超级结器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种超级结器件，器件单元区中包括由交替排列的P型柱和N型柱组成的超级结，P型柱沟槽填充形成；P型体区由第一P型掺杂区和第二P型掺杂区叠加形成；第一P型掺杂区在P型柱形成之前通过离子注入和退火推进形成，使第一P型掺杂区的深度能不受超级结的工艺限制而加深并从而使所述P型体区的结深加深；第二P型掺杂区通过全面离子注入自对准形成于栅极结构两侧，第二P型掺杂区用于调节形成沟道的阈值电压。本发明专利技术还公开了一种超级结器件的制造方法。本发明专利技术能加深体区的深度并屏蔽超级结的表面缺陷的不利影响并从而提高良率，同时能避免对超级结的性能和阈值电压产生影响。

Super junction device and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
超级结器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种超级结器件。本专利技术还涉及一种超级结器件的制造方法。
技术介绍
超级结为由形成于半导体衬底中的交替排列的P型薄层也称P型柱(Pillar)和N型薄层也称N型柱组成，采用了超级结的器件为超级结器件如超级结MOSFET。利用P型薄层和N型薄层电荷平衡的体内降低表面电场(Resurf)技术能提升器件的反向击穿电压的同时又保持较小的导通电阻。超级结的PN间隔的Pillar结构是超级结的最大特点。现有制作PN间隔的pillar结构主要有两种方法，一种是通过多次外延以及离子注入的方法获得，另一种是通过深沟槽刻蚀以及外延(EPI)填充的方式来制作。后一种方法是通过沟槽工艺制作超级结器件，需要先在半导体衬底如硅衬底表面的N型掺杂外延层上刻蚀一定深度和宽度的沟槽，然后利用外延填充(EPIFilling)的方式在刻出的沟槽上填充P型掺杂的硅外延。在通过深沟槽即超级结沟槽刻蚀及外延填充工艺来制作超级结时，由于受到超级结沟槽的表面附近外延层台阶如硅台阶(Stepsilicon)的影响，容易在靠近表面的体硅中形成缺陷，从而导致器件的漏电失效。现有方法中，超级结器件如超级结MOSFET中会形成P型体区，且P型体区是通过在超级结的沟槽填充完成之后通过离子注入加退火推进形成，P型体区的底部为N型柱对应的N型漂移区，P型体区和N型漂移区之间会形成体二极管。通过加深P型体区的深度能将绝大部分表面缺陷排除在耗尽区之外，从而能很好的改善器件漏电。也即，如果需要将超级结的表面缺陷所带来的不利影响屏蔽，需要较深的P型体区。超级结器件中，P型体区的表面通常用于形成沟道，具体为被栅极结构覆盖的P型体区表面用于形成沟道。由于超级结的柱状(Pillar)结构即P型柱和N型柱的制作工艺复杂，栅极结构通常放置在柱状结构的制造完成之后；而P型体区的制造工艺又会放置在栅极结构形成之后。现有的这种先形成超级结的柱状结构、再形成栅极结构以及再形成P型体区的工艺存在如下矛盾：为了屏蔽超级结的表面缺陷的影响需要深的P型体区，但是深的P型体区需要大的热过程即热退火推进的温度会高以及时间会久；但是柱状结构形成之后，不希望由大的热过程，因为大的热过程会使柱状结构中的P型柱的杂质和N型柱的杂质互相扩散并且互相补偿使净掺杂浓度降低，并从而会导致器件性能大幅衰退。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种超级结器件，能加深体区的深度并从而屏蔽超级结的表面缺陷的不利影响并从而提高产品良率，同时能避免体区的退火推进的热过程对超级结的性能的不利影响以及同时不影响器件的阈值电压。为此，本专利技术还提供一种超级结器件的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的超级结器件的器件单元区中包括：由交替排列的P型柱和N型柱组成的超级结，由一个所述P型柱和相邻的一个所述N型柱组成一个超级结单元。所述P型柱由填充于超级结沟槽中的P型外延层组成，所述N型柱由位于所述P型柱之间的第一N型外延层组成，所述超级结沟槽形成于所述第一N型外延层中。通常，在所述超级结表面容易形成有由填充所述超级结沟槽所产生的表面缺陷。在所述第一N型外延层中形成有由第一P型掺杂区和第二P型掺杂区叠加形成的P型体区。所述第一P型掺杂区在所述P型柱形成之前通过离子注入和退火推进形成，所述第一P型掺杂区的掺杂浓度和深度由对应的离子注入和退火推进工艺确定，所述第一P型掺杂区的退火推进工艺具有不受包括所述P型柱的所述超级结的工艺条件限制的特点使得所述第一P型掺杂区的深度能加深并从而使所述P型体区的结深加深。当所述超级结表面形成有表面缺陷时，所述P型体区和底部的所述第一N型外延层之间的体结的耗尽区会完全位于所述表面缺陷的底部，防止由所述表面缺陷所产生的漏电，而且，所述P型体区的结深越深，对所述表面缺陷所产生的漏电的抑制效果越好。各超级结器件单元还包括栅极结构，所述栅极结构形成于对应的所述超级结单元顶部，所述第二P型掺杂区通过全面离子注入自对准形成于所述栅极结构两侧的所述第一P型掺杂区中，被所述栅极结构所覆盖的所述P型体区的表面用于形成沟道，所述第二P型掺杂区的全面离子注入用于调节形成所述沟道的阈值电压。进一步的改进是，在所述器件单元区的周侧还形成有超级结器件的终端区；所述终端区中包括环绕所述器件单元区的P型环，所述第一P型掺杂区和所述P型环具有相同的掺杂结构且采用相同的离子注入和退火推进工艺同时形成，所述P型体区的结深为1微米～5微米。进一步的改进是，所述第一N型外延层形成于半导体衬底表面。进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底，所述第一N型外延层为硅外延层，所述P型柱的P型外延层为硅外延层。进一步的改进是，所述栅极结构为沟槽栅，包括栅极沟槽和形成于所述栅极沟槽内侧表面的栅介质层以及填充于所述栅极沟槽中的多晶硅栅。所述第一P型掺杂区的离子注入为全面离子注入；所述栅极沟槽的至少一个侧面位于所述N型柱中，所述栅极沟槽的深度大于所述P型体区的结深。N+掺杂的源区形成于所述沟槽栅两侧的所述P型体区的表面，在器件导通时所述沟道连接所述源区和所述P型体区底部的所述N型柱。进一步的改进是，所述栅极结构为平面栅，包括依次形成于所述超级结单元表面上的栅介质层和多晶硅栅。所述第一P型掺杂区的离子注入区域通过光刻定义，所述P型体区延伸到所述栅极结构的底部，所述栅极结构还覆盖所述P型体区相邻的所述N型柱表面。N+掺杂的源区自对准形成在所述栅极结构侧面的所述P型体区表面，在器件导通时所述沟道连接所述源区和所述N型柱。进一步的改进是，N+掺杂的漏区形成于所述第一N型外延层的底部，所述漏区由减薄后的N+掺杂的所述半导体衬底组成或由减薄后的所述半导体衬底加N+背面离子注入形成。进一步的改进是，所述第一P型掺杂区的离子注入的注入剂量为2e13cm-2以上，所述P型体区的结深为3微米。为解决上述技术问题，本专利技术提供的超级结器件的制造方法中超级结器件的器件单元区的形成步骤包括：步骤一、提供第一N型外延层，进行离子注入和退火推进形成第一P型掺杂区；通过离子注入和退火推进工艺调节所述第一P型掺杂区的掺杂浓度和深度。步骤二、在所述第一N型外延层中形成超级结沟槽，在所述超级结沟槽中填充P型外延层组成P型柱，由位于所述P型柱之间的第一N型外延层组成N型柱。所述P型柱和所述N型柱交替排列形成超级结，由一个所述P型柱和相邻的一个所述N型柱组成一个超级结单元。通常，在所述超级结表面容易形成有由填充所述超级结沟槽所产生的表面缺陷。步骤三、形成各超级结器件单元对应的栅极结构，所述栅极结构位于对应的所述超级结单元顶部。步骤四、进行全面离子注入在所述栅极结构两侧的所述第一P型掺杂区中自对准形成第二P型掺杂区。由第一P型掺杂区和第二P型掺杂区叠加形成的P型体区。利用步骤一中的所述第一P型掺杂区的退火推进工艺具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超级结器件，其特征在于，超级结器件的器件单元区中包括：/n由交替排列的P型柱和N型柱组成的超级结，由一个所述P型柱和相邻的一个所述N型柱组成一个超级结单元；/n所述P型柱由填充于超级结沟槽中的P型外延层组成，所述N型柱由位于所述P型柱之间的第一N型外延层组成，所述超级结沟槽形成于所述第一N型外延层中；在所述第一N型外延层中形成有由第一P型掺杂区和第二P型掺杂区叠加形成的P型体区；/n所述第一P型掺杂区在所述P型柱形成之前通过离子注入和退火推进形成，所述第一P型掺杂区的掺杂浓度和深度由对应的离子注入和退火推进工艺确定，所述第一P型掺杂区的退火推进工艺具有不受包括所述P型柱的所述超级结的工艺条件限制的特点使得所述第一P型掺杂区的深度能加深并从而使所述P型体区的结深加深；；/n各超级结器件单元还包括栅极结构，所述栅极结构形成于对应的所述超级结单元顶部，所述第二P型掺杂区通过全面离子注入自对准形成于所述栅极结构两侧的所述第一P型掺杂区中，被所述栅极结构所覆盖的所述P型体区的表面用于形成沟道，所述第二P型掺杂区的全面离子注入用于调节形成所述沟道的阈值电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种超级结器件，其特征在于，超级结器件的器件单元区中包括：
由交替排列的P型柱和N型柱组成的超级结，由一个所述P型柱和相邻的一个所述N型柱组成一个超级结单元；
所述P型柱由填充于超级结沟槽中的P型外延层组成，所述N型柱由位于所述P型柱之间的第一N型外延层组成，所述超级结沟槽形成于所述第一N型外延层中；在所述第一N型外延层中形成有由第一P型掺杂区和第二P型掺杂区叠加形成的P型体区；
所述第一P型掺杂区在所述P型柱形成之前通过离子注入和退火推进形成，所述第一P型掺杂区的掺杂浓度和深度由对应的离子注入和退火推进工艺确定，所述第一P型掺杂区的退火推进工艺具有不受包括所述P型柱的所述超级结的工艺条件限制的特点使得所述第一P型掺杂区的深度能加深并从而使所述P型体区的结深加深；；
各超级结器件单元还包括栅极结构，所述栅极结构形成于对应的所述超级结单元顶部，所述第二P型掺杂区通过全面离子注入自对准形成于所述栅极结构两侧的所述第一P型掺杂区中，被所述栅极结构所覆盖的所述P型体区的表面用于形成沟道，所述第二P型掺杂区的全面离子注入用于调节形成所述沟道的阈值电压。


2.如权利要求1所述的超级结器件，其特征在于：在所述器件单元区的周侧还形成有超级结器件的终端区；所述终端区中包括环绕所述器件单元区的P型环，所述第一P型掺杂区和所述P型环具有相同的掺杂结构且采用相同的离子注入和退火推进工艺同时形成，所述P型体区的结深为1微米～5微米。


3.如权利要求2所述的超级结器件，其特征在于：所述第一N型外延层形成于半导体衬底表面。


4.如权利要求3所述的超级结器件，其特征在于：所述半导体衬底为硅衬底，所述第一N型外延层为硅外延层，所述P型柱的P型外延层为硅外延层。


5.如权利要求3所述的超级结器件，其特征在于：所述栅极结构为沟槽栅，包括栅极沟槽和形成于所述栅极沟槽内侧表面的栅介质层以及填充于所述栅极沟槽中的多晶硅栅；
所述第一P型掺杂区的离子注入为全面离子注入；所述栅极沟槽的至少一个侧面位于所述N型柱中，所述栅极沟槽的深度大于所述P型体区的结深；
N+掺杂的源区形成于所述沟槽栅两侧的所述P型体区的表面，在器件导通时所述沟道连接所述源区和所述P型体区底部的所述N型柱。


6.如权利要求3所述的超级结器件，其特征在于：所述栅极结构为平面栅，包括依次形成于所述超级结单元表面上的栅介质层和多晶硅栅；
所述第一P型掺杂区的离子注入区域通过光刻定义，所述P型体区延伸到所述栅极结构的底部，所述栅极结构还覆盖所述P型体区相邻的所述N型柱表面；
N+掺杂的源区自对准形成在所述栅极结构侧面的所述P型体区表面，在器件导通时所述沟道连接所述源区和所述N型柱。


7.如权利要求5或6所述的超级结器件，其特征在于：N+掺杂的漏区形成于所述第一N型外延层的底部，所述漏区由减薄后的N+掺杂的所述半导体衬底组成或由减薄后的所述半导体衬底加N+背面离子注入形成。


8.如权利要求2所述的超级结器件，其特征在于：所述第一P型掺杂区的离子注入的注入剂量为2e13cm-2以上，所述P型体区的结深为3微米。


9.一种超级结器件的制造方法，其特征在于，超级结器件的器件单元区的形成步骤包括：
步骤一、提供第一N型外延层，进行离子注入和退火推进形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，赵龙杰，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31