專利名稱：一種晶圓結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用其的功率器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，是關(guān)于一種晶圓結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用其的功率器件。
背景技術(shù)：
在功率器件制造工藝中，一般采用的晶圓結(jié)構(gòu)為:在原始的低阻半導(dǎo)體襯底上向外延伸一層高阻層，即外延層，用來(lái)耐受高壓，低阻襯底作為支撐而不增加更多的電阻。圖1(a)所示為現(xiàn)有技術(shù)中通常采用的晶圓結(jié)構(gòu)的示意圖，其中I’為半導(dǎo)體襯底，2’為單一層次、均勻摻雜的外延層，而圖1 (b)所示為對(duì)應(yīng)的外延層2’摻雜濃度示意圖，其中橫坐標(biāo)C表示摻雜濃度的大小，縱坐標(biāo)Y表示縱向深度。但是這種外延結(jié)構(gòu)難以提高器件的終端耐壓參數(shù)(BV)。參考圖2，所示為圖1所示的晶圓結(jié)構(gòu)應(yīng)用在采用溝槽填充工藝制造的縱向超結(jié)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(SuperJunctionMOSFET)的結(jié)構(gòu)示意圖。由于外延結(jié)構(gòu)在工藝過(guò)程中形成的表面場(chǎng)氧化層的作用，易于使外延層2中N型雜質(zhì)積聚在表面，因此在刻蝕的溝槽中填充P型硅形成的P柱4在制造的過(guò)程中，其表面部分的P型雜質(zhì)被中和，從而形成了向內(nèi)聚攏的結(jié)構(gòu)6，這種聚攏的結(jié)構(gòu)使得SJMOS的終端在表面處不易耗盡，導(dǎo)致了其擊穿電壓偏低。參考圖3，所示為圖1所示的晶圓結(jié)構(gòu)應(yīng)用在普通的垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(VDMOS)終端中的結(jié)構(gòu)示意圖，其中7為VDMOS的P型體區(qū)，8為耗盡層邊界，其構(gòu)成的終端結(jié)構(gòu)難以承受高壓，即耐壓系數(shù)較低，并且終端設(shè)計(jì)較為困難。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種晶圓結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用其的功率器件，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的功率器件耐壓不高的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種晶圓結(jié)構(gòu)，包括:高濃度摻雜的第一摻雜層；依次位于所述第一摻雜層上的第二摻雜層和第三摻雜層；其中，所述第三摻雜層的摻雜濃度小于所述第二摻雜層或?yàn)楸菊鲹诫s。優(yōu)選的，所述第二摻雜層的摻雜濃度為均勻分布或梯度分布。 優(yōu)選的，所述第二摻雜層的雜質(zhì)類型與所述第一摻雜層的雜質(zhì)類型相同或相反。優(yōu)選的，所述第二摻雜層和第三摻雜層在所述第一摻雜層上依次外延生長(zhǎng)形成。依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種功率器件，包括依據(jù)本發(fā)明的任一晶圓結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述功率器件為金屬氧化層半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(M0SFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或二極管。優(yōu)選的，所述金屬氧化層半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)為縱向超結(jié)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管或垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。優(yōu)選的，所述縱向超結(jié)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管由溝槽填充工藝制造。經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種新的晶圓結(jié)構(gòu)，其中摻雜濃度較高的第一摻雜層作為襯底結(jié)構(gòu)，位于第一摻雜層上的第二摻雜層具有一定的摻雜濃度，而最上方的第三摻雜層為本征材質(zhì)，這樣由第二摻雜層和第三摻雜層作為雙層的外延結(jié)構(gòu)應(yīng)用在功率器件中。依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例不僅可以提高功率器件的耐壓，同時(shí)擊穿電壓的穩(wěn)定性也得到了較大的改善，并具有更強(qiáng)的工藝容差能力和更高的終端可靠性。通過(guò)下文優(yōu)選實(shí)施例的具體描述，本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點(diǎn)更顯而易見(jiàn)。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1所示為現(xiàn)有晶圓結(jié)構(gòu)中的外延結(jié)構(gòu)和摻雜濃度分布的示意圖；圖2所示為現(xiàn)有的晶圓結(jié)構(gòu)應(yīng)用在縱向超結(jié)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3所示為現(xiàn)有的晶圓結(jié)構(gòu)應(yīng)用在垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4所示為依據(jù)本發(fā)明的晶圓結(jié)構(gòu)及其摻雜濃度分布的示意圖；圖5所示為依據(jù)本發(fā)明的晶圓結(jié)構(gòu)應(yīng)用在縱向超結(jié)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6所示為依據(jù)本發(fā)明的晶圓結(jié)構(gòu)應(yīng)用在垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7所示為圖6中VDMOS結(jié)構(gòu)沿AA’方向的剖面圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1-第一摻雜層；2-第二摻雜層；3-第三摻雜層；4-P
柱；5—碗狀結(jié)構(gòu)；6—聚攏結(jié)構(gòu)；7—P型體區(qū)；8—耗盡層邊界。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對(duì)本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中詳細(xì)說(shuō)明了具體的細(xì)節(jié)，而對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。圖4中所示的依據(jù)本發(fā)明的晶圓結(jié)構(gòu)，其包括第一摻雜層I以及依次位于其上的第二摻雜層2和第三摻雜層3 ;其中所述第一摻雜層I為高濃度摻雜，所述第二摻雜層2具有一定的摻雜雜質(zhì)，但一般為低濃度摻雜，而所述第三摻雜層的摻雜濃度低于所述第二摻雜層或?yàn)闆](méi)有摻雜雜質(zhì)的本征材質(zhì)。其中所述第二摻雜層2中摻雜濃度可以如圖4 (a)中所示的均勻分布，也可以采用圖4 (b)中的摻雜濃度連續(xù)梯度變化。通常，所述第二摻雜層2的厚度一般要大于所述第三摻雜層3。
所述第二摻雜層2的雜質(zhì)類型可以與所述第一摻雜層I的雜質(zhì)類型相同或相反，例如圖4中所示的，當(dāng)所述第二摻雜層2的摻雜類型為N-摻雜時(shí)，對(duì)應(yīng)的所述第一摻雜層I可以為N+摻雜或P+摻雜，由功率器件制造過(guò)程中的具體要求而定。在實(shí)際應(yīng)用中，一般可將第一摻雜層I作為半導(dǎo)體襯底，所述第二摻雜層2和第三摻雜層3作為外延層在其上方依次外延生長(zhǎng)形成，他們的基礎(chǔ)材質(zhì)保持一致，如比較常用的半導(dǎo)體襯底材料為重?fù)诫s砷或磷的娃材料，而第二摻雜層為輕摻雜磷的娃外延，第三摻雜層為本征摻雜娃外延。本發(fā)明提供一種功率器件，其包括依據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的任一晶圓結(jié)構(gòu)，并在所述晶圓結(jié)構(gòu)中形成其有源區(qū)域。這樣的功率器件優(yōu)選為金屬氧化層半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，也可以是二極管。下面以縱向超結(jié)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Super JunctionMOSFET)和垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(VDMOS)為例對(duì)依據(jù)本發(fā)明的功率器件的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行具體說(shuō)明，其中所述第三摻雜層為本征摻雜。參考圖5，所示為依據(jù)本發(fā)明的晶圓結(jié)構(gòu)應(yīng)用在縱向超結(jié)MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖；其中第一摻雜層I為N型重?fù)诫s的硅襯底，第二摻雜層2為N型輕摻雜，其摻雜濃度為均勻分布，所述超結(jié)MOS管由溝槽填充工藝制造，在蝕刻形成的溝槽中填充P型硅形成的P柱結(jié)構(gòu)4,繼而形成氧化層(FieldOxide)和金屬層(Metal),由于第三摻雜層3的區(qū)域沒(méi)有摻雜雜質(zhì)，因此P型硅在第三摻雜層3部分由于制造過(guò)程中的高溫?cái)U(kuò)散會(huì)形成碗狀結(jié)構(gòu)5，從而使得超結(jié)MOS管的終端結(jié)構(gòu)表面容易耗盡，提高了擊穿電壓，而且采用這種晶圓結(jié)構(gòu)的功率器件具有更強(qiáng)的工藝容差能力和更高的終端可靠性。參考圖6，所示為依據(jù)本發(fā)明的晶圓結(jié)構(gòu)應(yīng)用在VDMOS的結(jié)構(gòu)示意圖，其中71為P型體區(qū)形成的等位環(huán)，72為浮空環(huán)結(jié)構(gòu)。第三摻雜層3在承受高壓時(shí)，其耗盡層將在表層拓展，因此耗盡層邊界8的曲率將發(fā)生變化，在第三摻雜層3中耗盡層曲率降低也將降低PN結(jié)的臨界電場(chǎng)，從而提高了功率器件的擊穿電壓。另一方面可以從器件的縱向耐壓上分析:參考圖7所示的圖6結(jié)構(gòu)中沿AA’方向的剖面圖，可以看出圖6中終端的浮空環(huán)和晶圓結(jié)構(gòu)形成了 PIN-N+結(jié)構(gòu)，由于本征摻雜的存在，因此浮空環(huán)71部分的擊穿電壓得到了提升，因此終端的縱向耐壓進(jìn)一步得到提高。同樣的，依據(jù)本發(fā)明的外延結(jié)構(gòu)同樣也適用于二極管器件，其結(jié)構(gòu)與原理與圖6所示的VDMOS結(jié)構(gòu)相似,在此不再贅述。另外，還需要說(shuō)明的是，在本文中，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。依照本發(fā)明的實(shí)施例如上文所述，這些實(shí)施例并沒(méi)有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體 實(shí)施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明以及在本發(fā)明基礎(chǔ)上的修改使用。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
權(quán)利要求
1.一種晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 高濃度摻雜的第一摻雜層； 依次位于所述第一摻雜層上的第二摻雜層和第三摻雜層；其中，所述第三摻雜層的摻雜濃度小于所述第二摻雜層或?yàn)楸菊鲹诫s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二摻雜層的摻雜濃度為均勻分布或梯度分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二摻雜層的雜質(zhì)類型與所述第一摻雜層的雜質(zhì)類型相同或相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二摻雜層和第三摻雜層在所述第一摻雜層上依次外延生長(zhǎng)形成。
5.一種功率器件，其特征在于，包括權(quán)利要求1-4所述的任一晶圓結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件為金屬氧化層半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET )、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT )或二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率器件，其特征在于，所述金屬氧化層半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)為縱向超結(jié)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管或垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率器件，其特征在于，所述縱向超結(jié)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管由溝槽填充工藝制造。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種晶圓結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用其的功率器件，其中所述晶圓結(jié)構(gòu)包括高濃度摻雜的第一摻雜層；依次位于所述第一摻雜層上的第二摻雜層和第三摻雜層；其中，所述第三摻雜層的摻雜濃度小于所述第二摻雜層或?yàn)楸菊鲹诫s。依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例不僅可以提高功率器件的耐壓，同時(shí)擊穿電壓的穩(wěn)定性也得到了較大的改善，并具有更強(qiáng)的工藝容差能力和更高的終端可靠性。
文檔編號(hào)H01L29/06GK103199104SQ20131006976
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者廖忠平 申請(qǐng)人:矽力杰半導(dǎo)體技術(shù)(杭州)有限公司