一種超高深寬比的超結(jié)制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造方法，尤其是一種超高深寬比的超結(jié)制造方法，屬于超結(jié)結(jié)構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自1988年D.J.Coe申請的美國專利中第一次提到了使用交替的p/n結(jié)構(gòu)作為半導(dǎo)體功率器件的耐壓層以來，各國學(xué)者相繼獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了這一結(jié)構(gòu)，其中，中國陳星弼于1993年申請了美國專利，用多個(gè)p/n柱結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的漂移區(qū)，由于引入了橫向電場，他稱之為“復(fù)合緩沖層”(Composite Buffer layer)。1995年，西門子公司的J.Tihanyi申請美國專利，提出了類似的思路和應(yīng)用。
[0003]從此以后，各國學(xué)者紛紛對此p/n結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研宄，并各自對此結(jié)構(gòu)進(jìn)行了命名，直到1997年，Tatsuhiko等人正式將這一結(jié)構(gòu)命名為“超結(jié)”(Super junct1n)，得到了學(xué)者們一直認(rèn)可，從此“超結(jié)”這一概念正式被大家所接受。典型的超結(jié)IGBT結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0004]超結(jié)IGBT的漂移區(qū)由交替的P柱、N柱替代普通IGBT的N-區(qū)來作為耐壓結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的耐壓原理使得它在器件的特性參數(shù)折中方面有著優(yōu)異的表現(xiàn)，但這種結(jié)構(gòu)工藝實(shí)現(xiàn)起來非常困難。形成超結(jié)結(jié)構(gòu)的難點(diǎn)在于如何形成交替排列的Pn柱。IGBT耐壓區(qū)的厚度隨著電壓的升高而增加，也就是說，IGBT的電壓等級越高所需要的pn柱的高度越高。
[0005]目前，IGBT的電壓等級有 600V、1200V、1700V、3300V、4500V、6500V 等，電壓等級越高IGBT所需耐壓區(qū)的厚度越高，其中600V IGBT器件耐壓區(qū)厚度在70 μm左右，而6500VIGBT的耐壓區(qū)厚度至少要在400 μ m以上，如此厚度的超結(jié)結(jié)構(gòu)很難通過現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0006]現(xiàn)有的超結(jié)工藝主要包括下面的類型:
一、離子注入:高能離子注入形成高摻雜柱體受離子注入能量的限制，不能實(shí)現(xiàn)大長寬比的柱體，而且高能量的離子注入會(huì)破壞表面的單晶硅。
[0007]二、刻槽再填充:受目前工藝水平限制，無法實(shí)現(xiàn)太大深寬比。
[0008]三、高溫鍵合:刻槽填充再鍵合，由于目前工藝水平限制，無法嚴(yán)格對準(zhǔn)。
[0009]對于高壓超結(jié)IGBT，其制造工藝的最大難點(diǎn)在于如何形成深寬比很大的pn柱叉指狀結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的超結(jié)工藝均難以滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種超高深寬比的超結(jié)制造方法，其工藝步驟簡單，與現(xiàn)有工藝相兼容，得到所需深寬比的超結(jié)，成本低，安全可靠。
[0011]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述超高深寬比的超結(jié)制造方法，所述超結(jié)制造方法包括如下步驟:
a、提供第一導(dǎo)電類型的襯底晶圓，并在所述第一導(dǎo)電類型襯底晶圓上淀積第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層全覆蓋在襯底晶圓上； b、在上述襯底晶圓上淀積第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，所述淀積的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層覆蓋在第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層；
C、在上述襯底晶圓上重復(fù)淀積第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層以及第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，以在襯底晶圓上得到若干第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層交替分布的PN柱。
[0012]所述第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的厚度與第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的厚度相等，且第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的摻雜濃度與第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的摻雜濃度相同。
[0013]所述“第一導(dǎo)電類型”和“第二導(dǎo)電類型”兩者中，對于N型襯底晶圓，第一導(dǎo)電類型指N型，第二導(dǎo)電類型為P型；對于P型襯底晶圓，第一導(dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型所指的類型與N型襯底晶圓正好相反。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明可以一次成型超高深寬比的PN柱，可以適用于任何電壓等級的需要，且所形成的PN柱是由外延生長形成的，外延生長精度很高，即N柱、P柱可以確保精確一致，而且寬度可調(diào)，范圍從不到一個(gè)微米到幾十個(gè)微米形成的PN柱還具有雜質(zhì)均勻分布、一致性較好、沒有缺陷和損傷等優(yōu)點(diǎn)，使制備的超結(jié)IGBT的一致性、穩(wěn)定性和可靠性較好。
【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有具有超結(jié)結(jié)構(gòu)的IGBT器件的剖面圖。
[0016]圖2~圖8為本發(fā)明的一種具體實(shí)施工藝步驟流程圖，其中圖2為本發(fā)明襯底晶圓的不意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明得到PN柱后的示意圖。
[0018]圖4為進(jìn)彳丁第一次切割后的不意圖。
[0019]圖5為進(jìn)行第二次切割后的示意圖。
[0020]圖6為進(jìn)行第三次切割后的示意圖。
[0021]圖7為得到所需長方體后的示意圖。
[0022]圖8為得到所需晶柱后的尚]視圖。
[0023]附圖標(biāo)記說明:1_襯底晶圓、2_N柱以及3_P柱。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]為了得到所需深寬比的超結(jié)，以N型襯底晶圓I為例，本發(fā)明的超結(jié)制造方法包括如下步驟:
a、提供N型的襯底晶圓1，并在所述N型襯底晶圓I上淀積P型導(dǎo)電層，所述P型導(dǎo)電層全覆蓋在襯底晶圓I上；
b、在上述襯底晶圓I上淀積N型導(dǎo)電層，所述淀積的N型導(dǎo)電層覆蓋在P型導(dǎo)電層； 本發(fā)明實(shí)施例中，N型導(dǎo)電層的厚度與P型導(dǎo)電層的厚度相等，且N導(dǎo)電層的摻雜濃度與P導(dǎo)電層的摻雜濃度相同。N型導(dǎo)電層、P型導(dǎo)電層的具體厚度可以根據(jù)工藝條件或制備半導(dǎo)體器件的要求確定，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0026]C、在上述襯底晶圓I上重復(fù)淀積N型導(dǎo)電層以及P型導(dǎo)電層，以在襯底晶圓I上得到若干N型導(dǎo)電層與P型導(dǎo)電層交替分布的PN柱。
[0027]在具體實(shí)施時(shí)，在襯底晶圓I上淀積N型導(dǎo)電層、P型導(dǎo)電層的數(shù)量可以根據(jù)厚度要求進(jìn)行確定，在襯底晶圓I上的N型導(dǎo)電層、P型導(dǎo)電層交替分布后，以形成交替分布的N柱2以及P柱3，通過交替分布的N柱2與P柱3形成PN柱。在襯底晶圓I上得到PN柱后，可以在正面或背面進(jìn)行后續(xù)工藝；由于N柱2、P柱3通過外延工藝生長得到，外延工藝成熟，與現(xiàn)有工藝步驟相兼容，能得到所需深寬比的超結(jié)。
[0028]如圖2~圖8所示，以8英寸的襯底晶圓I制備6英寸的晶柱的過程為例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，具體步驟為:
步驟1、在8英寸的N型襯底晶圓I上淀積2 μπι的P型硅材料，以形成所需的P型導(dǎo)電層，然后再在P型導(dǎo)電層上淀積N型硅材料，以形成N型導(dǎo)電層，依次類推，直至P型導(dǎo)電層、N型導(dǎo)電層的總厚度為20cm，P型導(dǎo)電層和N型導(dǎo)電層的材料的參雜濃度均相同，襯底晶圓I如圖2所示，在襯底晶圓I上形成P型導(dǎo)電層、N型導(dǎo)電層交替分布的結(jié)構(gòu)如圖3所示，P型導(dǎo)電層能形成P柱3，N型導(dǎo)電層2能形成N柱2。
[0029]步驟2，將上述形成的晶柱橫向放置，從晶柱上頂點(diǎn)水平切去4.5cm，再研磨14 μ m，切割得到的平面為平面a (如圖4所示)，以此平面為基準(zhǔn)面，在平面a與圓柱面交界處垂直向下切除。
[0030]步驟3，將其背面切去4.5cm，再研磨14 μ m，形成了 a平面為20cm正方形長度為17.6383421cm的長方體，如圖5~圖7所示。
[0031]步驟4，以此長方體的中軸線為中心，20cm為直徑，研磨出圓柱體。即可形成6寸的晶柱，如圖8所示，其中，6英寸的晶柱中包含了交替分布的P柱3與N柱3，通過8英寸的襯底晶圓I形成6英寸的晶柱僅僅是為了滿足現(xiàn)有工藝的要求，具體實(shí)施時(shí)，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇是否進(jìn)行切割等工藝。
[0032]步驟5，新形成的晶柱可以根據(jù)不同需求切割成不同厚度的晶圓片，以6500V超結(jié)IGBT為例，所以切割晶圓厚度為至少為400 μπι。
[0033]步驟6，晶圓正面淀積N型硅材料，然后按照所設(shè)計(jì)的正面結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝加工，背面淀積N型材料，進(jìn)行背面工藝加工。
[0034]進(jìn)一步地，現(xiàn)有的工藝線有18吋、12吋、8吋、6吋、5吋、4吋，晶柱及晶圓必須是此尺寸才可以加工，所以本文采用8吋晶圓淀積，然后制作出了 6吋交替pn柱的晶柱，此6吋的PN柱的晶柱便可以在6吋工藝線上進(jìn)行切割、流片等，后續(xù)的切割以及流片等工藝均可以才有現(xiàn)有常用的工藝過程，具體不再贅述。
[0035]本發(fā)明可以一次成型超超高深寬比的PN柱，可以適用于任何電壓等級的需要，且所形成的PN柱是由外延生長形成的，外延生長精度很高，即N柱2、P柱3可以確保精確一致，而且寬度可調(diào)，范圍從不到一個(gè)微米到幾十個(gè)微米形成的PN柱還具有雜質(zhì)均勻分布、一致性較好、沒有缺陷和損傷等優(yōu)點(diǎn)，使制備的超結(jié)IGBT的一致性、穩(wěn)定性和可靠性較好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超高深寬比的超結(jié)制造方法，其特征是，所述超結(jié)制造方法包括如下步驟: (a)、提供第一導(dǎo)電類型的襯底晶圓，并在所述第一導(dǎo)電類型襯底晶圓上淀積第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層全覆蓋在襯底晶圓上； (b)、在上述襯底晶圓上淀積第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，所述淀積的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層覆蓋在第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層； (C)、在上述襯底晶圓上重復(fù)淀積第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層以及第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，以在襯底晶圓上得到若干第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層交替分布的PN柱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高深寬比的超結(jié)制造方法，其特征是:所述第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的厚度與第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的厚度相等，且第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的摻雜濃度與第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的摻雜濃度相同。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超高深寬比的超結(jié)制造方法，其包括如下步驟：a、提供第一導(dǎo)電類型的襯底晶圓，并在所述第一導(dǎo)電類型襯底晶圓上淀積第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層全覆蓋在襯底晶圓上；b、在上述襯底晶圓上淀積第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，所述淀積的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層覆蓋在第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層；c、在上述襯底晶圓上重復(fù)淀積第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層以及第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，以在襯底晶圓上得到若干第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層交替分布的PN柱。本發(fā)明工藝步驟簡單，與現(xiàn)有工藝相兼容，得到所需深寬比的超結(jié)，成本低，安全可靠。
【IPC分類】H01L29/06, H01L29/66
【公開號(hào)】CN104966729
【申請?zhí)枴緾N201510271797
【發(fā)明人】甘朝陽, 江斌, 盧爍今, 朱陽軍
【申請人】江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心, 江蘇中科君芯科技有限公司
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年5月25日