申请/专利权人：北大方正集团有限公司;深圳方正微电子有限公司

申请日：2015-06-25

公开（公告）日：2020-10-16

公开（公告）号：CN106328488B

主分类号：H01L21/02(20060101)

分类号：H01L21/02(20060101);H01L29/06(20060101);H01L29/36(20060101)

优先权：

专利状态码：失效-未缴年费专利权终止

法律状态：2023.07.07#未缴年费专利权终止;2017.02.08#实质审查的生效;2017.01.11#公开

摘要：本发明提出了一种超结功率器件的制备方法和超结功率器件，其中，上述制备方法，包括：在衬底上依次形成第一外延层和第二外延层；在第一外延层和第二外延层内形成垂直于衬底的沟槽，沟槽的深度等于第一外延层和第二外延层的厚度之和；在第一外延层对应的沟槽内形成第三外延层，第一外延层的厚度与第三外延层的厚度一致，以形成第一级超结功率单元；在第三外延层的上方形成第四外延层，第二外延层的厚度与第四外延层的厚度一致，以形成第二级超结功率单元，进而完成超结功率器件的制备过程。通过本发明的技术方案，形成了兼容了两种掺杂浓度的超结结构的超结功率器件，既满足了低导通电阻的需求，同时，也满足了对电荷失衡的低敏感度的需求。

主权项：1.一种超结功率器件的制备方法，其特征在于，包括：在衬底上依次形成第一外延层和第二外延层；在所述第一外延层和所述第二外延层内形成垂直于所述衬底的沟槽，所述沟槽的深度等于所述第一外延层和所述第二外延层的厚度之和；在所述第一外延层对应的沟槽内形成第三外延层，所述第一外延层的厚度与所述第三外延层的厚度一致，以形成第一级超结功率单元；在所述第三外延层的上方形成第四外延层，所述第二外延层的厚度与所述第四外延层的厚度一致，以形成第二级超结功率单元，进而完成所述超结功率器件的制备过程；所述第一外延层和所述第三外延层构成所述第一级超结功率单元，所述第二外延层和所述第四外延层构成所述第二级超结功率单元，所述第一级超结功率单元和所述第二级超结功率单元的离子浓度不同；控制所述第一外延层的离子浓度低于所述第二外延层的离子浓度，以及控制所述第三外延层的离子浓度低于所述第四外延层的离子浓度，其中，所述第一外延层、第二外延层和所述衬底的离子为第一类离子，所述第三外延层和所述第四外延层的离子为第二类离子，所述第一类离子的类型和所述第二类离子的类型相反。

全文数据：超结功率器件的制备方法和超结功率器件技术领域[0001] 本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种超结功率器件的制备方法和一种超结功率器件。背景技术[0002]目前，在相关技术中，超结功率器件以其高击穿电压和低导通特性，而被广泛应用于半导体器件产品中，但是，随着半导体加工技术的不断发展，超结功率器件仍然存在如下缺陷:[0003] I低掺杂浓度的超结功率器件的导通电阻大，故而导致其静态功耗大；[0004] 2高掺杂浓度的超结功率器件对电荷失衡的敏感度高，故而导致其击穿电压的变化幅度大。[0005] 因此，如何设计一种超结型功率器件以同时保证对电荷失衡的敏感度高和导通电阻高成为亟待解决的技术问题。发明内容[0006] 本发明正是基于上述问题，提出了一种超结功率器件的制备方法和一种新的超结功率器件。[0007] 有鉴于此，本发明的第一方面提出了一种超结功率器件的制备方法，包括:在衬底上依次形成第一外延层和第二外延层；在所述第一外延层和所述第二外延层内形成垂直于所述衬底的沟槽，所述沟槽的深度等于所述第一外延层和所述第二外延层的厚度之和；在所述第一外延层对应的沟槽内形成第三外延层，所述第一外延层的厚度与所述第三外延层的厚度一致，以形成第一级超结功率单元；在所述第三外延层的上方形成第四外延层，所述第二外延层的厚度与所述第四外延层的厚度一致，以形成第二级超结功率单元，进而完成所述超结功率器件的制备过程。[0008] 在该技术方案中，通过形成第一超结功率单元和第二超结功率单元，兼容地在同一器件内制备了两种离子浓度的超结功率单元，以同时实现了低导通电阻和对电荷失衡的低敏感度，进而提升了超结功率器件的应用范围和器件可靠性。[0009] 在上述技术方案中，优选地，形成所述第一外延层，包括以下具体步骤:在所述衬底上通过化学气相淀积的方式依次形成对应于所述第一外延层的第一硅基层；对所述第一硅基层进行第一次离子注入处理和退火处理，以形成第一外延层。[0010] 在该技术方案中，通过化学气相淀积形成第一外延层，实现了对器件的沟道进行电荷的初步补偿，进而提高了器件的可靠性，同时，提高了器件的生产效率。[0011] 在上述技术方案中，优选地，形成所述第一外延层，包括以下具体步骤:通过外延工艺在所述衬底上形成所述第一外延层。[0012] 在该技术方案中，通过外延工艺形成第一外延层，保证了第一外延层的结构可靠性，进一步地提高了器件的可靠性。[0013] 在上述技术方案中，优选地，形成所述第二外延层，包括以下具体步骤:对所述第二硅基层进行第二次离子注入处理和退火处理，以形成第二外延层。[0014] 在该技术方案中，通过化学气相淀积形成第二外延层，实现了对器件的沟道进行电荷的第二步补偿，更进一步地提高了器件的可靠性，同时，提高了器件的生产效率。[0015] 在上述技术方案中，优选地，形成所述第二外延层，包括以下具体步骤:通过外延工艺在所述第一外延层上形成所述第二外延层。[0016] 在该技术方案中，通过外延工艺形成第二外延层，保证了第二外延层的结构可靠性，更进一步地提高了器件的可靠性。[0017] 在上述技术方案中，优选地，依次形成所述第一外延层和所述第二外延层，包括以下具体步骤:在所述衬底上通过化学气相淀积的方式依次形成对应于所述第一外延层的第一硅基层；对所述第一硅基层进行第一次离子注入处理；在所述第一硅基层上通过化学气相淀积的方式形成对应于所述第二外延层的第二硅基层；对所述第二硅基层进行第二次离子注入处理；对所述第一硅基层和所述第二硅基层进行退火处理，以分别形成所述第一外延层和所述第二外延层，其中，所述第一次离子注入处理的剂量低于所述第二次离子注入处理的剂量。[0018] 在该技术方案中，通过上述步骤，实现了对第一外延层和第二外延层的离子浓度的更准确的控制，进一步地保证了器件的可靠性。[0019] 在上述技术方案中，优选地，还包括:控制所述第一外延层的离子浓度低于所述第二外延层的离子浓度，以及控制所述第三外延层的离子浓度低于所述第四外延层的离子浓度，其中，所述第一外延层、第二外延层和所述衬底的离子为第一类离子，所述第三外延层和所述第四外延层的离子为第二类离子，所述第一类离子的类型和所述第二类离子的类型相反。[0020] 在该技术方案中，通过控制第一外延层、第二外延层、第三外延层和第四外延层的离子浓度和注入剂量，实现了不同掺杂浓度的第一超结功率单元和第二超结功率单元的兼容性制备，进而同时实现了器件低导通电阻和对电荷失衡的低敏感度的特性。[0021] 本发明的第二方面提出了一种超结功率器件，采用如上述任一项技术方案所述的超结功率器件的制备方法制备而成。[0022] 在该技术方案中，通过上述制备方法制备而成的超结功率器件，同时实现了低掺杂浓度的超结功率单元对电荷失衡的低敏感度，以及高掺杂浓度的超结功率单元的低导通电阻的特性，提高了器件的实用性和可靠性。[0023] 在上述技术方案中，优选地，所述第一外延层的离子浓度低于所述第二外延层的离子浓度。[0024] 在上述技术方案中，优选地，所述第三外延层的离子浓度低于所述第四外延层的离子浓度。[0025] 通过本发明的技术方案，实现了低掺杂浓度的超结功率单元对电荷失衡的低敏感度，以及高掺杂浓度的超结功率单元的低导通电阻的特性，提高了器件的实用性和可靠性。附图说明[0026] 图1示出了根据本发明的一个实施例的超结功率器件的制备过程的剖面示意图；[0027] 图2示出了根据本发明的另一个实施例的超结功率器件的制备过程的剖面示意图；[0028] 图3示出了根据本发明的再一个实施例的超结功率器件的制备过程的剖面示意图；[0029] 图4示出了根据本发明的又一个实施例的超结功率器件的制备过程的剖面示意图；[0030] 图5示出了根据本发明的实施例的超结功率器件的制备方法的示意流程图。具体实施方式[0031] 为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0032] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。[0033] 下面结合图1至图5，对根据本发明的实施例的超结功率器件的制备过程的多种实施方式进行具体说明。[0034] 实施例一:[0035] 图1至图4中的器件结构及其对应的编号名称为:1衬底，2第一外延层，3第二外延层，4第三外延层，5第四外延层。[0036] 如图1所示，在衬底I上形成第一外延层2和第二外延层3。[0037] 如图2所示，对第一外延层2和第二外延层3进行刻蚀，以形成沟槽，上述沟槽的底部为衬底I的表层。[0038] 如图3所示，在沟槽内形成第三外延层4，其中，第三外延层和第一外延层的水平位置和厚度均一致，第一外延层2和第三外延层4也即构成了第一超结功率单元。[0039] 如图4所示，在沟槽内继续形成第四外延层5，其中，第四外延层5和第二外延层3的水平位置和厚度均一致，第二外延层3和第四外延层5也即构成了第二超结功率单元。[0040] 实施例二:[0041] 如图1至图5所示，根据本发明的实施例的超结功率器件的制备方法，包括:步骤502，在衬底I上依次形成第一外延层2和第二外延层3;步骤504，在所述第一外延层2和所述第二外延层3内形成垂直于所述衬底I的沟槽，所述沟槽的深度等于所述第一外延层2和所述第二外延层3的厚度之和；步骤506，在所述第一外延层2对应的沟槽内形成第三外延层4，所述第一外延层2的厚度与所述第三外延层4的厚度一致，以形成第一级超结功率单元；步骤508，在所述第三外延层4的上方形成第四外延层5，所述第二外延层3的厚度与所述第四外延层5的厚度一致，以形成第二级超结功率单元，进而完成所述超结功率器件的制备过程。[0042] 在该技术方案中，通过形成第一超结功率单元和第二超结功率单元，兼容地在同一器件内制备了两种离子浓度的超结功率单元，以同时实现了低导通电阻和对电荷失衡的低敏感度，进而提升了超结功率器件的应用范围和器件可靠性。[0043] 在上述技术方案中，优选地，形成所述第一外延层2，包括以下具体步骤:在所述衬底I上通过化学气相淀积的方式依次形成对应于所述第一外延层2的第一硅基层；对所述第一硅基层进行第一次离子注入处理和退火处理，以形成第一外延层2。[0044] 在该技术方案中，通过化学气相淀积形成第一外延层2，实现了对器件的沟道进行电荷的初步补偿，进而提高了器件的可靠性，同时，提高了器件的生产效率。[0045] 在上述技术方案中，优选地，形成所述第一外延层2，包括以下具体步骤:通过外延工艺在所述衬底I上形成所述第一外延层2。[0046] 在该技术方案中，通过外延工艺形成第一外延层2，保证了第一外延层2的结构可靠性，进一步地提高了器件的可靠性。[0047] 在上述技术方案中，优选地，形成所述第二外延层3，包括以下具体步骤:对所述第二硅基层进行第二次离子注入处理和退火处理，以形成第二外延层3。[0048] 在该技术方案中，通过化学气相淀积形成第二外延层3，实现了对器件的沟道进行电荷的第二步补偿，更进一步地提高了器件的可靠性，同时，提高了器件的生产效率。[0049] 在上述技术方案中，优选地，形成所述第二外延层3，包括以下具体步骤:通过外延工艺在所述第一外延层2上形成所述第二外延层3。[0050] 在该技术方案中，通过外延工艺形成第二外延层3，保证了第二外延层3的结构可靠性，更进一步地提高了器件的可靠性。[0051] 在上述技术方案中，优选地，依次形成所述第一外延层2和所述第二外延层3，包括以下具体步骤:在所述衬底I上通过化学气相淀积的方式依次形成对应于所述第一外延层2的第一硅基层；对所述第一硅基层进行第一次离子注入处理；在所述第一硅基层上通过化学气相淀积的方式形成对应于所述第二外延层3的第二硅基层；对所述第二硅基层进行第二次离子注入处理；对所述第一硅基层和所述第二硅基层进行退火处理，以分别形成所述第一外延层2和所述第二外延层3，其中，所述第一次离子注入处理的剂量低于所述第二次离子注入处理的剂量。[0052] 在该技术方案中，通过上述步骤，实现了对第一外延层2和第二外延层3的离子浓度的更准确的控制，进一步地保证了器件的可靠性。[0053] 在上述技术方案中，优选地，还包括:控制所述第一外延层2的离子浓度低于所述第二外延层3的离子浓度，以及控制所述第三外延层4的离子浓度低于所述第四外延层5的离子浓度，其中，所述第一外延层2、第二外延层3和所述衬底I的离子为第一类离子，所述第三外延层4和所述第四外延层5的离子为第二类离子，所述第一类离子的类型和所述第二类离子的类型相反。[0054] 在该技术方案中，通过控制第一外延层2、第二外延层3、第三外延层4和第四外延层5的离子浓度和注入剂量，实现了不同掺杂浓度的第一超结功率单元和第二超结功率单元的兼容性制备，进而同时实现了器件低导通电阻和对电荷失衡的低敏感度的特性。[0055] 本发明的第二方面提出了一种超结功率器件，采用如上述任一项技术方案所述的超结功率器件的制备方法制备而成。[0056] 在该技术方案中，通过上述制备方法制备而成的超结功率器件，同时实现了低掺杂浓度的超结功率单元对电荷失衡的低敏感度，以及高掺杂浓度的超结功率单元的低导通电阻的特性，提高了器件的实用性和可靠性。[0057] 在上述技术方案中，优选地，所述第一外延层2的离子浓度低于所述第二外延层3的离子浓度。[0058] 在上述技术方案中，优选地，所述第三外延层4的离子浓度低于所述第四外延层5的离子浓度。[0059] 以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到相关技术中如何设计一种超结型功率器件以同时保证对电荷失衡的敏感度低和导通电阻高的技术问题，本发明提出了一种超结功率器件的制备方法和一种新的超结功率器件，通过形成第一超结功率单元和第二超结功率单元，兼容地在同一器件内制备了两种离子浓度的超结功率单元，以同时实现了低导通电阻和对电荷失衡的低敏感度，进而提升了超结功率器件的应用范围和器件可靠性。[0060] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种超结功率器件的制备方法，其特征在于，包括:在衬底上依次形成第一外延层和第二外延层；在所述第一外延层和所述第二外延层内形成垂直于所述衬底的沟槽，所述沟槽的深度等于所述第一外延层和所述第二外延层的厚度之和；在所述第一外延层对应的沟槽内形成第三外延层，所述第一外延层的厚度与所述第三外延层的厚度一致，以形成第一级超结功率单元；在所述第三外延层的上方形成第四外延层，所述第二外延层的厚度与所述第四外延层的厚度一致，以形成第二级超结功率单元，进而完成所述超结功率器件的制备过程。2.根据权利要求1所述的超结功率器件的制备方法，其特征在于，形成所述第一外延层，包括以下具体步骤:在所述衬底上通过化学气相淀积的方式依次形成对应于所述第一外延层的第一硅基层；对所述第一硅基层进行第一次离子注入处理和退火处理，以形成第一外延层。3.根据权利要求1所述的超结功率器件的制备方法，其特征在于，形成所述第一外延层，包括以下具体步骤:通过外延工艺在所述衬底上形成所述第一外延层。4.根据权利要求2或3所述的超结功率器件的制备方法，其特征在于，形成所述第二外延层，包括以下具体步骤:对所述第二硅基层进行第二次离子注入处理和退火处理，以形成第二外延层。5.根据权利要求4所述的超结功率器件的制备方法，其特征在于，形成所述第二外延层，包括以下具体步骤:通过外延工艺在所述第一外延层上形成所述第二外延层。6.根据权利要求5所述的超结功率器件的制备方法，其特征在于，依次形成所述第一外延层和所述第二外延层，包括以下具体步骤:在所述衬底上通过化学气相淀积的方式形成对应于所述第一外延层的第一硅基层；对所述第一硅基层进行第一次离子注入处理；在所述第一硅基层上通过化学气相淀积的方式形成对应于所述第二外延层的第二硅基层;对所述第二硅基层进行第二次离子注入处理；对所述第一硅基层和所述第二硅基层进行退火处理，以分别形成所述第一外延层和所述第二外延层，其中，所述第一次离子注入处理的剂量低于所述第二次离子注入处理的剂量。7.根据权利要求5或6所述的超结功率器件的制备方法，其特征在于，还包括:控制所述第一外延层的离子浓度低于所述第二外延层的离子浓度，以及控制所述第三外延层的离子浓度低于所述第四外延层的离子浓度，其中，所述第一外延层、第二外延层和所述衬底的离子为第一类离子，所述第三外延层和所述第四外延层的离子为第二类离子，所述第一类离子的类型和所述第二类离子的类型相反。8.一种超结功率器件，其特征在于，采用如权利要求1至7中任一项所述的超结功率器件的制备方法制备而成。9.根据权利要求8所述的超结功率器件，其特征在于，所述第一外延层的离子浓度低于所述第二外延层的离子浓度。10.根据权利要求8或9所述的超结功率器件，其特征在于，所述第三外延层的离子浓度低于所述第四外延层的离子浓度。

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