專利名稱：交替排列的p型和n型半導(dǎo)體薄層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，特別是涉及超級(jí)結(jié)M0SFEFT耗盡區(qū)的交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的制備方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)結(jié)MOSFET的耗盡區(qū)為交替排列的P型和N型半導(dǎo)體層，相對(duì)于傳統(tǒng)的MOSFET,其擊穿電壓受外延層摻雜濃度的影響較小，利用P型和N型半導(dǎo)體薄層在截至狀態(tài)下的相互耗盡，可以獲得較高的擊穿電壓。但交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的制造比較困難，目前基本上分為兩大類:一是多層外延加注入擴(kuò)散；二是厚外延生長(zhǎng)加深溝槽刻蝕與填充。第二類制造工藝比第一類更困難，但成本比第一類工藝低。對(duì)于第一類制造工藝，又可以細(xì)分為兩種:第一種如圖1所示，其第一半導(dǎo)體層2的摻雜介質(zhì)由硅外延原位摻雜形成，第二摻雜介質(zhì)3則通過(guò)注入和擴(kuò)散形成。具體工藝步驟包括:步驟1，在半導(dǎo)體襯底I上生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層2，圖1(1);步驟2，在預(yù)定窗口上進(jìn)行第二摻雜介質(zhì)3注入，圖1 (2);步驟3，重復(fù)步驟I和步驟2，直至半導(dǎo)體層的總厚度達(dá)到預(yù)定厚度，圖1 (3) (η-1);步驟4，最后進(jìn)行第二摻雜介質(zhì)3擴(kuò)散，圖1 (η)。第二種如圖2所示，其P型和N型柱層都由摻雜介質(zhì)注入和擴(kuò)散來(lái)形成。具體工藝步驟包括:步驟I，第三半導(dǎo)體層6生長(zhǎng)，圖2 (I)，但此第三半導(dǎo)體層6非摻雜或具有較低的摻雜濃度；步驟2，在第一預(yù)定窗口上進(jìn)行第一摻雜介質(zhì)7注入，在第二預(yù)定窗口上進(jìn)行第二摻雜介質(zhì)8注入，圖2(2);步驟3，重復(fù)步驟I和2，直至半導(dǎo)體層的總厚度達(dá)到預(yù)定厚度，圖2 (η-1);步驟4，最后進(jìn)行摻雜介質(zhì)擴(kuò)散，圖2 (η)。對(duì)比這兩種制造工藝，第一種成本較第二種低，但工藝控制比較難，因?yàn)楣柰庋釉粨诫s而形成的雜質(zhì)濃度的精度很難滿足工藝的需求，從而導(dǎo)致生長(zhǎng)的不穩(wěn)定性；而第二種摻雜介質(zhì)濃度都是由注入來(lái)完成，故精度比較高，但成本也高，所以尋找工藝穩(wěn)定性好且成本不聞的工藝仍有意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的制備方法，它工藝穩(wěn)定性好，且制造成本低。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的制備方法，包括以下步驟:I)在硅襯底上形成半導(dǎo)體層；2)打開(kāi)預(yù)定窗口，并在同一窗口上對(duì)所述半導(dǎo)體層進(jìn)行P型和N型摻雜介質(zhì)注A ；3)重復(fù)步驟I)和2)，直至半導(dǎo)體層的總厚度達(dá)到預(yù)定厚度；4)對(duì)P型和N型摻雜介質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散。
步驟I)中，所述半導(dǎo)體層非摻雜或具有較低的摻雜濃度(即該半導(dǎo)體層中的P型或N型雜質(zhì)的濃度與后續(xù)注入并擴(kuò)散的P型或N型摻雜介質(zhì)的濃度相比很低，因此可以忽略)。所述P型摻雜介質(zhì)為硼；所述N型摻雜介質(zhì)為磷、砷、銻中的至少一種。本發(fā)明通過(guò)在同一位置進(jìn)行P型和N型摻雜介質(zhì)的注入，提高了超級(jí)結(jié)耗盡區(qū)結(jié)構(gòu)的工藝穩(wěn)定性，解決了外延工藝填充深溝槽后所產(chǎn)生的空洞缺陷問(wèn)題；同時(shí)還降低了制造成本。


圖1是現(xiàn)有的交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的一種制造方法示意圖；圖2是現(xiàn)有的交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的另一種制造方法示意圖；圖3是本發(fā)明的交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的制造方法示意圖。圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:1:襯底2:第一半導(dǎo)體層3:第二摻雜介質(zhì)4:第一半導(dǎo)體柱層5:第二半導(dǎo)體柱層6:第三半導(dǎo)體層7:第一摻雜介質(zhì)8:第二摻雜介質(zhì)9:外延層10:N型摻雜介質(zhì)11:P型摻雜介質(zhì)12:N型半導(dǎo)體柱層13:P型半導(dǎo)體柱層
具體實(shí)施例方式為對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合圖示的實(shí)施方式，詳述如下:I)在高摻雜的N型(本實(shí)施例摻雜As)硅襯底I上生長(zhǎng)本征硅外延層9，如圖3 (I)所示。該硅外延層9的電阻率在30歐姆.厘米以上，厚度為2 15微米(本實(shí)施例中，厚度在7微米左右)。2)以光刻膠為掩模,打開(kāi)預(yù)定窗口，窗口大小為0.5微米；然后,在同一預(yù)定窗口上同時(shí)進(jìn)行N型和P型摻雜介質(zhì)注入(即P型和N型雜質(zhì)的注入位置相同)，如圖3 (2)所示。其中，P型摻雜介質(zhì)11為B(硼)；N型摻雜介質(zhì)10為P(磷)、As(砷)、Sb(銻)中的至少一種，本實(shí)施例中，N型摻雜介質(zhì)10為As。3)重復(fù)步驟I)和2)，直至外延層9的總厚度達(dá)到預(yù)定厚度，如圖3(3) (n_l)所示。本實(shí)施例中，外延層9的總厚度在I 100微米之間,優(yōu)選50微米。
4)在800 1200°C、0.1托 I個(gè)大氣壓條件下，對(duì)P型和N型摻雜介質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散。由于在一定的溫度和壓力等條件下，P型和N型摻雜雜質(zhì)在半導(dǎo)體層中的擴(kuò)散系數(shù)不同(As擴(kuò)散速度快，B擴(kuò)散速度慢)，因此，在相同的注入位置擴(kuò)散后，得到的兩個(gè)半導(dǎo)體柱層的寬度不相等，從而形成交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層，見(jiàn)圖3(n)所示。例如，As橫向擴(kuò)散后的總寬度為5微米，B橫向擴(kuò)散后的總寬度為3微米，則可以形成P柱寬3微米、N柱寬4微米的交替排列的超級(jí)結(jié)的耗盡區(qū)。
權(quán)利要求
1.替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在硅襯底上形成半導(dǎo)體層； 2)打開(kāi)預(yù)定窗口，并在同一窗口上對(duì)所述半導(dǎo)體層進(jìn)行P型和N型摻雜介質(zhì)注入； 3)重復(fù)步驟I)和2)，直至半導(dǎo)體層的總厚度達(dá)到預(yù)定厚度； 4)對(duì)P型和N型摻雜介質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中，所述硅襯底為高摻雜的N型硅襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟I)中，所述半導(dǎo)體層為硅外延層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述硅外延層的電阻率為30歐姆.厘米以上，厚度為2 15微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中，所述窗口大小為0.5微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中，所述P型摻雜介質(zhì)為硼；所述N型摻雜介質(zhì)為磷、砷、銻中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)中，所述半導(dǎo)體層的總厚度為I 100微米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的制備方法，包括步驟1)在硅襯底上形成半導(dǎo)體層；2)打開(kāi)預(yù)定窗口，并在同一窗口上對(duì)所述半導(dǎo)體層進(jìn)行P型和N型摻雜介質(zhì)注入；3)重復(fù)步驟1)和2)，直至半導(dǎo)體層的總厚度達(dá)到預(yù)定厚度；4)對(duì)所述P型和N型摻雜介質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散。本發(fā)明通過(guò)在同一位置進(jìn)行P型和N型摻雜介質(zhì)的注入，提高了超級(jí)結(jié)耗盡區(qū)結(jié)構(gòu)制備工藝的穩(wěn)定性，并同時(shí)降低了制造成本。
文檔編號(hào)H01L21/336GK103094106SQ20111033253
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者劉繼全 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司