專利名稱：超級(jí)結(jié)器件及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種超級(jí)結(jié)器件；本發(fā)明還涉及一種超級(jí)結(jié)器件的制造方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的器件通過利用N/P交替配列的結(jié)構(gòu)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)VDMOS中的N漂移區(qū)，它結(jié)合業(yè)內(nèi)熟知的VDMOS工藝，就可以制作得到超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的MOSFET，它能在反向擊穿電壓與傳統(tǒng)的VDMOS —致的情況下，通過使用低電阻率的外延層，使器件的導(dǎo)通電阻大幅降低。該薄層中P型雜質(zhì)的載流子分布和N型雜質(zhì)的載流子分布以及它們的匹配會(huì)影響器件的特性包括其反向擊穿電壓和電流處理能力。一般器件設(shè)計(jì)中都采用使交替的P/N薄層即P型薄層和N型薄層中達(dá)到最佳的電荷平衡以得到器件的最大的反向擊穿電壓，但這樣 的條件下器件的電流處理能力不夠。為了改善以上性能，有一種做法是在多次外延的工藝中使所述P型薄層的P型雜質(zhì)濃度在垂直于硅基片表面的方向上提供一種不均勻的分布?，F(xiàn)有這種由在垂直方向上摻雜不均勻的P型外延層組成所述P型薄層的結(jié)構(gòu)雖然能夠提高器件的電流處理能力，但是具有如下需改進(jìn)之處在外延層中注入不均勻的P型雜質(zhì)的工藝方法會(huì)使整個(gè)器件的各所述P型薄層的P型雜質(zhì)間的不均勻度也會(huì)增加，會(huì)造成各P/N薄層單元的反向電壓下的電場(chǎng)分布的不均勻，從而使反向擊穿電壓減小。采用多次外延生長(zhǎng)的工藝還會(huì)增加制造成本，且不均勻的外延摻雜的控制精度不高，會(huì)使產(chǎn)品的良率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超級(jí)結(jié)器件，能改善器件的大電流處理能力(EAS)并提高器件的反向擊穿電壓的均勻性、提高器件的可靠性并通過提高制造工藝的穩(wěn)定性降低成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的超級(jí)結(jié)器件形成于基片上，所述基片上形成有N型外延層，超級(jí)結(jié)器件包括形成于所述N型外延層中的交替排列的P型薄層和N型薄層，由一個(gè)所述P型薄層和一個(gè)所述N型薄層組成的單元的總寬度保持不變，所述N型薄層的雜質(zhì)濃度均勻，在垂直所述基片的方向上，所述P型薄層分為上下相連的上部P型薄層和下部P型薄層、所述N型薄層分為上下相連的上部N型薄層和下部N型薄層；所述下部P型薄層由填充于溝槽中的P型硅組成，或者所述下部P型薄層由形成于所述N型外延層中的P型摻雜區(qū)組成；所述上部P型薄層由寬度大于所述下部P型薄層、濃度等于所述下部P型薄層的形成于所述N型外延層中的P型摻雜區(qū)組成，或者所述上部P型薄層由寬度大于或等于所述下部P型薄層、濃度大于或等于所述下部P型薄層的填充于溝槽中的P型硅組成；所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于同一水平位置的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量，所述下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量小于或等于同一水平位置的所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供第一種超級(jí)結(jié)器件的制造方法，形成交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層時(shí)采用如下步驟步驟一、在N+基片上外延生長(zhǎng)一層N型外延薄層。步驟二、通過光刻在所述N型外延薄層中定義出P型摻雜區(qū)的位置并注入P型雜質(zhì)。步驟三、重復(fù)步驟一和步驟二的工藝，得到由多層所述N型外延薄層組成的下部N型外延層，由形成于形成于各所述N型外延薄層中的P型摻雜區(qū)相連接組成所述下部P型薄層，在所述下部N型外延層中形成交替排列的下部P型薄層和下部N型薄層，所述下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量小于或等于相同深度的所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量。步驟四、在所述下部N型外延層上外延生長(zhǎng)形成上部N型外延層，由所述下部N型 外延層和所述上部N型外延層組成N型外延層。步驟五、利用光刻和刻蝕在所述上部N型外延層中形成溝槽圖形；所述溝槽的位置位于各所述下部P型薄層的上方。步驟六、在所述溝槽中填充P型硅，之后將所述上部N型外延層的表面上的所述P型硅去除，由形成于所述溝槽中的所述P型硅組成所述上部P型薄層，在所述上部N型外延層中形成交替排列的上部P型薄層和上部N型薄層，所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量；由所述上部P型薄層和所述下部P型薄層相連組成P型薄層，由所述上部N型薄層和所述下部N型薄層相連組成N型薄層。進(jìn)一步改進(jìn)是，步驟五中所述溝槽的寬度大于或等于所述P型摻雜區(qū)的寬度，步驟六中所述P型硅的濃度大于或等于所述P型摻雜區(qū)的濃度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供第二種超級(jí)結(jié)器件的制造方法，形成交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層時(shí)采用如下步驟步驟一、在N+基片上外延生長(zhǎng)形成N型外延層。步驟二、通過光刻和刻蝕在所述N型外延層的上部形成的第一種寬度的第一溝槽圖形。步驟三、在所述N型外延層表面上形成介質(zhì)膜，將形成于所述第一溝槽底部表面的所述介質(zhì)膜去除，在所述第一溝槽的側(cè)壁上保留一定厚度的所述介質(zhì)膜，以所述介質(zhì)膜為掩模在所述第一溝槽的底部形成第二寬度的第二溝槽，所述第二寬度小于所述第一寬度。步驟四、在所述第一溝槽和所述第二溝槽中填充P型硅，之后將所述N型外延層的表面上的所述P型硅去除，分別在所述第二溝槽中形成下部P型薄層、在所述第一溝槽中形成上部P型薄層，從而在所述N型外延層的下部形成交替排列的下部P型薄層和下部N型薄層、在所述N型外延層的上部形成交替排列的上部P型薄層和上部N型薄層；所述下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量小于或等于相同深度的所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量，所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量；由所述上部P型薄層和所述下部P型薄層相連組成P型薄層，由所述上部N型薄層和所述下部N型薄層相連組成N型薄層。
進(jìn)一步改進(jìn)是，填充于所述第一溝槽中的P型硅的摻雜濃度大于或等于填充于所述第一溝槽中的P型硅的摻雜濃度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供第三種超級(jí)結(jié)器件的制造方法，其特征在于，形成交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層時(shí)采用如下步驟步驟一、在N+基片上外延生長(zhǎng)一層N型外延薄層。步驟二、通過光刻在所述N型外延薄層中定義出P型摻雜區(qū)的位置并注入P型雜質(zhì)。步驟三、重復(fù)步驟一和步驟二的工藝，得到由多層所述N型外延薄層組成的N型外延層，底部相連的一層或多層所述N型外延薄層的所述P型摻雜區(qū)組成下部P型薄層并在所述N型外延層的下部形成交替排列的所述下部P型薄層和下部N型薄層；所述下部P型薄層上的各層所述N型外延薄層的所述P型摻雜區(qū)組成上部P型薄層并在所述N型外延層的上部形成交替排列的所述上部P型薄層和上部N型薄層；所述下部P型薄層的P型雜質(zhì) 的載流子總量小于或等于相同深度的所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量，所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量；由所述上部P型薄層和所述下部P型薄層相連組成P型薄層，由所述上部N型薄層和所述下部N型薄層相連組成N型薄層。進(jìn)一步改進(jìn)是，組成所述上部P型薄層的所述P型摻雜區(qū)的寬度大于組成所述下部P型薄層的所述P型摻雜區(qū)的寬度，組成所述上部P型薄層的所述P型摻雜區(qū)的濃度等于組成所述下部P型薄層的所述P型摻雜區(qū)的濃度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供第四種超級(jí)結(jié)器件的制造方法，其特征在于，形成交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層時(shí)采用如下步驟步驟一、在N+基片上外延生長(zhǎng)形成N型外延層。步驟二、通過光刻和刻蝕在所述N型外延層中形成溝槽圖形。步驟三、在所述溝槽的底部填充具有第一雜質(zhì)濃度的第一 P型硅；所述第一 P型硅組成下部P型薄層并在所述N型外延層的下部形成交替排列的所述下部P型薄層和下部N型薄層；所述下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量小于或等于相同深度的所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量。步驟四、在所述溝槽的上部填充具有第二雜質(zhì)濃度的第二 P型硅，所述第二雜質(zhì)濃度大于所述第一雜質(zhì)濃度；所述第二 P型硅組成上部P型薄層并在所述N型外延層的上部形成交替排列的所述上部P型薄層和上部N型薄層；所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量；由所述上部P型薄層和所述下部P型薄層相連組成P型薄層，由所述上部N型薄層和所述下部N型薄層相連組成N型薄層。本發(fā)明通過頂部較寬的均勻摻雜的外延層形成P型薄層、或通過能夠較精確控制尺寸的填充于溝槽中的頂部較寬并濃度較高的P型硅形成P型薄層，能夠提高器件的可靠性。同時(shí)，采用本發(fā)明的制造方法，通過在不同區(qū)域采用不同的P型區(qū)/N型區(qū)寬度，來實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的P型雜質(zhì)的載流子總量/N型雜質(zhì)的載流子總量的變化，工藝上易于實(shí)現(xiàn)，從而能提高反向擊穿電壓的均勻性，提高產(chǎn)品的良率達(dá)到降低成本的目的；同時(shí)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的多層外延生長(zhǎng)的方法，本發(fā)明的采用在溝槽中填充P型硅的工藝方法能降低制造成本。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖I是本發(fā)明實(shí)施例一超級(jí)結(jié)器件示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例二超級(jí)結(jié)器件示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例三超級(jí)結(jié)器件示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例四超級(jí)結(jié)器件示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例五超級(jí)結(jié)器件示意圖；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例六超級(jí)結(jié)器件示意圖；圖7A-圖7D是本發(fā)明實(shí)施例一超級(jí)結(jié)器件的制造方法制造過程中的器件示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I至圖6所示，分別為本發(fā)明實(shí)施例一至實(shí)施例六超級(jí)結(jié)器件示意圖。本發(fā)明實(shí)施例一至實(shí)施例六超級(jí)結(jié)器件都為反向擊穿電壓為600伏的器件。本發(fā)明實(shí)施例一超級(jí)結(jié)器件形成于N+基片I上，所述基片I上形成有N型外延層
2。所述N+基片I的電阻率為0.001歐姆 厘米 0.003歐姆 厘米。所述N型外延層2的電阻率為2歐姆 厘米 10歐姆 厘米。超級(jí)結(jié)器件包括形成于所述N型外延層2中的交替排列的P型薄層和N型薄層，即形成于如圖I所示的A軸和B軸間的部分。所述P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量和所述N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量相同。在垂直所述基片I的方向上，所述P型薄層和所述N型薄層的雜質(zhì)的載流子分布不均勻，所述P型薄層分為上下相連的上部P型薄層41和下部P型薄層、所述N型薄層分為上下相連的上部N型薄層和下部N型薄層；所述下部P型薄層由P型薄層32-1和P型薄層32-2組成，所述P型薄層32-1和所述P型薄層32-2都為在所述N型外延層2的P型離子注入層即P型摻雜區(qū)；所述上部P型薄層41由填充于溝槽中的P型硅組成。所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量，所述下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量小于或等于相同深度的所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量。且其中，所述P型薄層和所述N型薄層總的寬度不變且為12微米，所述P型薄層設(shè)置為上部寬、下部窄的結(jié)構(gòu)，所述N型薄層為下部寬下部窄的結(jié)構(gòu)。所述下部P型薄層的寬度al為5. 5微米、所述下部N型薄層的寬度bl為6. 5微米，所述上部P型薄層41的寬度a2為6. 5微米、所述上部N型薄層的寬度b2為5. 5微米。所述N型薄層的N型雜質(zhì)濃度保持不變且為1E15CM-3，所述上部P型薄層41和所述下部P型薄層的雜質(zhì)濃度相同且保持不變且為1E15CIT3。通過上述寬度的設(shè)置可知，所述上部P型薄層41的P型雜質(zhì)的載流子總量和相同深度的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量的比值為a2和b2的比值即I. 18 ;所述下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量和相同深度的所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量的比值為al和bl的比值即I : I. 18。上述結(jié)構(gòu)為本發(fā)明實(shí)施例一的交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實(shí)施例一還包括形成于所述N型外延層2上端的柵氧5和多晶硅電極6，形成于所上部P型薄層上端的P阱7、N+源區(qū)8，包覆所述多晶硅電極6的層間介質(zhì)膜9，接觸孔10，P+接觸注入層11，源金屬電極12形成和多晶電極形成(未圖示)，由背面金屬形成的漏電極14。由圖I可知，A軸為P阱7與所述N型外延層2的上部所形成的結(jié)的水平線位置，B軸為所述P型薄層與其下部的所述N型外延層2所形成的結(jié)的水平線位置。本發(fā)明實(shí)施例二超級(jí)結(jié)器件和本發(fā)明實(shí)施例一超級(jí)結(jié)器件的區(qū)別特征為所述下部P型薄層由填充于溝槽中的P型硅組成。一個(gè)單元的所述P型薄層和所述N型薄層的總寬度也為12微米、雜質(zhì)濃度也都為1E15CM—3。所述下部P型薄層、所述上部P型薄層、所述下部N型薄層和所述上部N型薄層的寬度al、a2、bl和b2也分別和實(shí)施一中的相同。本發(fā)明實(shí)施例三超級(jí)結(jié)器件和本發(fā)明實(shí)施例一超級(jí)結(jié)器件的區(qū)別特征為所述上部P型薄層由所述下部P型薄層由P型薄層33-1和P型薄層33-2組成，所述P型薄層33-1和所述P型薄層33-2都為在所述N型外延層2的P型離子注入層。一個(gè)單元的所述P型薄層和所述N型薄層的總寬度也為12微米、雜質(zhì)濃度也都為1E15CM—3。所述下部P型薄層、 所述上部P型薄層、所述下部N型薄層和所述上部N型薄層的寬度al、a2、bl和b2也分別和實(shí)施一中的相同。本發(fā)明實(shí)施例四超級(jí)結(jié)器件和本發(fā)明實(shí)施例三超級(jí)結(jié)器件的區(qū)別特征為所述上部P型薄層由所述下部P型薄層由P型薄層33-1和P型薄層34-1組成，所述P型薄層34-1為于所述P型薄層33-1的上端，所述P型薄層33-1和所述P型薄層34-1都為在所述N型外延層2的P型離子注入層。一個(gè)單元的所述P型薄層和所述N型薄層的總寬度也為12微米、雜質(zhì)濃度也都為1E15CM—3。所述下部P型薄層、所述下部N型薄層的寬度al和bl分別和實(shí)施一中的相同。所述上部P型薄層的寬度進(jìn)一步的改變，其中所述P型薄層34-1的寬度a3要寬于所述P型薄層33-1的寬度a2，這樣使所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量和相同深度的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量的比值進(jìn)一步的加大。本發(fā)明實(shí)施例五超級(jí)結(jié)器件和本發(fā)明實(shí)施例一超級(jí)結(jié)器件的區(qū)別特征為所述P型薄層都是由填充于溝槽中的P型硅組成，且所述P型薄層的上下寬度相同且都為6微米；第一 P型硅從所述溝槽的底部填充到頂部，其中底部完全填充，頂部填充的區(qū)域的面積Sll占整個(gè)溝槽的面積的75% -90%;頂部未被所述第一 P型硅填充的溝槽中填充第二 P型硅，所述第二 P型硅的面積S12占整個(gè)溝槽的面積的10% -25% ;所述第二 P型硅的濃度大于所述第一 P型硅的濃度，且所述第一 P型硅為1E15CM-3、所述第二 P型硅為I. 15E15CM_3 I. 3E15CM_3。所述P型薄層中包含所述第二 P型硅的為上部P型薄層，該上部P型薄層的底部組成下部P型薄層。由上可知，本發(fā)明實(shí)施例通過增加所述上部P型薄層的濃度，從而能夠使所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量。本發(fā)明實(shí)施例六超級(jí)結(jié)器件和本發(fā)明實(shí)施例五超級(jí)結(jié)器件的區(qū)別特征為所述P型薄層所填充的溝槽有一定的傾斜，傾斜角為2度 15度。這樣能夠相對(duì)增加上部P型薄層的寬度，從而增加所述上部P型薄層的載流子數(shù)量。本發(fā)明實(shí)施例一超級(jí)結(jié)器件的制造方法為形成交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層時(shí)包括如下步驟步驟一、如圖I所示，在N+基片I上外延生長(zhǎng)第一層N型外延薄層2。所述N+基片I的電阻率為0. 001歐姆 厘米 0. 003歐姆 厘米。外延層厚度和電阻率是按照器件設(shè)計(jì)的要求來確定的，如對(duì)源漏擊穿電壓(BVDS)也即反向擊穿電壓為600V的器件，其電阻率一般選取在2歐姆 厘米 10歐姆 厘米，本實(shí)施例一中采用所述N型外延薄層的N型雜質(zhì)濃度為1E15CM—3。如圖7A所示，第一層所述N型外延薄層2的厚度為20微米。步驟二、如圖7A所示，在第一層所述N型外延薄層2上進(jìn)行光刻，以光刻膠51形成P型區(qū)開口的圖形，然后進(jìn)行P型離子注入得到P型薄層32-1。所述P型薄層32-1的P型雜質(zhì)濃度為1E15C3。步驟三、如圖7B所示，重復(fù)步驟一的工藝，形成厚度為10微米的第二層所述N型外延薄層2 ;重復(fù)步驟二的工藝，在所述 P型薄層32-1的上端形成P型薄層32-2。所述P型薄層32-2的P型雜質(zhì)濃度為1E15CM-3。二層所述N型外延薄層2組成下部N型外延層，所述P型薄層32-1和所述P型薄層32-2組成下部P型薄層，并在所述下部N型外延層中形成交替排列的所述下部P型薄層和下部N型薄層。所述下部P型薄層的寬度al為6. 5微米，所述下部N型薄層的寬度bl為5. 5微米。步驟四、如圖7C所示，在所述下部N型外延層上外延生長(zhǎng)形成厚度為20微米的上部N型外延層2，由所述下部N型外延層和所述上部N型外延層組成N型外延層2。步驟五、如圖7C所示，利用光刻和刻蝕在所述上部N型外延層中形成溝槽圖形；所述溝槽的位置位于各所述下部P型薄層的上方。步驟六、如圖7D所示，在所述溝槽中填充P型硅，所述P型硅的P型雜質(zhì)濃度為1E15CM_3。之后將所述上部N型外延層2的表面上的所述P型硅去除，從而在所述上部N型外延層2中形成交替排列的上部P型薄層和上部N型薄層，所述下部P型薄層的寬度a2為5. 5微米，所述下部N型薄層的寬度b2為6. 5微米。之后，利用現(xiàn)有成熟的縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(verticaldouble-diffusion metal-oxide-semiconductor, VDM0S)加工工藝得到對(duì)應(yīng)的超級(jí)結(jié)器件單元結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實(shí)施例都為超級(jí)結(jié)NMOS器件，包括步驟如圖I所示，位于所述N型外延層2上端的柵氧5和多晶硅電極6的形成，P阱7、N+源8的形成；包覆所述多晶硅電極6的層間介質(zhì)膜9、接觸孔10的形成，P+接觸注入層11的形成，源金屬電極12的形成和多晶電極的形成(未圖示)；由背面金屬組成的漏電極14的形成。經(jīng)過所有的高溫?zé)徇^程的退火和推阱，得到交替排列的P型薄層和N型薄層的載流子總量分布為所述下部P型薄層和所述下部N型薄層的的雜質(zhì)載流子總量比為I I. 18 ;所述上部P型薄層和所述上部N型薄層的雜質(zhì)載流子總量比為I. 18。所述P阱7的形成步驟可以在步驟四的上部N型外延層2完成之后形成；也可以在步驟六之后形成；還可以在多晶柵圖形形成之后通過注入和推阱形成。由于VDMOS的制造方法已為業(yè)界所熟知，下面的實(shí)施例將只描述P型薄層和N型薄層的形成，VDMOS的相關(guān)工藝將不再說明。本發(fā)明實(shí)施例二超級(jí)結(jié)器件的制造方法為形成交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層時(shí)采用如下步驟步驟一、如圖2所示，在N+基片I上外延生長(zhǎng)N型外延層2。所述N+基片I的電阻率為0. 001歐姆 厘米 0. 003歐姆 厘米。外延層厚度和電阻率是按照器件設(shè)計(jì)的要求來確定的，如對(duì)BVDS為600V的器件，所述N型外延層2電阻率一般選取在2歐姆 厘米 10歐姆 厘米，所述N型外延層2的N型雜質(zhì)濃度為1E15CM_3。所述N型外延層2的厚度為50微米。之后，再淀積15000埃厚的氧化膜作為刻蝕的保護(hù)膜。
步驟二、通過光刻和刻蝕在所述N型外延層的上部形成的寬度a2為6. 5微米的第一溝槽圖形。步驟三、在所述N型外延層表面上形成一 6000埃米厚的介質(zhì)膜，將形成于所述第一溝槽底部表面的所述介質(zhì)膜去除，在所述第一溝槽的側(cè)壁上保留一定厚度的所述介質(zhì)膜，以所述介質(zhì)膜為掩模在所述第一溝槽的底部形成第二溝槽，所述第二溝槽的寬度al約為5. 5微米。步驟四、在所述第一溝槽和所述第二溝槽中填充P型硅，所述P型硅的P型雜質(zhì)濃度為1E15CM_3。之后將所述N型外延層2的表面上的所述P型硅去除，分別在所述第二溝槽中形成下部P型薄層、在所述第一溝槽中形成上部P型薄 層，從而在所述N型外延層的下部形成交替排列的下部P型薄層和下部N型薄層、在所述N型外延層的上部形成交替排列的上部P型薄層和上部N型薄層，所述上部N型薄層的寬度b2為5. 5微米、所述下部N型薄層的寬度bl為6. 5微米。經(jīng)過所有的高溫?zé)徇^程的退火和推阱，得到交替排列的P型薄層和N型薄層的載流子總量分布為所述下部P型薄層和所述下部N型薄層的的雜質(zhì)載流子總量比為I I. 18 ;所述上部P型薄層和所述上部N型薄層的雜質(zhì)載流子總量比為I. 18。本發(fā)明實(shí)施例三超級(jí)結(jié)器件的制造方法為形成交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層時(shí)采用如下步驟步驟一、如圖I所示，在N+基片I上外延生長(zhǎng)第一層N型外延薄層2。所述N+基片I的電阻率為0. 001歐姆 厘米 0. 003歐姆 厘米。外延層厚度和電阻率是按照器件設(shè)計(jì)的要求來確定的，如對(duì)BVDS為600V的器件，其電阻率一般選取在2歐姆 厘米 10歐姆 厘米，所述第一層N型外延薄層的N型雜質(zhì)濃度為1E15CM-3。所述第一層N型外延薄層2的厚度為20微米。步驟二、在第一層所述N型外延薄層2上進(jìn)行光刻，然后進(jìn)行P型離子注入得到P型薄層32-1。所述P型薄層32-1的P型雜質(zhì)濃度為1E15CM_3。所述P型薄層32_1的寬度al為5. 5微米；步驟三、重復(fù)步驟一中的工藝，得到厚度為10微米的第二層N型外延薄層，重復(fù)步驟二的工藝，在所述第二層N型外延薄層中形成P型薄層32-2。重復(fù)步驟一中的工藝，在所述第二層N型外延薄層上得到厚度為10微米的第三層N型外延薄層，重復(fù)步驟二的工藝，在所述第三層N型外延薄層中形成P型薄層33-1。重復(fù)步驟一中的工藝，在所述第三層N型外延薄層上得到厚度為10微米的第四層N型外延薄層，重復(fù)步驟二的工藝，在所述第四層N型外延薄層中形成P型薄層33-2。所述P型薄層32-2、33-1和33_2的P型雜質(zhì)濃度都為1E15CM_3 ;所述P型薄層32-2的寬度al為5. 5微米，所述P型薄層33_1和33_2的寬度a2為6. 5微米。由所述第一層N型外延薄層和所述第二層N型外延薄層組成下部N型外延層，由所述P型薄層32-1和所述P型薄層32-2組成下部P型薄層，并在所述下部N型外延層中形成交替排列的所述下部P型薄層和下部N型薄層；由所述第三層N型外延薄層和所述第四層N型外延薄層組成上部N型外延層，由所述P型薄層33-1和所述P型薄層33-2組成上部P型薄層，并在所述上部N型外延層中形成交替排列的所述上部P型薄層和上部N型薄層。所述下部N型薄層的寬度bl為6. 5微米、所述上部N型薄層的寬度b2為
5.5微米。所述上部N型薄層和所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)濃度為1E15CIT3。由所述上部P型薄層和所述下部P型薄層相連組成P型薄層，由所述上部N型薄層和所述下部N型薄層相連組成N型薄層。經(jīng)過所有的高溫?zé)徇^程的退火和推阱，得到交替排列的P型薄層和N型薄層的載流子總量分布為所述下部P型薄層和所述下部N型薄層的的雜質(zhì)載流子總量比為I I. 18 ;所述上部P型薄層和所述上部N型薄層的雜質(zhì)載流子總量比為I. 18。本發(fā)明實(shí)施例四超級(jí)結(jié)器件的制造方法和本發(fā)明實(shí)施例三超級(jí)結(jié)器件的制造方法的區(qū)別為如圖4所示，步驟三中形成所述第四層N型外延薄層后，在所述第四層N型外延薄層中形成P型薄層34-1。所述P型薄層34-1的寬度大于所述P型薄層33-1的寬度，從而能進(jìn)一步的增加上部P型薄層的載流子數(shù)量。本發(fā)明實(shí)施例五超級(jí)結(jié)器件的制造方法為形成交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層時(shí)采用如下步驟步驟一、如圖5所示，在N+基片I上外延生長(zhǎng)N型外延層2。所述N+基片I的電 阻率為0. 001歐姆 厘米 0. 003歐姆 厘米。外延層厚度和電阻率是按照器件設(shè)計(jì)的要求來確定的，如對(duì)BVDS為600V的器件，所述N型外延層2電阻率一般選取在2歐姆 厘米 10歐姆 厘米，所述N型外延層2的N型雜質(zhì)濃度為1E15CM_3。所述N型外延層2的厚度為50微米。之后，再淀積15000埃厚的氧化膜作為刻蝕的保護(hù)膜。步驟二、通過光刻和刻蝕在所述N型外延層的形成側(cè)壁垂直的寬度為6微米的溝槽圖形。步驟三、在所述溝槽中填充第一 P型硅，并將所述基片表面的第一 P型硅去除；第一P型硅從所述溝槽的底部填充到頂部，其中底部完全填充，頂部填充的區(qū)域的面積Sll占整個(gè)溝槽的面積的75% -90%。所述第一 P型硅為1E15CM'步驟四、在頂部未被所述第一 P型硅填充的溝槽中填充第二 P型硅，并將所述基片表面的第二 P型硅去除；所述第二 P型硅的面積S12占整個(gè)溝槽的面積的10% -25%;所述第二 P型硅為I. 15E15CM_3 I. 3E15CM'由填充于溝槽中的所述第一 P型硅和所述第二P型硅組成P型薄層，并在所述N型外延層2中形成交替排列的所述P型薄層和N型薄層。所述P型薄層中包含所述第二 P型硅的為上部P型薄層，該上部P型薄層的底部組成下部P型薄層。所述N型薄層的寬度為6微米，最后，所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量；所述下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量。本發(fā)明實(shí)施例六超級(jí)結(jié)器件的制造方法和本發(fā)明實(shí)施例五超級(jí)結(jié)器件的制造方法的區(qū)別為步驟二中形成的溝槽的側(cè)壁由一定的傾斜，傾斜角為2度 15度。這樣能夠相對(duì)增加上部P型薄層的寬度，從而增加所述上部P型薄層的載流子數(shù)量。以上通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)結(jié)器件，形成于基片上，所述基片上形成有N型外延層，超級(jí)結(jié)器件包括形成于所述N型外延層中的交替排列的P型薄層和N型薄層，其特征在于由一個(gè)所述P型薄層和一個(gè)所述N型薄層組成的單元的總寬度保持不變，所述N型薄層的雜質(zhì)濃度均勻，在垂直所述基片的方向上，所述P型薄層分為上下相連的上部P型薄層和下部P型薄層、所述N型薄層分為上下相連的上部N型薄層和下部N型薄層；所述下部P型薄層由填充于溝槽中的P型硅組成，或者所述下部P型薄層由形成于所述N型外延層中的P型摻雜區(qū)組成；所述上部P型薄層由寬度大于所述下部P型薄層、濃度等于所述下部P型薄層的形成于所述N型外延層中的P型摻雜區(qū)組成，或者所述上部P型薄層由寬度大于或等于所述下部P型薄層、濃度大于或等于所述下部P型薄層的填充于溝槽中的P型硅組成；所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于同一水平位置的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量，所述下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量小于或等于同一水平位置的所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量。
2.一種超級(jí)結(jié)器件的制造方法，其特征在于，形成交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層時(shí)采用如下步驟 步驟一、在N+基片上外延生長(zhǎng)一層N型外延薄層； 步驟二、通過光刻在所述N型外延薄層中定義出P型摻雜區(qū)的位置并注入P型雜質(zhì)； 步驟三、重復(fù)步驟一和步驟二的工藝，得到由多層所述N型外延薄層組成的下部N型外延層，由形成于形成于各所述N型外延薄層中的P型摻雜區(qū)相連接組成所述下部P型薄層，在所述下部N型外延層中形成交替排列的下部P型薄層和下部N型薄層，所述下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量小于或等于相同深度的所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量； 步驟四、在所述下部N型外延層上外延生長(zhǎng)形成上部N型外延層，由所述下部N型外延層和所述上部N型外延層組成N型外延層； 步驟五、利用光刻和刻蝕在所述上部N型外延層中形成溝槽圖形；所述溝槽的位置位于各所述下部P型薄層的上方； 步驟六、在所述溝槽中填充P型硅，之后將所述上部N型外延層的表面上的所述P型硅去除，由形成于所述溝槽中的所述P型硅組成所述上部P型薄層，在所述上部N型外延層中形成交替排列的上部P型薄層和上部N型薄層，所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量；由所述上部P型薄層和所述下部P型薄層相連組成P型薄層，由所述上部N型薄層和所述下部N型薄層相連組成N型薄層。
3.如權(quán)利要求2所述超級(jí)結(jié)器件的制造方法，其特征在于步驟五中所述溝槽的寬度大于或等于所述P型摻雜區(qū)的寬度，步驟六中所述P型硅的濃度大于或等于所述P型摻雜區(qū)的濃度。
4.一種超級(jí)結(jié)器件的制造方法，其特征在于，形成交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層時(shí)采用如下步驟 步驟一、在N+基片上外延生長(zhǎng)形成N型外延層； 步驟二、通過光刻和刻蝕在所述N型外延層的上部形成的第一種寬度的第一溝槽圖形；步驟三、在所述N型外延層表面上形成介質(zhì)膜，將形成于所述第一溝槽底部表面的所述介質(zhì)膜去除，在所述第一溝槽的側(cè)壁上保留一定厚度的所述介質(zhì)膜，以所述介質(zhì)膜為掩模在所述第一溝槽的底部形成第二寬度的第二溝槽，所述第二寬度小于所述第一寬度； 步驟四、在所述第一溝槽和所述第二溝槽中填充P型硅，之后將所述N型外延層的表面上的所述P型硅去除，分別在所述第二溝槽中形成下部P型薄層、在所述第一溝槽中形成上部P型薄層，從而在所述N型外延層的下部形成交替排列的下部P型薄層和下部N型薄層、在所述N型外延層的上部形成交替排列的上部P型薄層和上部N型薄層；所述下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量小于或等于相同深度的所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量，所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量；由所述上部P型薄層和所述下部P型薄層相連組成P型薄層，由所述上部N型薄層和所述下部N型薄層相連組成N型薄層。
5.如權(quán)利要求4所述超級(jí)結(jié)器件的制造方法，其特征在于填充于所述第一溝槽中的P型硅的摻雜濃度大于或等于填充于所述第一溝槽中的P型硅的摻雜濃度。
6.一種超級(jí)結(jié)器件的制造方法，其特征在于，形成交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層時(shí)采用如下步驟 步驟一、在N+基片上外延生長(zhǎng)一層N型外延薄層； 步驟二、通過光刻在所述N型外延薄層中定義出P型摻雜區(qū)的位置并注入P型雜質(zhì)； 步驟三、重復(fù)步驟一和步驟二的工藝，得到由多層所述N型外延薄層組成的N型外延層，底部相連的一層或多層所述N型外延薄層的所述P型摻雜區(qū)組成下部P型薄層并在所述N型外延層的下部形成交替排列的所述下部P型薄層和下部N型薄層；所述下部P型薄層上的各層所述N型外延薄層的所述P型摻雜區(qū)組成上部P型薄層并在所述N型外延層的上部形成交替排列的所述上部P型薄層和上部N型薄層；所述下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量小于或等于相同深度的所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量，所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量；由所述上部P型薄層和所述下部P型薄層相連組成P型薄層，由所述上部N型薄層和所述下部N型薄層相連組成N型薄層。
7.如權(quán)利要求6所述超級(jí)結(jié)器件的制造方法，其特征在于組成所述上部P型薄層的所述P型摻雜區(qū)的寬度大于組成所述下部P型薄層的所述P型摻雜區(qū)的寬度，組成所述上部P型薄層的所述P型摻雜區(qū)的濃度等于組成所述下部P型薄層的所述P型摻雜區(qū)的濃度。
8.一種超級(jí)結(jié)器件的制造方法，其特征在于，形成交替排列的所述P型薄層和所述N型薄層時(shí)采用如下步驟 步驟一、在N+基片上外延生長(zhǎng)形成N型外延層； 步驟二、通過光刻和刻蝕在所述N型外延層中形成溝槽圖形； 步驟三、在所述溝槽的底部填充具有第一雜質(zhì)濃度的第一P型硅；所述第一P型硅組成下部P型薄層并在所述N型外延層的下部形成交替排列的所述下部P型薄層和下部N型薄層；所述下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量小于或等于相同深度的所述下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量； 步驟四、在所述溝槽的上部填充具有第二雜質(zhì)濃度的第二 P型硅，所述第二雜質(zhì)濃度大于所述第一雜質(zhì)濃度；所述第二 P型硅組成上部P型薄層并在所述N型外延層的上部形成交替排列的所述上部P型薄層 和上部N型薄層；所述上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的所述上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量；由所述上部P型薄層和所述下部P型薄層相連組成P型薄層，由所述上部N型薄層和所述下部N型薄層相連組成N型薄層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超級(jí)結(jié)器件，在垂直所述基片的方向上，P型薄層的寬度或雜質(zhì)濃度不均勻，使P型薄層和N型薄層的雜質(zhì)的載流子分布不均勻，上部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量大于或等于相同深度的上部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量，下部P型薄層的P型雜質(zhì)的載流子總量小于或等于相同深度的下部N型薄層的N型雜質(zhì)的載流子總量。本發(fā)明公開了一種超級(jí)結(jié)器件的制造方法。本發(fā)明能改善器件的大電流處理能力并提高器件的反向擊穿電壓的均勻性、能提高器件的可靠性。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102751313SQ20111009747
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者肖勝安 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司