超级结器件的制造方法及超级结器件

技术领域

本申请涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种超级结器件的制造方法及超级结器件。

背景技术

随着半导体技术的发展，集成电路对半导体器件性能的要求越来越高。在要求半导体器件能实现高耐压值，并且对于功率MOSFET要求其具有较小的导通电阻，对于功率IGBT则要求其能实现更小的导通电压与动态损耗。

超级结结构是近年来较为热门的一种新型半导体结构，可实现较高的耐压值，如今被广泛应用。传统制作超级结的方法主要有两种：

1.通过多次外延以及离子注入的方法获得，但会造成P型柱所形成的P区扩散严重；

2.通过深沟槽刻蚀以及外延填充的方式实现，通常采用气相外延(vapour phaseepitaxy，简称：VPE)的方式实现，所采用的温度一般为800-1500℃。

N型柱与P型柱容易在高温下产生相互扩散，使得P型柱与N型柱的交界面很不光滑，从而使器件内部的形貌发生改变，造成电场不均匀，导致器件的耐压值降低。另外，对于功率MOSFET，还会减小载流子的传导面积，增加导通电阻Rdson。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请实施例中提供了一种超级结器件的制造方法及超级结器件。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种超级结器件的制造方法，包括：

在基底之上形成外延层；

在外延层之上形成电极层；

通过化学气相外延的方式在电极层和外延层的两侧边区域内形成导电柱，所述导电柱与外延层的导电类型互为反向，化学气相外延过程中的反应温度为600℃-800℃；化学气相外延的方式中，采用三硅烷、四硅烷中的至少一种以及二锗烷为有源气体，采用B2H6作为掺杂剂。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种超级结器件，采用如上所述方法制造得到。

本申请实施例所提供的技术方案，首先在在基底之上形成外延层，然后在外延层之上形成电极层，再通过化学气相外延的方式在电极层和外延层的两侧边区域内形成导电柱，导电柱与外延层的导电类型互为反向，且形成超级结结构。该方案中，化学气相外延形成导电柱的过程中，反应温度为600℃-800℃形成低温环境；化学气相外延的方式中，采用三硅烷、四硅烷中的至少一种以及二锗烷为有源气体，采用B2H6作为掺杂剂。在这样的低温环境中，能减少外延层与导电柱之间的扩散，从而使外延层与导电柱之间的交界面光滑且清晰，使电场均匀，提高半导体器件的耐压值。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的超级结器件的制造方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的超级结器件的制造方法中形成外延层的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的超级结器件的制造方法中形成体区的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的超级结器件的制造方法中形成栅极的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的超级结器件的制造方法中形成源区和第一绝缘层的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的超级结器件的制造方法中形成导电柱的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的超级结器件的制造方法中去除第一绝缘层的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的超级结器件的制造方法中形成第二绝缘层的结构示意图。

附图标记：

1-基底；

2-外延层；

3-导电柱；

4-栅极；

5-源区；

61-第一绝缘层；62-第二绝缘层；

7-体区；

8-栅极氧化层。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供一种制造方法，用于制造超级结器件，例如制造超级结MOSFET器件、超级结VDMOS器件等。本实施例以超级结MOSFET器件为例对技术方案进行详细说明。

如图1所示，本实施例提供的超级结器件的制造方法，包括：

步骤101、在基底之上形成外延层。

如图2所示，基底1可以为硅衬底，例如N型硅衬底，或P型硅衬底。

在基底1的上表面形成外延层2，外延层2与基底1的导电类型相反。例如：若基底1为N型硅衬底，则外延层2为P型外延层2；若基底1为P型硅衬底，则外延层2为N型硅衬底。

步骤102、在外延层之上形成电极层。

如图3、图4、图5所示，在外延层2上形成电极层，电极层包括：栅极、源区等部分，具体可根据半导体器件的类型进行设定。在形成栅极、源区等部分的过程中，可采用例子注入、退火等工艺，在800℃以上的高温环境中形成。

步骤103、通过化学气相外延的方式在电极层和外延层的两侧边区域内形成导电柱，导电柱与外延层的导电类型互为反向，化学气相外延过程中的反应温度为600℃-800℃。

如图6所示，通过化学气相外延的方式在电极层和外延层2的两侧边区域内形成导电柱3。在化学气相外延的方式中，采用三硅烷、四硅烷中的至少一种以及二锗烷为有源气体，采用B2H6作为掺杂剂。

导电柱3与外延层2的导电类型互为反向。当外延层2为N型时，导电柱3为P型；当外延层2为P型时，导电柱3为N型。假设导电柱3为P型柱，在形成导电柱3之后，外延层2中剩余的部分形成了N型柱，N型柱与P型柱构成超级结结构。

之后，在电极层和导电柱3的上表面形成金属层等部分，将栅极、源区引出。

本实施例所提供的技术方案，首先在在基底之上形成外延层，然后在外延层之上形成电极层，再通过化学气相外延的方式在电极层和外延层的两侧边区域内形成导电柱，导电柱与外延层的导电类型互为反向，且形成超级结结构。该方案中，化学气相外延形成导电柱的过程中，反应温度为600℃-800℃，形成低温环境；化学气相外延的方式中，采用三硅烷、四硅烷中的至少一种以及二锗烷为有源气体，采用B2H6作为掺杂剂。在这样的低温环境中，能减少外延层与导电柱之间的扩散，从而使外延层与导电柱之间的交界面光滑且清晰，使电场均匀，提高半导体器件的耐压值。

另外，锗元素增加了硼元素在硅衬底中的溶入，可减小硼元素的扩散，使N型柱与P型柱之间的接触面更为陡峭，内部电场更加均匀，提高了击穿电压，还能减小半导体器件的厚度。锗含量较低，能减少器件缺陷和弛豫。

一种实施方式为：当有源气体包含三硅烷和二锗烷时，三硅烷与二锗烷的气体量比为9:1；当有源气体包含四硅烷和二锗烷时，四硅烷与二锗烷的气体量比为18:5；当有源气体包含三硅烷、四硅烷和二锗烷时，三硅烷、四硅烷和二锗烷的气体量比为2:2:1。

在上述技术方案的基础上，步骤103中，通过化学气相外延的方式在电极层和外延层的两侧边区域内形成导电柱，具体包括如下步骤：

如图5所示，首先，在电极层之上形成第一绝缘层61，第一绝缘层61可以为氧化物层。

一种实施方式为：在电极层的上方形成第一绝缘层61，第一绝缘层61覆盖电极层的上表面。然后在第一绝缘层61的两侧边定义出预留区，具体为采用涂胶、显影的方式对第一绝缘层61进行处理，形成预留区。例如：在第一绝缘层61之上涂覆光敏胶，并通过掩膜进行曝光显影。

如图6所示，然后，通过化学气相外延的方式在沟槽内形成导电柱，反应温度为600℃-800℃。例如，在第一绝缘层61的两侧形成预留区之后，在预留区及其下方的电极层和外延层内刻蚀形成沟槽，然后采用低压化学气相外延工艺(LPCVD)在沟槽内形成导电柱3，采用三硅烷、四硅烷种的至少一种，以及二锗烷为有源气体，采用B2H6作为掺杂剂。在H2氛围中，例如典型温度值可以为680℃。锗元素的含量为硼元素含量的千分之一。对于功率MOSFET器件，还能增大载流子的传导面积，减小导通电阻Rdson，提高载流子迁移率。对于功率IGBT器件，还能减小其动态损耗。

如图7所示，在形成导电柱之后，去除第一绝缘层61。

进一步的，在去除第一绝缘层61之后，还在电极层及导电柱3之上形成第二绝缘层62，然后在第二绝缘层62内开孔，形成电极接触孔；在第二绝缘层62之上形成与电极接触孔欧姆接触的金属层，以将电极层中的栅极、源区引出。

上述步骤102中，在外延层2之上形成电极层，包括：

如图3所示，在外延层2之上形成体区7，体区7的导电类型与导电柱3相同。当导电柱3为P型时，体区7为P型体区。例如：在外延层2的上表面通过离子注入及退火工艺形成P型体区，该过程中的反应温度在800℃以上。

如图4所示，在体区7的中部形成栅极氧化层8及栅极4。例如：通过在体区7的表面进行涂胶、显影，刻蚀栅极沟槽，然后将硅片清洗后进行氧化，形成栅极氧化层8。之后通过化学气相沉积(CVD)工艺形成多晶硅栅极4。

如图5所示，在体区7内形成源区5。例如：通过涂胶、显影的方式，在体区的表面通过离子注入及退火工艺形成N型的源区5。

在上述技术方案的基础上，本实施例提供一种具体实施方式：

如图2所示，将P型的硅衬底作为基底1，在基底1的上表面形成N型的外延层2。

如图3所示，在N型外延层2的上表面通过离子注入及退火形成P型的体区7。该步骤在800℃以上的高温环境中形成。

如图4所示，通过在体区7的表面进行涂胶、显影，刻蚀栅极沟槽，然后将硅片清洗后进行氧化，形成栅极氧化层8。之后通过化学气相沉积(CVD)工艺形成多晶硅栅极4。

如图5所示，通过涂胶、显影的方式，在体区的表面通过离子注入及退火工艺形成N型的源区5。

然后，在硅片表面沉积一层氧化物，形成第一绝缘层61。

通过涂胶、显影等方式进行处理，在第一绝缘层61的两侧定义出预留区。第一绝缘层61用于对上述栅极4、源区5进行保护。

如图6所示，在预留区及其下方的电极层和外延层进行刻蚀形成沟槽，采用低压化学气相外延工艺(LPCVD)在沟槽内形成导电柱3，采用三硅烷、四硅烷中的至少一种，以及二锗烷中为有源气体，采用B2H6作为掺杂剂。在H2氛围中，例如典型温度值可以为680℃。锗元素的含量为硼元素含量的千分之一。锗元素增加了硼元素在硅衬底中的溶入，可减小硼元素的扩散，使N型柱与P型柱之间的接触面更为陡峭，内部电场更加均匀，提高了击穿电压，还能减小半导体器件的厚度。

如图7所示，去除剩余的第一绝缘层61。

如图8所示，在电极层及导电柱3之上形成第二绝缘层62。

然后在第二绝缘层62内开孔，形成电极接触孔；在第二绝缘层62之上形成与电极接触孔欧姆接触的金属层，以将电极层中的栅极、源区引出。第二绝缘层62用于对器件进行保护。

本实施例还提供一种超级结器件，采用上述任一内容所提供的方法制造得到。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。