一種用于制造半導(dǎo)體器件(10；10‘)的工藝構(gòu)思如下步驟：提供具有至少有一個深溝槽(4)的半導(dǎo)體材料本體(2)，該深溝槽(4)從本體頂部表面(2a)開始延伸通過半導(dǎo)體材料的所述本體；以及經(jīng)由半導(dǎo)體材料外延生長填充深溝槽(4)，因而在半導(dǎo)體材料本體(2)內(nèi)形成柱狀結(jié)構(gòu)(8)。制造工藝進一步構(gòu)思通過對正在外延生長的半導(dǎo)體材料的伴生化學(xué)蝕刻調(diào)節(jié)外延生長以獲得無空隙緊湊填充的深溝槽(4)的步驟；具體而言，蝕刻氣體流被導(dǎo)入至與外延生長同一反應(yīng)環(huán)境中，其中源氣體流被提供用于相同的外延生長。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種用于填充由半導(dǎo)體材料制成的本體中的深溝槽的工藝，并涉及一種根據(jù)相同工藝所得的半導(dǎo)體器件。具體而言，本公開在并非暗示喪失普遍性的前提下明確引用電荷平衡類型的半導(dǎo)體功率器件(例如二極管、MOSFET、IGBT、或雙極晶體管)。
技術(shù)介紹
如所知地，近年來開發(fā)出各種技術(shù)方案以提高半導(dǎo)體功率器件的效率，尤其是在提高對應(yīng)的擊穿電壓和減小對應(yīng)的輸出電阻方面。例如，U.S. US 6，586，798、US 6，228，719、US 6，300，171 和 US 6，404，010 中公開 的垂直導(dǎo)電半導(dǎo)體功率器件，其中，在形成具有給定導(dǎo)電類型的漏極區(qū)(例如N型導(dǎo)電性)的外延層內(nèi)，提供相反導(dǎo)電性(例如P型導(dǎo)電性)的柱狀結(jié)構(gòu)。該柱狀結(jié)構(gòu)的摻雜劑濃度使得以如下方式平衡外延層的電荷量產(chǎn)生基本的電荷平衡(所謂的多漏極(MD)技術(shù)或超結(jié)(SJ)技術(shù))。這種電荷平衡使得能夠得到高的擊穿電壓，如圖1中圖表所示，其突出顯示了半導(dǎo)體器件的擊穿電壓(BV)值在與漏極層中完美電荷平衡對應(yīng)的點處具有最大值(Nd代表N型的摻雜劑類的濃度，而Na代表P型的摻雜劑類的濃度)。此外，外延層的高濃度使得能夠得到低輸出電阻(并且因此得到低的傳導(dǎo)損失)。柱形結(jié)構(gòu)的制造可以構(gòu)思外延層生長步驟的序列，以N型為例，每一步之后為注入相反類型的摻雜劑的步驟，在這種情況下該相反類型是P型。堆疊注入?yún)^(qū)以便形成柱狀結(jié)構(gòu)。接下來，為了使由注入和外延生長交替構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)連續(xù)，需要增加該器件的熱預(yù)算。最終，功率器件的本體區(qū)域以如下方式被提供為與柱狀結(jié)構(gòu)相接觸柱狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成本體區(qū)域的在漏極區(qū)內(nèi)的延伸。該技術(shù)的演變導(dǎo)致了構(gòu)成器件的基礎(chǔ)帶(elementary strip)的密度的漸進增加，以進一步增加外延層的電荷濃度并得到對于給定的相同擊穿電壓(與柱狀結(jié)構(gòu)的高度基本上關(guān)聯(lián))具有更小輸出電阻的器件。然而另一方面，基礎(chǔ)帶密度的上升導(dǎo)致了外延生長步驟數(shù)的對應(yīng)增加(高達甚至大于十的數(shù)字)和所得器件的熱預(yù)算的增加，并且因此增加了涉及的制造成本和時間以及缺陷(其與外延生長的步驟有內(nèi)在聯(lián)系)。用于制造電荷平衡的柱狀結(jié)構(gòu)的可替換的技術(shù)因此得以發(fā)展，其具體構(gòu)思了在半導(dǎo)體材料晶片的表面部分中的深溝槽形成，例如通過對應(yīng)的外延層，和隨后以適當(dāng)摻雜的半導(dǎo)體材料來填充相同的溝槽以得到電荷平衡。例如，提出了技術(shù)方案，其中經(jīng)由以下列步驟填充溝槽半導(dǎo)體材料的非選擇性外延生長的步驟，交替地以各別并且分離的步驟蝕刻表面生長部分(所謂的“多步工藝”)。整體上，所述的用于制造具有電荷平衡結(jié)構(gòu)的功率器件的技術(shù)方案在復(fù)雜性和制造成本方面以及在得到真正的電荷平衡方面(例如，由于電荷空間分布的差的均勻性或者由于剩余缺陷的存在，尤其是在填充溝槽時的空隙)并未被證明是總體滿意的。具體而言，深溝槽的外延填充的步驟被證明是至關(guān)重要的，特別在相同的溝槽具有高的縱橫比或形狀系數(shù)(即深度和寬度之間的高比率)的情況下。實際上，如圖2所突出顯示的那樣，由于反應(yīng)氣體濃度隨著深度而降低，因此外延生長的速率(Vgrarth)隨著溝槽中深度越深和與半導(dǎo)體材料晶片表面的距離越遠(yuǎn)而降低。因此，表面處溝槽的側(cè)壁生長前沿可能在溝槽自己的填充完畢之前相接觸；一旦填充工藝完成，則空隙可能因而留在已被填充的溝槽內(nèi)部。這些空隙在一些情況下具有可能甚至大的和與相同溝槽的寬度相當(dāng)?shù)某叽纭＿@些空隙的存在，以及已填充的溝槽中的一般剩余缺陷可以危害所得的半導(dǎo)體器件的電學(xué)特性，例如反向偏置區(qū)中的電學(xué)特性。專利技術(shù)公開本專利技術(shù)的目的因此是全部或者部分解決之前所突出示出的問題，并且具體地在于提供一種制造工藝，該制造工藝將使得能夠得到具有改良電學(xué)特性的器件，并且將有好的生產(chǎn)簡易性和受控的制造成本。因此，根據(jù)本專利技術(shù)，基本如附加的權(quán)利要求書所限定地提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的工藝以及一種對應(yīng)的半導(dǎo)體器件。附圖說明為了更好得理解本專利技術(shù)，現(xiàn)在僅通過非限制性示例并且參考所附附圖來描述本專利技術(shù)的優(yōu)選的實施例，其中圖1和圖2示出了關(guān)于半導(dǎo)體器件和常規(guī)類型的制造工藝的電學(xué)量和物理量的圖表;圖3a_圖3g示出了根據(jù)本專利技術(shù)的一種實施例的在用于填充深溝槽的工藝期間由半導(dǎo)體材料制成的本體的示意截面圖；圖4示出了在圖3a_圖3g所示的填充工藝的子步驟期間采用的生長率和蝕刻速率的圖；圖5示出了在圖3a_圖3g所示的在填充工藝的子步驟期間采用的氣流的比率圖。圖6a_圖6g示出了根據(jù)本專利技術(shù)的一個不同實施例的在用于填充深溝槽的工藝期間，由半導(dǎo)體材料制成的本體的示意截面圖；圖7和圖8示出了在填充深溝槽的工藝結(jié)束時提供的半導(dǎo)體器件的示意截面圖；圖9a和圖9b分別示出了在第一變體實施例中，圖8的半導(dǎo)體器件的邊緣終止 (edge-termination)結(jié)構(gòu)的截面和俯視圖；以及圖1Oa和圖1Ob分別示出了在第二變體實施例中，圖8的半導(dǎo)體器件的邊緣終止結(jié)構(gòu)的截面和俯視圖。具體實施例方式現(xiàn)在具體參照電荷平衡半導(dǎo)體器件的制造來描述根據(jù)本專利技術(shù)的一個實施例的制造工藝，其中具有給定的導(dǎo)電性的柱狀結(jié)構(gòu)在由相反導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料制成的本體內(nèi)部形成，以用于平衡其總電荷。然而注意，將被描述的工藝發(fā)現(xiàn)了用于提供之前在半導(dǎo)體材料的本體內(nèi)部所做成的深溝槽的均勻填充，無缺陷(也就是空隙)的整體應(yīng)用。圖3a(未按比例繪制，后圖亦然)示出了半導(dǎo)體材料(具體而言為硅)的晶片1，晶片I包括襯底Ia和在襯底Ia上設(shè)置的并且具有第一導(dǎo)電性類型(例如N型)的結(jié)構(gòu)層2以及頂部表面2a ;例如，結(jié)構(gòu)層2是之前在襯底Ia上生長的外延層。深溝槽4是在結(jié)構(gòu)層2的深度方向(向著下面的襯底Ia)上垂直延伸(即在與圖3a的截面垂直的方向)通過所述結(jié)構(gòu)層2的表面部分。例如使用掩模和各向異性干法化學(xué)蝕刻(未在此詳細(xì)描述)的光刻技術(shù)獲得深溝槽4。圖3a(隨后的圖也)更清晰地示出了晶片I的表面部分的放大圖，其包含單對相鄰的深溝槽4(在與將形成的半導(dǎo)體器件的兩個對應(yīng)帶所對應(yīng)的位置，如在下文中所闡明的那樣)。然而清楚地是，下文中所描述的工藝步驟還考慮到了晶片I的其余部分。 深溝槽4具有基本垂直的側(cè)壁(正交于頂部表面2a)，其有著關(guān)于同一個頂部表面2a的傾斜角度以及高的縱橫比，該傾斜角度例如在88°和90°之間。例如，深溝槽4有30iim的深度以及1.5iim至3iim的寬度；或者10 y m的深度以及0. 5 y m至1. 5 y m的寬度(對應(yīng)的深度因此為對應(yīng)的寬度的例如十倍至二十倍)。如已知的那樣，深溝槽4的寬度確定所得半導(dǎo)體器件的電壓等級。例如，對于5 ii m的深度而言，其對應(yīng)100V的電壓等級，然而對于30 i! m的深度而言，其對應(yīng)600V的電壓等級。而且，所得半導(dǎo)體器件的截止電壓可以根據(jù)結(jié)構(gòu)層2的厚度而變化；例如，根據(jù)結(jié)構(gòu)層2的厚度，所得器件的截止電壓可以在100V和1500V之間變化。此外，兩個相鄰的深溝槽4之間的(平行于頂部表面2a并垂直于深度方向測量的)橫向分離的距離例如在3iim和6iim之間；這個分離距離以及相同的深溝槽4的寬度限定最終的半導(dǎo)體器件(其實際上由多個基本結(jié)構(gòu)組成)的結(jié)構(gòu)的周期性。如圖3b所示，該工藝?yán)^續(xù)進行深溝槽4的內(nèi)部側(cè)壁的表面處理步驟，具體而言包括在氫氣環(huán)境下在高溫度下(例如，從1000°C至1150°C )進行的退火熱處理。這本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2010.07.26 IT TO2010A0006421.一種用于制造半導(dǎo)體器件(10 ;10')的工藝，包括以下步驟 提供具有至少一個深溝槽(4)的半導(dǎo)體材料本體(2)，所述至少一個深溝槽(4)從所述半導(dǎo)體材料本體(2)的頂部表面(2a)開始延伸通過所述半導(dǎo)體材料本體；以及 經(jīng)由半導(dǎo)體材料的外延生長填充所述深溝槽(4)，從而在所述半導(dǎo)體材料本體(2)內(nèi)形成柱狀結(jié)構(gòu)(8)， 其特征在于包括如下步驟通過對正經(jīng)歷外延生長的所述半導(dǎo)體材料的伴生化學(xué)蝕刻調(diào)節(jié)所述外延生長，以便獲得無空隙的、緊湊填充的所述深溝槽(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述填充步驟包括在用于外延生長的反應(yīng)環(huán)境中引入用于所述外延生長的源氣體流；并且所述調(diào)節(jié)步驟包括在與所述外延生長的反應(yīng)環(huán)境相同的反應(yīng)環(huán)境中弓I入被設(shè)計成與所述源氣體流混合的蝕刻氣體流。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工藝，其中所述半導(dǎo)體材料是硅，所述源氣體是二氯甲硅烷(DCS-SiH2Cl2)，并且所述蝕刻氣體是鹽酸(HCl)。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的工藝，其中所述調(diào)節(jié)步驟包括調(diào)整所述源氣體流和所述蝕刻氣體流之間的比率，以便限定需要的生長/蝕刻方式，所述生長/蝕刻方式沿所述深溝槽⑷的深度可變。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，其中所述調(diào)整步驟包括調(diào)整所述源氣體流與所述蝕刻氣體流之間的比率，以便限定所述半導(dǎo)體材料在所述深溝槽(4)的設(shè)置在距所述頂部表面(2a) 一定距離處的底部處的生長速率比在所述頂部表面(2a)處更高。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的工藝，其中在所述提供半導(dǎo)體材料的本體的步驟結(jié)束時，所述深溝槽(4)具有寬度和側(cè)壁，所述寬度具有在所述頂部表面(2a)處與所述頂部表面(2a)平行測量的初始值，所述側(cè)壁的傾斜度具有關(guān)于垂直于所述頂部表面(2a)的方向測量的初始值；并且其中所述調(diào)節(jié)步驟包括修改所述深溝槽(4)的形狀，以便與所述初始值相比增加在所述頂部表面(2a)處的所述寬度，并且以便與所述初始值相比增加所述傾斜度。7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項所述的工藝，其中所述調(diào)節(jié)步驟包括多個子步驟，每個子步驟由在用于所述外延生長的所述反應(yīng)環(huán)境中供應(yīng)的所述源氣體流和所述蝕刻氣體流之間的相應(yīng)比率區(qū)分。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工藝，其中所述多個子步驟包括 第一子步驟，以貫穿所述深溝槽(4)的深度并且確定所述半導(dǎo)體材料在所述深溝槽(4)的、設(shè)置在距所述頂部表面(2a) —定距離處的底部的生長速率高于在所述頂部表面(2a)處的生長速率的生長方式實施； 第二子步驟，在所述第一子步驟之后，以針對所述深溝槽(4)的設(shè)置在所述頂部表面(2a)附近的一部分并且確定所述半導(dǎo)體材料在所述頂部表面(2a)的蝕刻速率高于在所述深溝槽(4)的所述底部的蝕刻速率的蝕刻方式實施；以及 第三子步驟，在所述第二子步驟之后，以貫穿所述深溝槽(4)的深度并且確定基本完整填充所述深溝槽(4)的生長方式實施。9.根據(jù)權(quán)利要...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：M·G·薩吉奧，D·穆拉比托，L·菲奧里，G·莫拉萊，G·阿里納，
申請(專利權(quán))人：意法半導(dǎo)體股份有限公司，
類型：
國別省市：
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