含有利用傾斜注入工藝制備的超級結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件和相應(yīng)的制備工藝領(lǐng)域，尤其涉及到含有利用傾斜注入工藝制備的超級結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，引入超級結(jié)結(jié)構(gòu)可以改善半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)器件可以引入垂直或水平的超級結(jié)結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化晶體管的導(dǎo)通電阻和擊穿電壓性能。作為示例，F(xiàn)ujihira在《半導(dǎo)體超級結(jié)器件理論》(日本應(yīng)用物理雜志1997年10月36卷6254-6262頁)文章中提出了垂直超級結(jié)器件的結(jié)構(gòu)。美國專利號6，097，063也提出了一種具有漂流區(qū)的垂直半導(dǎo)體器件，其中如果器件處于接通模式，則漂移電流流動，如果器件處于斷開模式，則漂移電流耗盡。漂流區(qū)結(jié)構(gòu)具有多個第一導(dǎo)電類型的分立漂流區(qū)結(jié)構(gòu)，以及多個第二導(dǎo)電類型的間隔區(qū)，每個間隔區(qū)都分別位于鄰近的漂流區(qū)之間，平行構(gòu)成p-n結(jié)。
[0003]在制備超級結(jié)半導(dǎo)體器件的過程中仍然有許多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括難以制備超級結(jié)結(jié)構(gòu)的納米管，例如在高溫下超級結(jié)結(jié)構(gòu)中N和P雜質(zhì)的相互擴散，在同一個芯片上難以集成不同的器件，以及使用外延工藝時的產(chǎn)品成本很高等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有半導(dǎo)體器件存在的缺陷，本發(fā)明提出了含有利用傾斜注入工藝制備的超級結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，以改善半導(dǎo)體器件的擊穿電壓性能。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種半導(dǎo)體器件的制備方法，所述方法包括:制備一個第一導(dǎo)電類型重摻雜的半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上制備一個第一導(dǎo)電類型的緩沖層；在緩沖層上制備一個第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層中制備多個溝槽，溝槽延伸靠近緩沖層、接鄰緩沖層或延伸到緩沖層中，溝槽構(gòu)成半導(dǎo)體層中的臺面結(jié)構(gòu)；將第一導(dǎo)電類型的摻雜物和第二導(dǎo)電類型的摻雜物直接離子注入到多個溝槽的側(cè)壁表面，離子注入與溝槽的中心垂直軸呈一定夾角，并且第一導(dǎo)電類型的摻雜物的第一注入能量大于第二導(dǎo)電類型的摻雜物的第二注入能量，第二導(dǎo)電類型摻雜物的擴散速率大于第一導(dǎo)電類型摻雜物的擴散速率；離子注入后，在多個溝槽的側(cè)壁表面形成一個外延層；對注入的摻雜物退火，形成一個第一導(dǎo)電類型的第一薄半導(dǎo)體區(qū)(第一薄半導(dǎo)體區(qū)的另一個名稱是第一半導(dǎo)體區(qū)/層)，夾在第二導(dǎo)電類型的第二薄半導(dǎo)體區(qū)(第二薄半導(dǎo)體區(qū)的另一個名稱是第二半導(dǎo)體區(qū)/層)之間，第一和第二薄半導(dǎo)體區(qū)形成在臺面結(jié)構(gòu)的溝槽側(cè)壁表面附近；并且在溝槽中制備一個第一電介質(zhì)層，第一電介質(zhì)層至少填充部分溝槽；其中第一薄半導(dǎo)體區(qū)具有第一厚度和第一摻雜濃度，第二薄半導(dǎo)體區(qū)具有第二厚度和第二摻雜濃度，半導(dǎo)體層的臺面結(jié)構(gòu)具有第三厚度和第三垂直濃度，選擇第一、第二和第三厚度以及第一、第二和第三摻雜濃度，以便在運行時獲得電荷平衡。
[0006]優(yōu)選的，所述方法還包括:至少在半導(dǎo)體層的第一臺面結(jié)構(gòu)頂部中，制備一個第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)；在本體區(qū)上方，半導(dǎo)體層的第一臺面結(jié)構(gòu)上制備一個柵極電介質(zhì)層；在柵極電介質(zhì)層上方制備一個柵極導(dǎo)電層，作為柵極電極；并且在本體區(qū)中，制備一個第一導(dǎo)電類型的重摻雜源極區(qū)，對準到柵極導(dǎo)電層，其中MOSFET具有半導(dǎo)體襯底，作為漏極區(qū)，第一薄半導(dǎo)體區(qū)作為漏極漂流區(qū)，MOSFET的通道區(qū)形成在源極區(qū)和漏極漂流區(qū)之間的本體區(qū)中。
[0007]優(yōu)選的，所述方法中，進行第一導(dǎo)電類型的摻雜物和第二導(dǎo)電類型的摻雜物的離子注入包括:同時進行第一導(dǎo)電類型的摻雜物和第二導(dǎo)電類型的摻雜物的離子注入。
[0008]優(yōu)選的，所述方法中，進行第一導(dǎo)電類型的摻雜物和第二導(dǎo)電類型的摻雜物的離子注入包括:相繼進行第一導(dǎo)電類型的摻雜物和第二導(dǎo)電類型的摻雜物的離子注入，連續(xù)的離子注入過程中不進行任何退火過程。
[0009]優(yōu)選的，所述方法中，其中對注入摻雜物退火，以制備第一導(dǎo)電類型的第一薄半導(dǎo)體區(qū)包括:對注入摻雜物退火，以制備第一導(dǎo)電類型的第一薄半導(dǎo)體區(qū)，緩沖層向外擴散到導(dǎo)體層的臺面結(jié)構(gòu)中，將第一半導(dǎo)體區(qū)電連接到半導(dǎo)體襯底。
[0010]優(yōu)選的，所述方法中，其中第一導(dǎo)電類型包括N-型導(dǎo)電類型，第二導(dǎo)電類型包括P-型導(dǎo)電類型。
[0011]優(yōu)選的，所述方法中，其中第一導(dǎo)電類型的摻雜物由砷構(gòu)成，第二導(dǎo)電類型的摻雜物由硼構(gòu)成。
[0012]優(yōu)選的，所述方法中，其中第一導(dǎo)電類型包括ρ-型導(dǎo)電類型，第二導(dǎo)電類型包括N-型導(dǎo)電類型。
[0013]優(yōu)選的，所述方法中，其中將第一導(dǎo)電類型的摻雜物和第二導(dǎo)電類型的摻雜物直接離子注入到多個溝槽的側(cè)壁表面，包括:與溝槽的中心垂直軸呈一定角度離子注入，該角度小于20°。
[0014]優(yōu)選的，所述方法中，其中將第一導(dǎo)電類型的摻雜物和第二導(dǎo)電類型的摻雜物直接離子注入到多個溝槽的側(cè)壁表面，包括:進行離子注入，在臺面結(jié)構(gòu)中和溝槽的側(cè)壁表面附近形成第二導(dǎo)電類型的注入摻雜物，與第二導(dǎo)電類型的注入摻雜物相比，在臺面結(jié)構(gòu)中以及距離溝槽的側(cè)壁表面較深處形成第一導(dǎo)電類型的注入摻雜物，
[0015]優(yōu)選的，所述方法中，其中在多個溝槽的側(cè)壁表面制備一個外延層，包括:制備一個外延層，未摻雜或輕摻雜第一或第二導(dǎo)電類型。
[0016]優(yōu)選的，所述方法中，其中在半導(dǎo)體層中制備多個溝槽，包括:在具有錐形側(cè)壁的半導(dǎo)體層中制備多個溝槽，臺面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁與緩沖層的夾角小于直角。
[0017]—種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括:一個第一導(dǎo)電類型的重摻雜半導(dǎo)體襯底；一個第一導(dǎo)電類型的緩沖層，形成在半導(dǎo)體襯底上；一個第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，形成在緩沖層上，半導(dǎo)體層包括形成在半導(dǎo)體層中的多個溝槽，溝槽延伸靠近緩沖層、接鄰緩沖層或延伸到緩沖層中，溝槽構(gòu)成半導(dǎo)體層中的臺面結(jié)構(gòu)；一個第一導(dǎo)電類型的第一薄半導(dǎo)體區(qū)，形成在臺面結(jié)構(gòu)的溝槽側(cè)壁表面附近；一個第二導(dǎo)電類型的第二薄半導(dǎo)體區(qū)，形成在臺面結(jié)構(gòu)的溝槽側(cè)壁表面附近，夾住第一薄半導(dǎo)體區(qū)；一個外延層，形成在臺面結(jié)構(gòu)的溝槽側(cè)壁表面上；以及一個第一電介質(zhì)層，形成在溝槽中，第一電介質(zhì)層至少填充部分溝槽，其中第一薄半導(dǎo)體區(qū)具有第一厚度和第一摻雜濃度，第二薄半導(dǎo)體區(qū)具有第二厚度和第二摻雜濃度，半導(dǎo)體層的臺面結(jié)構(gòu)具有第三厚度和第三垂直濃度，選擇第一、第二和第三厚度以及第一、第二和第三摻雜濃度，以便在運行時獲得電荷平衡。
[0018]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體器件還包括:一個第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)，至少形成在半導(dǎo)體層第一臺面結(jié)構(gòu)頂部中；一個柵極電介質(zhì)層，形成在本體區(qū)上方的半導(dǎo)體層的第一臺面結(jié)構(gòu)上；一個柵極導(dǎo)電層，形成在柵極電介質(zhì)層上方，作為柵極電極；以及一個第一導(dǎo)電類型的重摻雜源極區(qū)，形成在本體區(qū)中，對準到柵極導(dǎo)電層，其中MOSFET帶有半導(dǎo)體襯底，作為漏極區(qū)，第一薄半導(dǎo)體區(qū)作為漏極漂流區(qū)，MOSFET的通道區(qū)形成在源極區(qū)和漏極漂流區(qū)之間的本體區(qū)中。
[0019]優(yōu)選的，半導(dǎo)體器件中，其中第一導(dǎo)電類型的第一薄半導(dǎo)體區(qū)包括第一導(dǎo)電類型的第一多個薄半導(dǎo)體區(qū)，第一多個薄半導(dǎo)體區(qū)被第二導(dǎo)電類型的第二薄半導(dǎo)體區(qū)交錯并夾住。
[0020]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體器件中，其中第一導(dǎo)電類型包括N-型導(dǎo)電類型，第二導(dǎo)電類型包括P-型導(dǎo)電類型。
[0021]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體器件中，其中利用砷作為注入的摻雜物，制備第一導(dǎo)電類型的第一薄半導(dǎo)體區(qū)，利用硼作為注入的摻雜物，制備第二導(dǎo)電類型的第二薄半導(dǎo)體區(qū)。
[0022]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體器件中，其中第一導(dǎo)電類型包括N-型導(dǎo)電類型，第二導(dǎo)電類型包括P-型導(dǎo)電類型。
[0023]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體器件中，其中外延層未摻雜或輕摻雜第一或第二導(dǎo)電類型。
[0024]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體器件中，其中半導(dǎo)體層中的多個溝槽具有錐形側(cè)壁，臺面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁與緩沖層的夾角小于直角。
[0025]—種半導(dǎo)體器件的制備方法，所述方法包括:制備一個第一導(dǎo)電類型重摻雜的半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上制備一個第一導(dǎo)電類型的緩沖層；在緩沖層上制備一個第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層中制備多個溝槽，溝槽延伸靠近緩沖層、接鄰緩沖層或延伸到緩沖層中，溝槽構(gòu)成半導(dǎo)體層中的臺面結(jié)構(gòu)；將第一導(dǎo)電類型的摻雜物直接第一離子注入到多個溝槽的側(cè)壁表面，離子注入與溝槽的中心垂直軸呈一定夾角，并且利用第一注入能量；在多個溝槽的側(cè)壁表面上制備一個第一外延層；將第一導(dǎo)電類型的摻雜物直接第二離子注入到多個溝槽的側(cè)壁表面，離子注入與溝槽的中心垂直軸呈一定夾角，并且利用第二注入能量；將第二導(dǎo)電類型的摻雜物直接第三離子注入到多個溝槽的側(cè)壁表面，離子注入與溝槽的中心垂直軸呈一定夾角，并且利用第三注入能量，其中第二注入能量大于第三注入能量，第二導(dǎo)電類型的摻雜物的擴散速率大于第一導(dǎo)電類型摻雜物的擴散速率；離子注入后，在多個溝槽的側(cè)壁表面形成一個第二外延層；對注入的摻雜物退火，制備一個第一導(dǎo)電類型的第一和第二薄半導(dǎo)體區(qū)，夾在第二導(dǎo)電類型的第三薄半導(dǎo)體區(qū)之間，第一、第二和第