自平衡超结结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种自平衡超结结构及其制备方法，包括：于第一掺杂类型衬底表面形成初始外延层；于初始外延层中分别形成第一掺杂类型注入区及第二掺杂类型注入区；于初始外延层表面形成本征外延层；于本征外延层中分别形成第一掺杂类型注入区及第二掺杂类型注入区；重复以上步骤，形成外延层叠层结构再进行热扩散处理，形成自平衡超结结构。外延层叠层结构同一层中的第一掺杂类型离子及第二掺杂类型离子均是通过同一次光刻后进行离子注入实现，所以外延层叠层结构中两种离子总数仅由注入决定，从而光刻线宽的变化不会影响两种离子的平衡关系，大幅降低光刻线宽对两种离子注入量的影响，大幅放宽光刻线宽规范，降低光刻工艺难度，提高工艺容差。提高工艺容差。提高工艺容差。

【技术实现步骤摘要】
自平衡超结结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体结构
，特别是涉及一种自平衡超结结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]超结(Super Junction)结构采用交替的PN结结构取代单一导电类型材料作为漂移区，在漂移区引入了横向电场，使得器件漂移区在较小的关断电压下即可完全耗尽，击穿电压仅与耗尽层厚度及临界电场有关。因此，在相同耐压条件下，超结结构漂移区的掺杂浓度可以提高一个数量级，大大降低了导通电阻。
[0003]超结结构能够实现较高的击穿电压关键在于P区域和N区域的电荷平衡，当P区域和N区域的电荷平衡时超结结构可以得到较高的击穿电压，而当P区域和N区域的电荷失去平衡，则会导致击穿电压迅速降低。
[0004]目前，超结结构的制备方法主要有两种，一种为深槽刻蚀后外延填充形成，具体为：先在衬底上形成N型(或P型)外延层，并在所述N型(或P型)外延层内形成沟槽；然后再在所述沟槽内形成P型(或N型)填充层以得到超结结构。然而，上述超结结构的制备方法为了实现P区域和N区域的电荷平衡，需要严格控制N型(或P型)外延层浓度、沟槽刻蚀宽度、P型(或N型)填充层浓度等关键参数，并要求这些参数之间相互匹配。然而，对上述关键参数控制要求严格，工艺难度大且工艺兼容性小，使得最终产品的参数波动比较大。另一种为多次外延+注入+退火的方式形成超结结构，但是该制备方法为实现电荷平衡需要通过光刻工艺定义P/N杂质中的一种或两种杂质的注入区域，因此，光刻工艺的线宽波动将会严重的影响电荷平衡，而光刻工艺的线宽控制受多重因素影响，很难做到精确控制。目前的多层外延结构超结工艺对光刻工艺控制要求非常苛刻，工艺难度大且工艺容差性小，最终产品参数波动大。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种自平衡超结结构及其制备方法，用于解决现有技术中多层外延超结结构的制备工艺由于光刻工艺的影响导致控制难度大、容错性小等的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种自平衡超结结构的制备方法，所述制备方法至少包括步骤：
[0007]1)提供第一掺杂类型衬底，所述第一掺杂类型衬底具有相对的第一面及第二面，并于所述第一掺杂类型衬底的第一面形成初始外延层；
[0008]2)于所述初始外延层表面形成带注入窗口的阻挡层，基于所述注入窗口，采用离子注入工艺于所述初始外延层中分别形成第一掺杂类型注入区及第二掺杂类型注入区，所述第一掺杂类型注入区内离子的电荷类型与所述第二掺杂类型注入区内离子的电荷类型相反；
[0009]3)去除所述阻挡层，于所述初始外延层表面形成本征外延层；
[0010]4)于所述本征外延层表面形成带注入窗口的阻挡层，基于所述注入窗口，采用离子注入工艺于所述本征外延层中分别形成第一掺杂类型注入区及第二掺杂类型注入区，所述第一掺杂类型注入区内离子的电荷类型与所述第二掺杂类型注入区内离子的电荷类型相反；
[0011]5)重复进行步骤3)～步骤4)，形成具有多个第一掺杂类型注入区及多个第二掺杂类型注入区的外延层叠层结构，其中，多个第一掺杂类型注入区沿垂直方向互相对准，多个第二掺杂类型注入区沿垂直方向互相对准；
[0012]6)各第一掺杂类型注入区扩散连接贯通形成第一掺杂类型柱，各第二掺杂类型注入区扩散连接贯通形成第二掺杂类型柱，各第二掺杂类型柱之间间隔出第一掺杂类型柱，形成自平衡超结结构，其中，所述第一掺杂类型柱的第一掺杂类型离子总量与所述第二掺杂类型柱的第二掺杂类型离子总量相等；
[0013]所述第一掺杂类型为N型，所述第二掺杂类型为P型，或所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型。
[0014]可选地，步骤2)中，采用倾斜角离子注入工艺形成所述第一掺杂类型注入区及第二掺杂类型注入区，其中，形成所述第一掺杂类型注入区的第一离子注入束的方向与形成所述第二掺杂类型注入区的第二离子注入束的方向呈正负倾斜关系，且所述第一离子注入束及所述第二离子注入束在所述初始外延层表面的投影与所述阻挡层垂直；步骤4)中，采用倾斜角离子注入工艺形成所述第一掺杂类型注入区及第二掺杂类型注入区，其中，形成所述第一掺杂类型注入区的第一离子注入束的方向与形成所述第二掺杂类型注入区的第二离子注入束的方向呈正负倾斜关系，且所述第一离子注入束及所述第二离子注入束在所述本征外延层表面的投影与所述阻挡层垂直。
[0015]进一步地，步骤2)中，所述第一离子注入束与所述初始外延层之间的夹角与所述第二离子注入束与所述初始外延层之间的夹角相等且介于3
°
～60
°
之间；步骤4)中，所述第一离子注入束与所述本征外延层之间的夹角与所述第二离子注入束与所述本征外延层之间的夹角相等且介于3
°
～60
°
之间。
[0016]可选地，步骤2)中，所述注入窗口的宽度介于1μm～10μm之间；步骤4)中，所述注入窗口的宽度介于1μm～10μm之间。
[0017]可选地，步骤1)中，所述初始外延层为第一掺杂类型的外延层。
[0018]可选地，步骤1)中，所述第一掺杂类型衬底为重掺杂衬底，所述第一掺杂类型衬底的掺杂浓度大于1
×
e
19
/cm3。
[0019]可选地，步骤1)中，所述初始外延层的厚度介于2μm～20μm之间；步骤3)中，所述本征外延层的厚度介于2μm～12μm之间。
[0020]可选地，所述第一掺杂类型注入区中第一掺杂类型离子注入剂量介于1
×
e
12
/cm2～1
×
e
14
/cm2之间，所述第二掺杂类型注入区中第二掺杂类型离子注入剂量介于1
×
e
12
/cm2～1
×
e
14
/cm2之间。
[0021]可选地，所述制备方法还包括：于所述第一掺杂类型衬底的第二面进行第二重掺杂类型离子注入的步骤。
[0022]本专利技术还提供一种自平衡超结结构，所述自平衡超结结构由上述自平衡超结结构
的制备方法制备而得到。
[0023]如上所述，本专利技术的自平衡超结结构的制备方法通过多次外延工艺加离子注入过程形成外延层叠层结构，外延层叠层结构同一层中的第一掺杂类型离子及第二掺杂类型离子均是通过同一次光刻后进行离子注入实现，即每层中两种离子的平衡仅由注入决定，所以外延层叠层结构中第一掺杂类型离子的离子总数及第二掺杂类型离子的离子总数仅由注入决定，从而光刻线宽的变化不会影响两种离子的平衡关系，大幅降低光刻线宽对两种离子注入量的影响，大幅放宽光刻线宽规范，降低光刻工艺难度，提高工艺容差。
附图说明
[0024]图1显示为本专利技术的自平衡超结结构制备方法的流程示意图。
[0025]图2至图10显示为本专利技术的自平衡超结结构制备方法中各步骤对应的结构示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自平衡超结结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括步骤：1)提供第一掺杂类型衬底，所述第一掺杂类型衬底具有相对的第一面及第二面，并于所述第一掺杂类型衬底的第一面形成初始外延层；2)于所述初始外延层表面形成带注入窗口的阻挡层，基于所述注入窗口，采用离子注入工艺于所述初始外延层中分别形成第一掺杂类型注入区及第二掺杂类型注入区；3)去除所述阻挡层，于所述初始外延层表面形成本征外延层；4)于所述本征外延层表面形成带注入窗口的阻挡层，基于所述注入窗口，采用离子注入工艺于所述本征外延层中分别形成第一掺杂类型注入区及第二掺杂类型注入区；5)重复进行步骤3)～步骤4)，形成具有多个第一掺杂类型注入区及多个第二掺杂类型注入区的外延层叠层结构，其中，多个第一掺杂类型注入区沿垂直方向互相对准，多个第二掺杂类型注入区沿垂直方向互相对准；6)各第一掺杂类型注入区扩散连接贯通形成第一掺杂类型柱，各第二掺杂类型注入区扩散连接贯通形成第二掺杂类型柱，各第二掺杂类型柱之间间隔出第一掺杂类型柱，形成自平衡超结结构，其中，所述第一掺杂类型柱的第一掺杂类型离子总量与所述第二掺杂类型柱的第二掺杂类型离子总量相等；所述第一掺杂类型为N型时，所述第二掺杂类型为P型，或所述第一掺杂类型为P型时，所述第二掺杂类型为N型。2.根据权利要求1所述的自平衡超结结构的制备方法，其特征在于：步骤2)中，采用倾斜角离子注入工艺形成所述第一掺杂类型注入区及第二掺杂类型注入区，其中，形成所述第一掺杂类型注入区的第一离子注入束的方向与形成所述第二掺杂类型注入区的第二离子注入束的方向呈正负倾斜关系，且所述第一离子注入束及所述第二离子注入束在所述初始外延层表面的投影与所述阻挡层垂直；步骤4)中，采用倾斜角离子注入工艺形成所述第一掺杂类型注入区及第二掺杂类型注入区，其中，形成所述第一掺杂类型注入区的第一离子注入束的方向与形成所述第二掺杂类型注入区的第二离子注入束的方向呈正负倾斜关系，且所述第一离子注入束及所述第二离子注入束在所述本征外延层表面的投影与所述阻挡层垂直。3.根据权利要求2所述的自平衡超结结构的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述第一离子注入束与所述初始外...

【专利技术属性】
技术研发人员：王代利，
申请(专利权)人：华润微电子重庆有限公司，
类型：发明
国别省市：