本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作領(lǐng)域，尤其涉及一種超結(jié)半導(dǎo)體器件的外延片及其制作方法。

背景技術(shù)：

溝槽型垂直雙擴(kuò)散場效應(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，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。

目前，超結(jié)結(jié)構(gòu)的制作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)。其中，深槽刻蝕和填槽技術(shù)是在單晶片上生長一定厚度的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，從而形成交替的P型外延柱與N型外延柱。外延生長需要在高溫條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，而高溫工藝會引起P柱與N柱中的摻雜離子的再一次擴(kuò)散，從而改變原有的雜質(zhì)分布，在一定程度上破壞摻雜離子的理想分布，可能出現(xiàn)電荷不平衡，使超結(jié)器件耐壓急劇下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決外延片制作過程中，由于雜質(zhì)擴(kuò)散而破壞摻雜離子的理想分布，出現(xiàn)電荷不平衡，使超結(jié)器件耐壓下降的問題，提供一種超結(jié)半導(dǎo)體器件的外延片及其制作方法。

本發(fā)明方法包括：

一種超結(jié)半導(dǎo)體器件的外延片，包括：

依次設(shè)置的襯底和漂移區(qū)，所述襯底由第一導(dǎo)電類型外延層形成，所述漂移區(qū)由第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體單晶片形成；

所述漂移區(qū)內(nèi)包括間隔設(shè)置的第二導(dǎo)電類型摻雜柱，所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱為外延形成的；相鄰的第二導(dǎo)電類型摻雜柱之間的所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體單晶片構(gòu)成了第一導(dǎo)電類型摻雜柱；所述第一導(dǎo)電類型摻雜柱與所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱之間設(shè)置有第一介質(zhì)層。

較佳地，相鄰的所述第一導(dǎo)電類型摻雜柱的剖面與所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱的剖面互為倒梯形關(guān)系；所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱包括至少兩層，每層的第二導(dǎo)電類型的離子摻雜量與深度和高度都相同的第一導(dǎo)電類型摻雜柱的離子摻雜量相同。

較佳地，所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱的各層的離子摻雜濃度隨剖面梯形的寬度的增大而減小。

較佳地，所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱的層與層之間設(shè)置有第二介質(zhì)層。

較佳地，所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層均為氧化硅。

一種超結(jié)半導(dǎo)體器件的外延片制作方法，包括：

刻蝕第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的一個(gè)表面形成交替相鄰的多個(gè)溝槽和多個(gè)臺面；

生長第一介質(zhì)層，覆蓋所述溝槽以及所述臺面的表面；

生長第二導(dǎo)電類型的外延層，填滿所述溝槽，形成第二導(dǎo)電類型摻雜柱；

去除所述表面上的第一介質(zhì)層和/或第二導(dǎo)電類型的外延層，露出所述臺面和所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱；

在所述表面上生長第一導(dǎo)電類型的外延層，所述第一導(dǎo)電類型的外延層作為所述外延片的襯底。

進(jìn)一步地，刻蝕第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的一個(gè)表面形成交替相鄰的多個(gè)溝槽和多個(gè)臺面，具體包括：

利用干法刻蝕在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的所述表面刻蝕深槽，形成交替相鄰的多個(gè)溝槽和多個(gè)臺面。

進(jìn)一步地，所述生長第二導(dǎo)電類型的外延層，填滿所述溝槽，形成第二導(dǎo)電類型摻雜柱，具體包括：

所述溝槽的側(cè)壁不垂直于所述溝槽的底部；

生長第二導(dǎo)電類型的第一層外延層，在所述溝槽內(nèi)形成所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱的第一層，所述第一層的第二導(dǎo)電類型離子摻雜量等于與所述第一層相鄰且深度和高度都相同的第一導(dǎo)電類型單晶片的第一導(dǎo)電類型離子摻雜量；

生長第二導(dǎo)電類型的第二層外延層，在所述溝槽內(nèi)形成所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱的第二層，所述第二層的第二導(dǎo)電類型離子摻雜量等于與所述第二層相鄰且深度和高度都相同的第一導(dǎo)電類型單晶片的第一導(dǎo)電類型離子摻雜量；

以相同的方式生長N層外延層，直至將所述溝槽填滿，其中，N>＝2。

較佳地，每生長一層所述的第二導(dǎo)電類型外延層之后，生長一層第二介質(zhì)層，直至生長所述第N層外延層。

較佳地，所述去除所述表面上的第一介質(zhì)層和/或第二導(dǎo)電類型的外延層，還包括：

去除所述表面上的第一介質(zhì)層、多層第二介質(zhì)層和多層外延層。

本發(fā)明實(shí)施例提供的超結(jié)半導(dǎo)體器件的外延片及其制作方法，在第一導(dǎo)電類型摻雜柱和第二導(dǎo)電類型摻雜柱之間設(shè)置了介質(zhì)氧化層，可以將第一導(dǎo)電類型摻雜柱和第二導(dǎo)電類型摻雜柱看作電容器的兩個(gè)極板，而氧化層作為電容器的介質(zhì)，在氧化層和第一導(dǎo)電類型摻雜柱界面上感應(yīng)出第二導(dǎo)電類型電荷，耗盡第一導(dǎo)電類型摻雜柱；而在氧化層與第二導(dǎo)電類型摻雜柱一側(cè)的表面上感應(yīng) 出第一導(dǎo)電類型電荷，對第二導(dǎo)電類型摻雜柱起到耗盡作用。介質(zhì)氧化層對第一導(dǎo)電類型摻雜離子和第二導(dǎo)電類型摻雜離子起到隔離作用，防止出現(xiàn)因高溫工藝過程中雜質(zhì)互相擴(kuò)散，影響電荷的平衡，使超結(jié)器件耐壓下降的問題，起到了增強(qiáng)超結(jié)器件擊穿電壓，提高器件可靠性的作用；同時(shí)，第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體單晶片作為漂移區(qū)，第一導(dǎo)電類型摻雜柱也是由第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體單晶片組成，超結(jié)器件的外延片對漂移區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求較高，對襯底的要求較低，由于單晶片比外延內(nèi)部缺陷少，將外延層作為襯底，更容易控制外延片的制作以滿足工藝上的要求。

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，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，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)器件的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中用于超結(jié)器件的外延片的制作方法流程的示意圖；

圖3(a)至圖3(j)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。

為了方便起見，以下說明中使用了特定的術(shù)語體系，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)離描述的對象及其指定部分的幾何中心。術(shù)語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N型的引用可以與P型互換，對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。

實(shí)施例一

如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種超結(jié)半導(dǎo)體器件的外延片，包括：

依次設(shè)置的襯底10和漂移區(qū)20，所述襯底10由第一導(dǎo)電類型外延層形成，所述漂移區(qū)20由第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體單晶片形成；

所述漂移區(qū)20內(nèi)包括間隔設(shè)置的第二導(dǎo)電類型摻雜柱22，所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱22為外延形成的；相鄰的第二導(dǎo)電類型摻雜柱22之間的所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體單晶片構(gòu)成了第一導(dǎo)電類型摻雜柱21；所述第一導(dǎo)電類型摻雜柱21與所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱22之間設(shè)置有第一介質(zhì)層23。

本發(fā)明實(shí)施例一提供的介質(zhì)氧化層對P型和N型摻雜的離子起到隔離作用，防止出現(xiàn)因高溫工藝過程中雜質(zhì)互相擴(kuò)散，影響電荷的平衡，使超結(jié)器件耐壓下降的問題，起到了增強(qiáng)超結(jié)器件擊穿電壓，提高器件可靠性的作用。

另外，本發(fā)明實(shí)施例一將外延層作為襯底，將單晶片作為上層，在單晶片的表面進(jìn)一步制作超結(jié)器件，超結(jié)器件的外延片對漂移區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求較高，對襯底的要求較低，由于單晶片比外延內(nèi)部缺陷少，將外延層作為襯底，更容易控制外延片的制作以滿足工藝上的要求。

較佳地，相鄰的所述第一導(dǎo)電類型摻雜柱的剖面與所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱的剖面互為倒梯形關(guān)系；所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱包括至少兩層，每層的第 二導(dǎo)電類型的離子摻雜量與深度和高度都相同的第一導(dǎo)電類型摻雜柱的離子摻雜量相同，例如圖3(j)所示。

較佳地，所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱的各層的離子摻雜濃度隨剖面梯形的寬度的增大而減小。

超結(jié)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)是利用漂移區(qū)中插入的P柱(對N溝道器件而言)對N區(qū)進(jìn)行電荷補(bǔ)償，從而優(yōu)化電場分布，提高擊穿電壓。理想效果是在超結(jié)器件制備過程中，在N型外延上挖出垂直溝槽結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行P型外延填充，這樣只需滿足P柱與N柱均勻摻雜且濃度相等即可。但在實(shí)際刻蝕中，刻蝕出的槽的側(cè)壁往往不是理想的垂直情況，而是與襯底存在一定的傾斜度，尤其在槽較深的情況下，這種傾斜不可忽略，會導(dǎo)致電荷的失衡，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)舸╇妷合陆?。?dāng)斜度為0時(shí)，電荷平衡，最高電場在PN結(jié)處，所以擊穿點(diǎn)會發(fā)生在P柱N柱的PN結(jié)；當(dāng)側(cè)壁傾斜為負(fù)角度時(shí)，N柱中有多余的電荷，P柱被完全耗盡后這部分多余電荷只能轉(zhuǎn)向去耗盡有源區(qū)中體區(qū)的P型離子，從而會增強(qiáng)靠近體區(qū)處PN結(jié)的電場；當(dāng)側(cè)壁傾斜為正角度時(shí)，P柱中有多余的電荷，這部分電荷會與N型襯底耗盡，會增強(qiáng)P柱底部的電場，而此處本來就存在電場峰值，從而使擊穿電壓下降地更多。

對于深槽側(cè)壁傾斜的問題，需要采取措施減小電荷的失衡，最理想的方法為，保持P柱或N柱中的一個(gè)為均勻濃度，使另一個(gè)的濃度在深度方向上隨柱寬的漸變而漸變，柱寬由大變小，則濃度由小變大，保證在任意深度的P/N電荷都相等。然而，現(xiàn)實(shí)工藝上要實(shí)現(xiàn)這種濃度分布是很難的。本發(fā)明實(shí)施例一中，N柱的濃度保持不變，P柱采用分層的方式，每層濃度為均勻濃度，各層的濃度為階梯型分布，隨著柱寬的增大而減小，將每層作為整體，保持每層內(nèi)P柱和N柱的電荷相等。

較佳地，所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱的層與層之間設(shè)置有第二介質(zhì)層；所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層均為氧化硅。在P柱各層之間設(shè)置氧化層，防止摻雜的P型雜質(zhì)相互擴(kuò)散，導(dǎo)致P柱內(nèi)部的濃度漸變無法精確控制。

本發(fā)明實(shí)施例一還提供了一種超結(jié)半導(dǎo)體器件的外延片的制作方法，如圖2，包括：

S101、刻蝕第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的一個(gè)表面形成交替相鄰的多個(gè)溝槽和多個(gè)臺面；

S102、生長第一介質(zhì)層，覆蓋所述溝槽以及所述臺面的表面；

S103、生長第二導(dǎo)電類型的外延層，填滿所述溝槽，形成第二導(dǎo)電類型摻雜柱；

S104、去除所述表面上的第一介質(zhì)層和/或第二導(dǎo)電類型的外延層，露出所述臺面和所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱；

S105、在所述表面上生長第一導(dǎo)電類型的外延層，所述第一導(dǎo)電類型的外延層作為所述外延片的襯底。

較佳地，步驟S101具體包括：利用干法刻蝕在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體單晶片的所述表面刻蝕深槽，形成交替相鄰的多個(gè)溝槽和多個(gè)臺面。其中，多個(gè)臺面即為N柱，由于工藝限制，刻蝕的深槽側(cè)壁不垂直于深槽的底面，因此需要使P柱的濃度漸變，使各層的P型離子摻雜量等于N型離子摻雜量。

較佳地，若所述溝槽的側(cè)壁不垂直于所述溝槽的底部，則步驟S103具體包括：

生長第二導(dǎo)電類型的第一層外延層，在所述溝槽內(nèi)形成所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱的第一層，所述第一層的第二導(dǎo)電類型離子摻雜量等于與所述第一層相鄰且深度和高度都相同的第一導(dǎo)電類型單晶片的第一導(dǎo)電類型離子摻雜量；

生長第二導(dǎo)電類型的第二層外延層，在所述溝槽內(nèi)形成所述第二導(dǎo)電類型摻雜柱的第二層，所述第二層的第二導(dǎo)電類型離子摻雜量等于與所述第二層相鄰且深度和高度都相同的第一導(dǎo)電類型單晶片的第一導(dǎo)電類型離子摻雜量；

以相同的方式生長N層外延層，直至將所述溝槽填滿，其中，N>＝2。

通過多次外延生長，每次外延的摻雜濃度不同，就形成階梯型濃度分布的P柱，理論上層數(shù)越多越理想，但是考慮到工藝成本，需要根據(jù)實(shí)際情況來選 擇層數(shù)。

較佳地，每生長一層所述的第二導(dǎo)電類型外延層之后，生長一層第二介質(zhì)層，直至生長所述第N層外延層。

較佳地，步驟S104還包括：去除所述表面上的第一介質(zhì)層、多層第二介質(zhì)層和多層外延層。

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。如圖3(a)～3(j)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。

S201、如圖3(a)，使用N型硅單晶片1，對單晶片1的上下表面都進(jìn)行清洗。利用干法刻蝕在其中一個(gè)表面刻蝕深槽，形成交替相鄰的多個(gè)溝槽和多個(gè)臺面，臺面對應(yīng)的半導(dǎo)體單晶片即為N柱，由于技術(shù)上的限制，N柱的側(cè)壁不垂直于深槽底部，實(shí)際刻蝕出的深槽側(cè)壁一般為負(fù)斜度，即P柱寬度從上到下逐漸變小，而N柱寬度從上到下逐漸變大，為上窄下寬的梯形。

S202、如圖3(b)，在溝槽和臺面的表面進(jìn)行熱氧化，在溝槽的底部、側(cè)壁以及臺面形成一層氧化硅層2。具體為，將單晶片1放入爐中，通入氧氣加溫到900℃以上，將表面的硅氧化成氧化硅，形成80～100nm的氧化層。

S203、如圖3(c)，通過化學(xué)氣相淀積在溝槽底部外延生長第一層P型外延層3。

S204、如圖3(d)，再進(jìn)行熱氧化，在第一層P型外延層3的表面形成氧化層2。

如圖3(e)～3(g)，重復(fù)步驟S203～S204，繼續(xù)生長第二層P型外延層4、第三層P型外延層5及兩層之間的氧化層2。

S205、如圖3(h)，進(jìn)行干法刻蝕，去除表面的各層P型外延層和氧化層2。

可以根據(jù)需要，在步驟S206之前增減外延和熱氧化的步驟，獲得數(shù)量合 適的P型外延層和氧化層。

S206、如圖3(i)，利用化學(xué)氣相淀積生長N型外延層6，覆蓋P柱、N柱和氧化層。

至此，外延片制作完成。

S207、如圖3(j)，將N型外延層6作為襯底，N型硅單晶片1作為上層，根據(jù)超結(jié)器件的設(shè)計(jì)需要，對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。單晶片的缺陷少于外延層的缺陷，以外延層作為襯底，降低了對外延工藝的要求，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)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動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和變型在內(nèi)。