一種半導(dǎo)體器件漂移區(qū)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，具體的說是涉及一種用于半導(dǎo)體器件漂移區(qū)的耐壓結(jié)構(gòu)的工藝制造方法。本發(fā)明所述的制造方法主要步驟為：在漂移區(qū)31上進(jìn)行刻蝕，形成介質(zhì)槽2；在介質(zhì)槽2的一側(cè)注入P型雜質(zhì)，形成P型雜質(zhì)條43；在介質(zhì)槽2的另一側(cè)注入N型雜質(zhì)，形成N型雜質(zhì)條34；對(duì)介質(zhì)槽2進(jìn)行介質(zhì)填充；平坦化去除多余的介質(zhì)。本發(fā)明的有益效果為，不需要摻雜條的外延生長，只需一次深槽刻蝕，一次填充，實(shí)現(xiàn)方式簡單，克服了復(fù)雜的工藝過程，降低了工藝成本，并且使用該注入方式可以得到均勻的摻雜條。本發(fā)明尤其適用于半導(dǎo)體器件漂移區(qū)的制造。
【專利說明】一種半導(dǎo)體器件漂移區(qū)的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，具體的說是涉及一種用于半導(dǎo)體器件漂移區(qū)的耐壓結(jié)構(gòu)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)橫向SOI高壓器件為了提高擊穿電壓，采用低摻雜的長漂移區(qū)結(jié)構(gòu)。但漂移區(qū)作為電流通道，低摻雜會(huì)導(dǎo)致器件導(dǎo)通電阻增加。為了達(dá)到耐壓與導(dǎo)通電阻的折中，申請(qǐng)?zhí)枮?01210516539的中國專利，提出了如圖1所示的橫向高壓器件漂移區(qū)耐壓結(jié)構(gòu)。圖1所示結(jié)構(gòu)通過在平行于介質(zhì)槽邊緣兩側(cè)分別增加P型摻雜條43和N型摻雜條34，緩解了擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間的矛盾關(guān)系。在反向偏壓下，P條和N條提供的正負(fù)電荷增加了介質(zhì)槽中的電通量密度，使得電場(chǎng)增強(qiáng)，同時(shí)垂直方向上類似于超結(jié)(Super Junction)的結(jié)構(gòu)也能提高埋氧層的縱向耐壓。該結(jié)構(gòu)在漂移區(qū)內(nèi)使用介質(zhì)槽耐壓縮短了漂移區(qū)長度，減小版圖面積，并且P型摻雜條輔助耗盡，增大了漂移區(qū)摻雜濃度，降低了器件的比導(dǎo)通電阻。
[0003]上述申請(qǐng)?zhí)枮?01210516539的專利中提到的結(jié)構(gòu)，雖然緩解了導(dǎo)通電阻與耐壓的矛盾關(guān)系，但在制造過程中利用傳統(tǒng)的摻雜或者注入技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)，采用外延工藝復(fù)雜且成本高，該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述問題，提出一種可以制造半導(dǎo)體器件漂移區(qū)的耐壓結(jié)構(gòu)的工藝方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種半導(dǎo)體器件漂移區(qū)的制造方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]第一步:在漂移區(qū)31上進(jìn)行刻蝕，形成介質(zhì)槽2 ；
[0007]第二步:在介質(zhì)槽2的一側(cè)注入P型雜質(zhì)，形成P型雜質(zhì)條43 ；
[0008]第三步:在介質(zhì)槽2的另一側(cè)注入N型雜質(zhì)，形成N型雜質(zhì)條34 ；
[0009]第四步:對(duì)介質(zhì)槽2進(jìn)行介質(zhì)填充；
[0010]第五步:平坦化去除多余的介質(zhì)。
[0011]本發(fā)明總的技術(shù)方案，N型漂移區(qū)31內(nèi)引入介質(zhì)槽2，介質(zhì)槽2可增強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)介質(zhì)槽2形成折疊漂移區(qū)，可縮小有源區(qū)面積，能夠顯著降低比導(dǎo)通電阻，在上述技術(shù)方案中，第二步與第三步的順序可以互換。
[0012]具體的，所述第二步中注入P型雜質(zhì)為采用傾角注入法進(jìn)行注入，所述第三步中注入N型雜質(zhì)為采用傾角注入法進(jìn)行注入。傾角注入法是指形成P型摻雜條和N條摻雜條時(shí)，注入離子束與槽側(cè)壁成Θ角進(jìn)行注入的一種離子注入方法。
[0013]在上述技術(shù)方案中，可根據(jù)實(shí)際槽的深度和寬度調(diào)整注入角度，使得摻雜離子可以注入到槽的底部。還可通過改變注入能量、注入劑量、離子種類和退火條件等參數(shù)，調(diào)整摻雜離子的濃度分布和結(jié)深，得到符合要求的摻雜條。傾角注入和傳統(tǒng)的類超結(jié)制造工藝相比，摻雜條無需外延生長，工藝過程更加簡單，成本降低，并且摻雜條參數(shù)容易控制，通過調(diào)整注入能量和注入劑量，即可得到理想的雜質(zhì)離子濃度、分布結(jié)深和表面摻雜濃度。理想的雜質(zhì)離子分布是類超結(jié)結(jié)構(gòu)的基本要求，同時(shí)通過調(diào)整注入角度使得摻雜離子可以注入到摻雜條的底部，工藝過程易操作。
[0014]本發(fā)明的有益效果為，不需要摻雜條的外延生長，只需一次深槽刻蝕，一次填充，實(shí)現(xiàn)方式簡單，克服了復(fù)雜的工藝過程，降低了工藝成本，并且使用該注入方式可以得到均勻的摻雜條。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是申請(qǐng)?zhí)枮?01210516539的中國專利中提出的橫向高壓器件漂移區(qū)耐壓結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是半導(dǎo)體器件的耐壓結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明的先進(jìn)行P型雜質(zhì)注入的工藝流程圖；
[0018]圖4是本發(fā)明的先進(jìn)行N型雜質(zhì)注入的工藝流程圖；
[0019]圖5是N型Si襯底不意圖；
[0020]圖6是本發(fā)明的工藝流程中完成刻蝕深槽后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖7是本發(fā)明的工藝流程中完成P型摻雜條注入后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖8是本發(fā)明的工藝流程中完成N型摻雜條注入后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖9是本發(fā)明的工藝流程中完成介質(zhì)槽填充后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖10是本發(fā)明的工藝流程中填充介質(zhì)平坦化后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖11是耐壓器件擊穿電壓為572V時(shí)的電勢(shì)分布；
[0026]圖12是耐壓器件擊穿電壓為572V時(shí)的電離雜質(zhì)濃度分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0028]如圖2所示，為本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體器件的漂移區(qū)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在N型漂移區(qū)31中引入P型摻雜條43和N型摻雜條34，P型摻雜條43與N型漂移區(qū)31形成縱向超結(jié)結(jié)構(gòu)，緩解擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間的矛盾關(guān)系；N型摻雜條34與N型漂移區(qū)31形成N+N結(jié)，N型摻雜條34的濃度較高，為開態(tài)電流提供低阻通道，從而降低導(dǎo)通電阻。器件的橫向耐壓主要由的介質(zhì)槽2決定，采用介質(zhì)槽2耐壓可以減小版圖面積，降低工藝成本，優(yōu)化了耐壓結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布，提高了耐壓結(jié)構(gòu)的擊穿電壓；采用介質(zhì)槽2提高器件的耐壓，可以減小版圖面積，降低制造成本。采用本發(fā)明所涉及的耐壓結(jié)構(gòu)，可獲得各種性能優(yōu)良的橫向高壓功率半導(dǎo)體器件，具有高速、高集成度、低導(dǎo)通損耗的特點(diǎn)。
[0029]如圖3所示，為先進(jìn)行P型雜質(zhì)注入的工藝流程圖，具體為:
[0030]在η型材料31上刻蝕深槽，得到介質(zhì)槽2 ;其次控制注入角度和濃度對(duì)P型摻雜條43和N型摻雜條34進(jìn)行注入；最后對(duì)深槽進(jìn)行介質(zhì)填充，經(jīng)平坦化得到所需要的結(jié)構(gòu)。
[0031]如圖4所示，為先進(jìn)行N型雜質(zhì)注入的工藝流程圖，具體為:
[0032]在η型材料31上刻蝕深槽，得到介質(zhì)槽2 ;其次控制注入角度和濃度對(duì)N型摻雜條34和P型摻雜條43進(jìn)行注入；最后對(duì)深槽進(jìn)行介質(zhì)填充，經(jīng)平坦化得到所需要的結(jié)構(gòu)。[0033]圖7和圖8中Θ值為P (N)摻雜條的注入角度，0〈 Θ <arctan (槽寬/槽深)；對(duì)摻雜條采用傾角注入，和傳統(tǒng)的外延生長相比，可以得到理想的均勻分布的摻雜條，提高了超結(jié)結(jié)構(gòu)的耐壓性。采用的傾角注入和傳統(tǒng)的類超結(jié)制造工藝相比，摻雜條無需外延生長，工藝過程更加簡單，成本降低。
[0034]圖5至圖10是深槽傾角注入摻雜條的主要工藝流程示意圖。圖5是用外延技術(shù)在硅片上生長一層輕摻雜的多晶硅，作為漂移區(qū)材料31，使用外延技術(shù)可以得到純的和襯底具有相同結(jié)構(gòu)的硅表面，而且還能控制硅表面的雜質(zhì)類型和濃度，可以采用的外延技術(shù)有氣相外延、液相外延、固相外延和分子束外延；圖6是刻蝕深槽，刻蝕工藝需要一層阻擋層，該阻擋層可以用光刻膠或氧化層實(shí)現(xiàn)，刻蝕工藝可以通過干法和濕法刻蝕實(shí)現(xiàn)，在刻蝕的過程中，根據(jù)槽深和槽寬的要求調(diào)整刻蝕參數(shù)，得到高符合要求的介質(zhì)槽；圖7為P型雜質(zhì)的注入，可以選用硼等III族元素進(jìn)行注入，得到P型摻雜條43 ;圖8為N型雜質(zhì)的注入，可以選用磷等VI族元素進(jìn)行注入，得到N型摻雜條34，可以通過調(diào)整注入的角度、能量和劑量，改變P型雜質(zhì)和N型摻雜條的摻雜濃度；離子注入會(huì)損傷硅片晶格，注入后需要進(jìn)行退火處理，經(jīng)退火工藝既可以修復(fù)晶格缺陷，又可以激活雜質(zhì)原子；圖7和圖8的工藝先后順序可以互換；圖9是填充介質(zhì)隔離槽，介質(zhì)槽2的介質(zhì)可以是Si02、Si3N4，也可以是Si02和Si3N4的混合介質(zhì)，可以通過氧化、淀積等方法實(shí)現(xiàn)，介質(zhì)槽填充后可以采取退火方法進(jìn)行優(yōu)化，保證填充介質(zhì)層不會(huì)產(chǎn)生缺陷和界面開裂。圖10是對(duì)多余的介質(zhì)層經(jīng)研磨和化學(xué)機(jī)械拋光后，得到平坦的介質(zhì)槽結(jié)構(gòu)，即得到了所需的耐壓結(jié)構(gòu)。
[0035]實(shí)施例:
[0036]以本發(fā)明所述的方法制造擊穿電壓為572V的耐壓器件，如圖11所示，是最優(yōu)化條件下器件耐壓為572V時(shí)電勢(shì)分布圖，圖12是最優(yōu)化條件下器件耐壓為572V時(shí)的濃度分布圖。從圖中可以看出該耐壓條件下器件介質(zhì)槽2的深度16.5 μ m,介質(zhì)槽2的寬度7 μ m，P型摻雜條43和N型摻雜條34的寬度都為0.5 μ m，P型摻雜條43的摻雜濃度3.8E16cnT3，N型摻雜條34的摻雜濃度1.lE16cm_3，最優(yōu)化漂移區(qū)31濃度為2.6E15cm_3。該條件下耐壓器件的P型摻雜條的注入角度約為22°，N型摻雜條的注入角度約為-22°。
[0037]本發(fā)明所示的耐壓結(jié)構(gòu)中P型摻雜條43和N型漂移區(qū)31形成縱向超結(jié)結(jié)構(gòu)，緩解器件擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻的矛盾關(guān)系。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件漂移區(qū)的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:在漂移區(qū)(31)上進(jìn)行刻蝕，形成介質(zhì)槽(2); 第二步:在介質(zhì)槽(2)的一側(cè)注入P型雜質(zhì)，形成P型雜質(zhì)條(43)； 第三步:在介質(zhì)槽(2)的另一側(cè)注入N型雜質(zhì)，形成N型雜質(zhì)條(34)； 第四步:對(duì)介質(zhì)槽(2)進(jìn)行介質(zhì)填充； 第五步:平坦化去除多余的介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體器件漂移區(qū)的制造方法，其特征在于，所述第二步中注入P型雜質(zhì)為采用傾角注入法進(jìn)行注入,所述第三步中注入N型雜質(zhì)為采用傾角注入法進(jìn)行注入。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103545219SQ201310525043
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】喬明, 章文通, 祁嬌嬌, 薛騰飛, 張波 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)