一種超結(jié)器件耐壓層的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種超結(jié)器件耐壓層的制備方法，包括：在襯底材料上生長并刻蝕第一外延材料，以在第一外延材料上形成相互間隔的N個第一溝槽；用第二外延材料填充N個第一溝槽，第二外延材料的摻雜類型與第一外延材料的摻雜類型不相同；拋光第二外延材料；在光滑表面上生長并刻蝕第一外延材料，以形成與N個第一溝槽一一對齊的N個第二溝槽；用所述第二外延材料填充所述N個第二溝槽，以與之前填充的所述第二外延材料對齊連通，形成交替設(shè)置的多對P型和N型立柱。本發(fā)明專利技術(shù)提供的器件，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏高質(zhì)量的高深寬比的超結(jié)耐壓層的制備方法的技術(shù)問題。提供了一種高深寬比的超結(jié)耐壓層的高可靠性制備方法。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種超結(jié)器件耐壓層的制備方法
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種超結(jié)器件耐壓層的制備方法。
技術(shù)介紹
在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)，以垂直雙擴散工藝形成的縱向金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，MOSFET)稱為VDMOSFET，簡稱VDMOS。VDMOS的耐壓層由輕摻雜的外延漂移區(qū)組成，電場近似為梯形分布，電場所包圍的面積為擊穿電壓(BV)。提高BV需要增加漂移區(qū)厚度以及減小的漂移區(qū)摻雜濃度，會導(dǎo)致導(dǎo)通電阻Ron變大，大大增加了功耗。BV與Ron存在制約關(guān)系，被稱為硅極限。至從1980年VDMOS被專利技術(shù)以來，很多人都研究如何突破硅極限，一種是提出用寬禁帶半導(dǎo)體來代替硅材料，另一種是對硅基VDMOS結(jié)構(gòu)進行改進優(yōu)化，其中最為成功的就是超結(jié)VDMOS，如圖1所示，超結(jié)VDMOS耐壓層由N柱P柱交替構(gòu)成，基于電荷補償原理，電場近似為矩形分布，使BV只依賴于漂移區(qū)厚度，而與其摻雜濃度無關(guān)。超結(jié)耐壓層的摻雜濃度可比VDMOS高一個數(shù)量級，同等BV的Ron可比傳統(tǒng)VDMOS小5-10倍，被譽為功率半導(dǎo)體器件發(fā)展史上里程碑式的結(jié)構(gòu)。超結(jié)耐壓層制備的難點就是使N柱P柱增大深寬比的同時能保持電荷平衡，因為只要電荷不平衡，電壓就會掉下來，當前，制備耐壓層往往采用深槽刻蝕與外延填充技術(shù)。該技術(shù)的制造流程主要是在重摻雜N型襯底材料上做一次N外延，然后進行深度的P型離子注入和退火來制備超結(jié)耐壓層。然而，采用離子注入來形成耐壓層P柱和N柱的方法不適用于制備高深寬比的超結(jié)耐壓層。也就是說，現(xiàn)有技術(shù)中存在缺乏高質(zhì)量的高深寬比的超結(jié)耐壓層的制備方法的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)通過提供一種超結(jié)器件耐壓層的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中缺乏高質(zhì)量的高深寬比的超結(jié)耐壓層的制備方法的技術(shù)問題。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了如下技術(shù)方案：一種超結(jié)器件耐壓層的制備方法，包括：在襯底材料上生長并刻蝕第一外延材料，以在所述第一外延材料上形成相互間隔的N個第一溝槽，N為正整數(shù)；用第二外延材料填充所述N個第一溝槽，所述第二外延材料的摻雜類型與所述第一外延材料的摻雜類型不相同；拋光所述第二外延材料，至露出交替分布有所述第一外延材料和所述第二外延材料的光滑表面；在所述光滑表面上生長并刻蝕所述第一外延材料，以形成與所述N個第一溝槽一一對齊的N個第二溝槽；用所述第二外延材料填充所述N個第二溝槽，以與之前填充的所述第二外延材料對齊連通，形成交替設(shè)置的多對P型和N型立柱。可選的，所述在襯底材料上生長并刻蝕第一外延材料之前，還包括：根據(jù)需要制備的耐壓層的深寬比，確定生長所述第一外延材料的生長次數(shù)；所述拋光所述第二外延材料至露出交替分布有所述第一外延材料和所述第二外延材料的光滑表面之后，還包括：生長所述第一外延材料M次，在每次生長所述第一外延材料之后，刻蝕所述第一外延材料形成間隔的溝槽；并在每次刻蝕所述第一外延材料后，用所述第二外延材料填充所述間隔的溝槽；在每次填充所述間隔的溝槽后，拋光所述第二外延材料至露出交替分布有所述第一外延材料和所述第二外延材料的光滑表面；其中，M等于所述生長次數(shù)減2。可選的，所述根據(jù)需要制備的耐壓層的深寬比，確定生長所述第一外延材料的生長次數(shù)，包括：根據(jù)需要制備的耐壓層的深寬比，確定生長所述第一外延材料的生長次數(shù)，以使的每次生長并刻蝕所述第一外延層材料形成的溝槽的深寬比小于等于40:1。可選的，所述第一溝槽和所述第二溝槽的深寬比均小于等于40:1。可選的，所述襯底材料為重摻雜的N型襯底材料；所述第一外延材料為N型摻雜材料；所述第二外延材料為P型摻雜材料。可選的，所述拋光所述第二外延材料，包括：化學(xué)機械拋光所述第二外延材料。可選的，所述用所述第二外延材料填充所述N個第二溝槽，以與之前填充的所述第二外延材料對齊連通，形成交替設(shè)置的多對P型和N型立柱之后，還包括：生長外延材料，并在生在的外延材料上摻雜形成多個表面結(jié)構(gòu)，所述表面結(jié)構(gòu)包括：第一摻雜阱區(qū)和設(shè)置在所述第一摻雜阱區(qū)內(nèi)的第二摻雜阱區(qū)，所述第一摻雜阱區(qū)與所述第二摻雜阱區(qū)的摻雜類型不相同。可選的，所述超結(jié)器件為超結(jié)二極管、超結(jié)VDMOS或超結(jié)IGBT。可選的，當所述器件為IGBT器件時，所述襯底材料包括：連接的N型襯底材料和P型襯底材料。本申請實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：本申請實施例提供的超結(jié)器件耐壓層的制備方法，先在襯底材料上做一次外延生長，然后刻蝕一部分形成溝槽，接著用不同摻雜的外延材料填充溝槽，最后進行化學(xué)機械拋光，接著再進行第二次外延生長，然后進行第二次刻槽和外延填充，如此重復(fù)，直至溝槽深度達到要求，即通過多次生長和填充來制備高深寬比的超結(jié)耐壓層，以避免形成空洞和晶體缺陷，提供了一種高深寬比的超結(jié)耐壓層的高可靠性制備方法。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為
技術(shù)介紹
中超結(jié)VDMOS的結(jié)構(gòu)和電場示意圖；圖2為本申請實施例中超結(jié)器件耐壓層的制備方法的流程圖；圖3為本申請實施例中超結(jié)器件耐壓層制備工藝示意圖一；圖4為本申請實施例中超結(jié)器件耐壓層制備工藝示意圖二；圖5為本申請實施例中超結(jié)器件耐壓層制備工藝示意圖三；圖6為本申請實施例中超結(jié)器件耐壓層制備工藝示意圖四；圖7為本申請實施例中超結(jié)器件耐壓層制備工藝示意圖五；圖8為本申請實施例中超結(jié)器件耐壓層制備工藝示意圖六；圖9為本申請實施例中超結(jié)器件耐壓層制備工藝示意圖七；圖10為本申請實施例中超結(jié)器件耐壓層制備工藝示意圖八。具體實施方式本申請實施例通過提供一種超結(jié)器件，解決了現(xiàn)有技術(shù)中缺乏高質(zhì)量的高深寬比的超結(jié)耐壓層的制備方法的技術(shù)問題。提供了一種高深寬比的超結(jié)耐壓層的高可靠性制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本申請實施例提供技術(shù)方案的總體思路如下：本申請?zhí)峁┮环N超結(jié)器件耐壓層的制備方法，包括：在襯底材料上生長并刻蝕第一外延材料，以在所述第一外延材料上形成相互間隔的N個第一溝槽，N為正整數(shù)；用第二外延材料填充所述N個第一溝槽，所述第二外延材料的摻雜類型與所述第一外延材料的摻雜類型不相同；拋光所述第二外延材料，至露出交替分布有所述第一外延材料和所述第二外延材料的光滑表面；在所述光滑表面上生長并刻蝕所述第一外延材料，以形成與所述N個第一溝槽一一對齊的N個第二溝槽；用所述第二外延材料填充所述N個第二溝槽，以與之前填充的所述第二外延材料對齊連通，形成交替設(shè)置的多對P型和N型立柱。本申請實施例提供的超結(jié)器件耐壓層的制備方法，先在襯底材料上做一次外延生長，然后刻蝕一部分形成溝槽，接著用不同摻雜的外延材料填充溝槽，最后進行化學(xué)機械拋光，接著再進行第二次外延生長，然后進行第二次刻槽和外延填充，如此重復(fù)，直至溝槽深度達到要求，即通過多次生長和填充來制備高深寬比的超結(jié)耐壓層，以避免形成空洞和晶體缺陷，提供了一種高深寬比的超結(jié)耐壓層的高可靠性制備方法。為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合具體的實施方式對上述技術(shù)方案進行詳細說明，應(yīng)當理解本專利技術(shù)實施本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種超結(jié)器件耐壓層的制備方法，其特征在于，包括：在襯底材料上生長并刻蝕第一外延材料，以在所述第一外延材料上形成相互間隔的N個第一溝槽，N為正整數(shù)；用第二外延材料填充所述N個第一溝槽，所述第二外延材料的摻雜類型與所述第一外延材料的摻雜類型不相同；拋光所述第二外延材料，至露出交替分布有所述第一外延材料和所述第二外延材料的光滑表面；在所述光滑表面上生長并刻蝕所述第一外延材料，以形成與所述N個第一溝槽一一對齊的N個第二溝槽；用所述第二外延材料填充所述N個第二溝槽，以與之前填充的所述第二外延材料對齊連通，形成交替設(shè)置的多對P型和N型立柱。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種超結(jié)器件耐壓層的制備方法，其特征在于，包括：在襯底材料上生長并刻蝕第一外延材料，以在所述第一外延材料上形成相互間隔的N個第一溝槽，N為正整數(shù)；用第二外延材料填充所述N個第一溝槽，所述第二外延材料的摻雜類型與所述第一外延材料的摻雜類型不相同；拋光所述第二外延材料，至露出交替分布有所述第一外延材料和所述第二外延材料的光滑表面；在所述光滑表面上生長并刻蝕所述第一外延材料，以形成與所述N個第一溝槽一一對齊的N個第二溝槽；用所述第二外延材料填充所述N個第二溝槽，以與之前填充的所述第二外延材料對齊連通，形成交替設(shè)置的多對P型和N型立柱。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在襯底材料上生長并刻蝕第一外延材料之前，還包括：根據(jù)需要制備的耐壓層的深寬比，確定生長所述第一外延材料的生長次數(shù)；所述拋光所述第二外延材料至露出交替分布有所述第一外延材料和所述第二外延材料的光滑表面之后，還包括：生長所述第一外延材料M次，在每次生長所述第一外延材料之后，刻蝕所述第一外延材料形成間隔的溝槽；并在每次刻蝕所述第一外延材料后，用所述第二外延材料填充所述間隔的溝槽；在每次填充所述間隔的溝槽后，拋光所述第二外延材料至露出交替分布有所述第一外延材料和所述第二外延材料的光滑表面；其中，M等于所述生長次數(shù)減2。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊尊松，王立新，羅小夢，宋李梅，肖超，陸江，羅家俊，韓鄭生，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院微電子研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11