包括以上具體提及的措詞、其衍生物以及類似引入的措詞。

盡管本發(fā)明的實(shí)施例涉及特定的導(dǎo)電類型(P型或N型)，但P型導(dǎo)電類型可以與N型導(dǎo)電類型調(diào)換，反之亦然，并且器件仍然是功能上正確的。因此，此處使用的，對(duì)N型的引用可以與P型互換，對(duì)P型的引用可以與N型互換。當(dāng)所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體、第二導(dǎo)電類型為P型半導(dǎo)體時(shí)，所述超結(jié)器件為N溝道超結(jié)器件；反之，則為P溝道超結(jié)器件。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部份實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種用于超結(jié)器件的外延片的制作方法的流程圖，方法包括：

S101、將第二導(dǎo)電類型摻雜劑通過第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的第一表面 進(jìn)行摻雜，在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片中形成第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)；

S102、在所述第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)形成交替相鄰的多個(gè)溝槽和多個(gè)臺(tái)面，所述多個(gè)溝槽的底部和所述第一導(dǎo)電類型單晶片接觸；

S103、生長(zhǎng)第一導(dǎo)電類型的外延，填充所述溝槽并覆蓋所述臺(tái)面的上表面形成第一導(dǎo)電類型外延層；

S104、將所述第一導(dǎo)電類型外延層作為超結(jié)器件的襯底。

本發(fā)明實(shí)施例一提供的用于超結(jié)器件的外延片的制作方法，只需進(jìn)行一次刻槽和一次外延，即可形成P柱和N柱相鄰的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了工藝步驟，節(jié)省了生產(chǎn)成本。另外，將外延層作為襯底，單晶片作為上層，外延層和單晶片的性質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，但制作方法不同，外延層通常是化學(xué)氣相淀積形成的，單片制作方便對(duì)摻雜的濃度進(jìn)行調(diào)整，單晶片是制作摻雜硅單晶后切片得到，整批的雜質(zhì)濃度相同，但單晶片與外延層相比，內(nèi)部缺陷較少。超結(jié)器件的外延片對(duì)漂移區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求較高，對(duì)襯底的要求較低，將外延層作為襯底，用單晶片制作漂移區(qū)且在其表面加工制作超結(jié)器件，更容易滿足工藝上的要求。

較佳地，步驟S101具體為，采用熱擴(kuò)散工藝，將第二導(dǎo)電類型摻雜劑通過第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的第一表面進(jìn)入第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片，形成第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)。熱擴(kuò)散工藝可以控制摻雜濃度，相較于摻雜區(qū)很淺的離子注入工藝，熱擴(kuò)散可以形成較深的摻雜區(qū)，而離子注入工藝若想達(dá)到較高的深度，需配合多次外延進(jìn)行多次注入，工藝很繁復(fù)。并且，熱擴(kuò)散工藝可以數(shù)百個(gè)單晶片一起作業(yè)，生產(chǎn)速度快，相較于單片作業(yè)的離子注入，成本較低。

較佳地，步驟S102具體可以為，用光刻膠作為掩膜，干法刻蝕第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)，形成交替相鄰的多個(gè)溝槽和多個(gè)臺(tái)面，其中，溝槽的底部與第一導(dǎo)電類型單晶片接觸。溝槽經(jīng)后續(xù)的第一導(dǎo)電類型外延填充，形成第一導(dǎo)電類型摻雜柱，而臺(tái)面即為第二導(dǎo)電類型摻雜柱，由此，形成交替的P/N柱結(jié)構(gòu)?？涛g形成的溝槽底部需與第一導(dǎo)電類型單晶片接觸，即將第二導(dǎo)電類型摻雜區(qū)完全刻通，使得第一導(dǎo)電類型摻雜柱與第一導(dǎo)電類型單晶片接觸，形成第一導(dǎo) 電類型摻雜區(qū)-交替的P/N柱-第一導(dǎo)電類型外延層的結(jié)構(gòu)，利用干法刻蝕，選擇性較高，不會(huì)對(duì)第一導(dǎo)電類型單晶片造成較大的損失。

進(jìn)一步地，步驟S101之前，還包括對(duì)第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面進(jìn)行清洗?，F(xiàn)有技術(shù)在單晶片的一面進(jìn)行外延，只涉及單晶片的一個(gè)表面，只需對(duì)單晶片的一面進(jìn)行清洗。本發(fā)明實(shí)施例一在單晶片的一面制作形成交替的P/N柱，將與之相對(duì)的另一面作為外延片的正面，以備在其上進(jìn)行后續(xù)的制造工藝形成超結(jié)器件，故需對(duì)單晶片相對(duì)的兩個(gè)表面都進(jìn)行清洗。

本發(fā)明實(shí)施例一還提供一種用于超結(jié)器件的外延片的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括：

第一導(dǎo)電類型的襯底，所述襯底為第一導(dǎo)電類型外延層11；

位于所述襯底之上的漂移區(qū)12；

所述漂移區(qū)12包含：第一導(dǎo)電類型摻雜柱121、第二導(dǎo)電類型摻雜柱122，以及位于所述第一導(dǎo)電類型摻雜柱121和所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱122之上的第一導(dǎo)電類型摻雜層123，所述第一導(dǎo)電類型摻雜柱121和第二導(dǎo)電類型摻雜柱122交替設(shè)置，所述第一導(dǎo)電類型摻雜柱121與所述第一導(dǎo)電類型外延層11材質(zhì)相同，所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱122與所述第一導(dǎo)電類型摻雜層123均為半導(dǎo)體單晶片。

第一導(dǎo)電類型摻雜層為第一導(dǎo)電類型單晶片，第二導(dǎo)電類型摻雜柱是在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片上通過注入摻雜后刻蝕形成，兩者都是半導(dǎo)體單晶片；第一導(dǎo)電類型摻雜柱與第一導(dǎo)電類型外延層都是通過在半導(dǎo)體單晶片上外延生長(zhǎng)形成，兩者材質(zhì)相同。本發(fā)明實(shí)施例一將外延層作為襯底，將單晶片作為外延片的上層，以備在其上進(jìn)行后續(xù)的制造工藝形成超結(jié)器件。單晶片比外延內(nèi)部的晶格缺陷少，超結(jié)器件的外延片對(duì)漂移區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求較高，對(duì)襯底的要求較低，因此，將外延層作為襯底、單晶片作為漂移區(qū)，更容易滿足外延片的制作要求。

較佳地，第一導(dǎo)電類型摻雜柱和第二導(dǎo)電類型摻雜柱的高度相等，范圍為10μm～200μm。

較佳地，第一導(dǎo)電類型摻雜柱的摻雜濃度×第一導(dǎo)電類型摻雜柱的寬度＝第二導(dǎo)電類型摻雜柱的摻雜濃度×第二導(dǎo)電類型摻雜柱的寬度。第一導(dǎo)電類型摻雜柱和第二導(dǎo)電類型摻雜柱的高度相等，摻雜濃度與寬度的乘積也相等，因此，第一導(dǎo)電類型摻雜柱的體積與摻雜濃度的乘積等于第二導(dǎo)電類型摻雜柱的體積與摻雜濃度的乘積，即第一導(dǎo)電類型摻雜柱摻雜的總離子量等于第二導(dǎo)電類型摻雜柱摻雜的總離子量。由此，使得P區(qū)和N區(qū)可以相互耗盡，保證了P柱和N柱的電荷平衡。

實(shí)施例二

下面以N型半導(dǎo)體為例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。如這里所用的，對(duì)導(dǎo)電類型的引用限于所描述的實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，P型導(dǎo)電類型能夠與N型導(dǎo)電類型調(diào)換，并且器件仍然是功能正確的。如圖3(a)～3(e)所示，為本發(fā)明實(shí)施例二公開的用于超結(jié)器件的外延片制作流程中各階段的結(jié)構(gòu)示意圖。

第一步、如圖3(a)，使用N型硅單晶片1，對(duì)單晶片1的第一表面101和第二表面102都進(jìn)行清洗。

第二步、如圖3(b)，通過第一表面101對(duì)單晶片1進(jìn)行P型熱擴(kuò)散，在單晶片1上形成P型摻雜區(qū)2。

具體地，將單晶片1放入硼離子氛圍中，加熱到800℃～1200℃，使硼離子從濃度很高的雜質(zhì)源向單晶片中擴(kuò)散并形成一定的分布，熱擴(kuò)散可精確控制摻雜的深度和濃度，且可多個(gè)單晶片共同作業(yè)，節(jié)省了工藝時(shí)間和成本。

第三步、如圖3(c)，使用光刻膠作為掩膜材料，對(duì)P型摻雜區(qū)2進(jìn)行刻蝕，形成多個(gè)溝槽201和多個(gè)臺(tái)面202。

具體地，在P型摻雜區(qū)的表面涂布光刻膠，利用光罩版定義出P型摻雜區(qū)2中的溝槽201，利用干法刻蝕，刻蝕出溝槽201，使得溝槽201的底部與N 型單晶片1相接觸，之后去除光刻膠。

第四步、如圖3(d)，利用化學(xué)氣相淀積生長(zhǎng)N型外延，填充溝槽201，形成N型摻雜柱3和N型外延層5，P型摻雜區(qū)中保留下來的臺(tái)面202即為P型摻雜柱4。

至此，外延片制作完成。

第五步、如圖3(e)，將N型外延層5作為襯底，N型單晶片1作為上層。

將N型單晶片1的第二表面102作為整個(gè)外延片的上表面，根據(jù)超結(jié)器件的設(shè)計(jì)需要，對(duì)N型單晶片1進(jìn)行減薄，在其上繼續(xù)加工，制作超結(jié)器件。在單晶片1上制作器件，降低了對(duì)外延工藝的要求，進(jìn)一步降低了制作工藝的復(fù)雜度，節(jié)省了生產(chǎn)成本。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。