半導(dǎo)體襯底的制作方法、半導(dǎo)體襯底以及高壓晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體襯底的制作方法、半導(dǎo)體襯底以及高壓晶體管，所述高壓晶體管制作在帶有絕緣層的半導(dǎo)體襯底的表面，所述半導(dǎo)體襯底包括支撐襯底、支撐襯底表面的絕緣埋層以及絕緣埋層表面的器件層，所述高壓晶體管形成在器件層的表面，所述支撐襯底中包括一輔助耗盡層，所述輔助耗盡層由P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層交替堆疊構(gòu)成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)在支撐襯底中設(shè)置由P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層交替堆疊構(gòu)成的輔助耗盡層，可以有效地抑制襯底輔助耗盡效應(yīng)，提高器件耐壓能力。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體襯底的制作方法、半導(dǎo)體襯底以及高壓晶體管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體襯底的制作方法、半導(dǎo)體襯底以及高壓晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]功率集成電路有時(shí)也稱高壓集成電路，是現(xiàn)代電子學(xué)的重要分支，可為各種功率變換和能源處理裝置提供高速、高集成度、低功耗和抗輻照的新型電路，廣泛應(yīng)用于電力控制系統(tǒng)、汽車電子、顯示器件驅(qū)動(dòng)、通信和照明等日常消費(fèi)領(lǐng)域以及國(guó)防、航天等諸多重要領(lǐng)域。其應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)大，對(duì)其核心部分的高壓器件也提出了更高的要求。
[0003]對(duì)功率晶體管而言，在保證擊穿電壓的前提下，必須盡可能地降低器件的導(dǎo)通電阻來(lái)提高器件性能。但擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間存在所謂“硅限”。為了解決這一矛盾，前人提出了基于三維RESURF技術(shù)的漂移區(qū)由P、N柱相間構(gòu)成的超結(jié)結(jié)構(gòu)用于優(yōu)化高壓器件的漂移區(qū)電場(chǎng)分布。該技術(shù)的理論基礎(chǔ)是電荷補(bǔ)償理論，當(dāng)漂移區(qū)施加電壓達(dá)到一定值時(shí)，漂移區(qū)達(dá)到完全耗盡，電場(chǎng)分布更加均勻，提高了器件的抗擊穿能力。在保證擊穿電壓不變的前提下，可以大幅提高漂移區(qū)的摻雜濃度，減小導(dǎo)通電阻。超結(jié)結(jié)構(gòu)的提出打破了傳統(tǒng)功率MOSFET器件的“硅極限”。
[0004]超結(jié)結(jié)構(gòu)最初應(yīng)用于VDMOS器件，后來(lái)擴(kuò)展到LDMOS器件。橫向結(jié)構(gòu)更有利于新一代的高密度功率集成應(yīng)用，是當(dāng)代功率器件研究的熱點(diǎn)。但是超結(jié)結(jié)構(gòu)用于SOI襯底的橫向器件時(shí)，由于“支撐襯底-埋氧層-頂層硅”電容結(jié)構(gòu)的存在，使得襯底參與超結(jié)柱區(qū)的耗盡，導(dǎo)致出現(xiàn)所謂的“襯底輔助耗盡效應(yīng)”，而且耗盡層的寬度在器件的漏端到源端方向的不同位置不等，這就帶來(lái)了漂移區(qū)電場(chǎng)分布不均的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了器件耐壓，降低了工藝容差性。
[0005]目前形成η溝橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)，主要是多次離子注入在η型漂移區(qū)中形成柱狀P區(qū)。緩減襯底輔助耗盡效應(yīng)也提出多種方法，如額外增加η型層，采用藍(lán)寶石襯底或刻蝕襯底
坐寸ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種帶有絕緣埋層襯底上的高壓晶體管，能夠有效地抑制襯底輔助耗盡效應(yīng)。
[0007]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體襯底的制作方法，包括如下步驟:提供支撐襯底，所述支撐襯底由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成；在支撐襯底表面形成溝槽；在在所述溝槽內(nèi)填充具有第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，形成由第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層沿著平行于支撐襯底表面的方向交替堆疊構(gòu)成的輔助耗盡層；在輔助耗盡層的表面上繼續(xù)形成絕緣層；在所述絕緣層表面形成器件層。
[0008]可選的，在形成絕緣層之前，進(jìn)一步包括對(duì)所述支撐襯底具有溝槽的表面進(jìn)行平坦化的步驟。[0009]本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體襯底的制作方法，包括如下步驟:提供支撐襯底，所述支撐襯底由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成；在支撐襯底表面循環(huán)生長(zhǎng)具有第二導(dǎo)電類型和第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，循環(huán)次數(shù)至少為一次，以形成由第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層沿著垂直于支撐襯底表面的方向交替堆疊構(gòu)成的輔助耗盡層；在輔助耗盡層的表面上繼續(xù)形成絕緣層；在所述絕緣層表面形成器件層。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種半導(dǎo)體襯底，包括支撐襯底、支撐襯底表面的絕緣埋層以及絕緣埋層表面的器件層，所述支撐襯底中包括一輔助耗盡層，所述輔助耗盡層由P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層交替堆疊構(gòu)成。
[0011]可選的，所述P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層沿著平行于襯底表面的方向堆疊。
[0012]可選的，所述P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層沿著垂直于襯底表面的方向堆疊。
[0013]可選的，所述輔助耗盡層中至少包括彼此交替堆疊設(shè)置的兩層P型半導(dǎo)體層和兩層N型半導(dǎo)體層。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種高壓晶體管，形成于帶有絕緣埋層的半導(dǎo)體襯底表面，所述半導(dǎo)體襯底包括支撐襯底、支撐襯底表面的絕緣埋層以及絕緣埋層表面的器件層，所述高壓晶體管形成在器件層的表面，其特征在于，所述支撐襯底中包括一輔助耗盡層，所述輔助耗盡層由P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層交替堆疊構(gòu)成。
[0015]可選的，所述P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層沿著平行于襯底表面的方向堆疊，所述輔助耗盡層設(shè)置在與所述高壓晶體管的漂移區(qū)對(duì)應(yīng)的支撐襯底中。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)在支撐襯底中設(shè)置由P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層交替堆疊構(gòu)成的輔助耗盡層，可以有效地抑制襯底輔助耗盡效應(yīng)，提高器件耐壓能力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]附圖1所示是本發(fā)明第一【具體實(shí)施方式】所述方法的實(shí)施步驟示意圖。
[0018]附圖2A至附圖2E所示是本發(fā)明第一【具體實(shí)施方式】的工藝示意圖。
[0019]附圖3所示是采用第一【具體實(shí)施方式】所獲得的半導(dǎo)體襯底制作器件后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]附圖4所示是本發(fā)明第二【具體實(shí)施方式】所述方法的實(shí)施步驟示意圖。
[0021]附圖5A至附圖所示是本發(fā)明第二【具體實(shí)施方式】的工藝示意圖。
[0022]附圖6所示是采用第二【具體實(shí)施方式】所獲得的半導(dǎo)體襯底制作器件后的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的帶有絕緣埋層襯底上的高壓晶體管的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]首先結(jié)合附圖給出本發(fā)明所述方法的第一【具體實(shí)施方式】。
[0025]附圖1所示是本【具體實(shí)施方式】所述方法的實(shí)施步驟示意圖，包括:步驟S10，提供支撐襯底，所述支撐襯底由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成；步驟S11，在支撐襯底表面形成溝槽；步驟S12，在所述溝槽內(nèi)填充具有第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，形成由第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層沿著平行于支撐襯底表面的方向交替堆疊構(gòu)成的輔助耗盡層；步驟S13，在輔助耗盡層的表面上繼續(xù)形成絕緣層；步驟S14，在所述絕緣層表面形成器件層。
[0026]附圖2A至附圖2E所示是本【具體實(shí)施方式】的工藝示意圖。
[0027]附圖2A所示，參考步驟S10，提供支撐襯底230，所述支撐襯底由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。所述支撐襯底230的材料例如可以是單晶硅，所述第一導(dǎo)電類型可以是N型或者P型。
[0028]附圖2B所示，參考步驟SI I，在支撐襯底230表面形成溝槽240。形成溝槽240的方法例如可以是通過(guò)光刻和刻蝕的方法。
[0029]附圖2C所示，參考步驟S12，在所述溝槽240內(nèi)填充具有第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，形成由第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層2311和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層2312沿著平行于支撐襯底230表面的方向交替堆疊構(gòu)成的輔助耗盡層231。所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料可以是單晶硅等材料，可以與支撐襯底230的材料相同或者不同，并優(yōu)選為相同。填充可以選用外延工藝實(shí)現(xiàn)。
[0030]附圖2D所示，參考步驟S13，在輔助耗盡層231的表面上繼續(xù)形成絕緣層220。所述絕緣層220的材料優(yōu)選是氧化硅，并采用熱氧化法形成在單晶硅襯底上。在形成絕緣層220之前還可以進(jìn)一步對(duì)輔助耗盡層231的表面實(shí)施平坦化，以利于后續(xù)工藝。
[0031]附圖2E所示，參考步驟S14，在所述絕緣層220表面形成器件層210。所述器件層210用于制作半導(dǎo)體器件。由于輔助耗盡層231的作用，因此在所述器件層210表面制作高壓器件可以獲得更優(yōu)良的電學(xué)特性。形成器件層210的工藝?yán)缈梢允擎I合并減薄。
[0032]上述【具體實(shí)施方式】實(shí)施完畢后的半導(dǎo)體襯底如附圖2E所示。包括支撐襯底230、支撐襯底230表面的絕緣埋層220以及絕緣埋層220表面的器件層210。所述支撐襯底230中包括一輔助耗盡層231，所述輔助耗盡層第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層2311和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層2312沿著平行于支撐襯底230表面的方向交替堆疊構(gòu)成。
[0033]附圖3所示是采用上述【具體實(shí)施方式】所獲得的半導(dǎo)體襯底制作器件后的結(jié)構(gòu)示意圖。所述半導(dǎo)體襯底包括支撐襯底230、支撐襯底230表面的絕緣層220以及絕緣層220表面的器件層210。所述高壓晶體管形成在器件層210的表面，包括源極311、漏極312、源極311和漏極312之間的柵極313、器件層中用于限制源極311的P阱314，以及在柵極313和漏極313之間的漂移區(qū)315。所述漂移區(qū)315可以包括沿著垂直于圖面方向交替設(shè)置的P型雜柱和N型摻雜柱(未圖示)，形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0034]在本【具體實(shí)施方式】中，支撐襯底230中包括一輔助耗盡層231，所述輔助耗盡層231由P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層沿著平行于襯底表面的方向堆疊。繼續(xù)參考附圖3，例如第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層2311可以是P型半導(dǎo)體層，而第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層2312可以是N型半導(dǎo)體層，或者相反。輔助耗盡層231中的P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層可以相互耗盡，從而減小器件工作過(guò)程中的“襯底輔助耗盡效應(yīng)”，抑制“支撐襯底230-絕緣層220-器件層210”所構(gòu)成的寄生電容結(jié)構(gòu)影響器件頂部漂移區(qū)315的電荷平衡。所述輔助耗盡層231中至少包括彼此交替堆疊設(shè)置的兩層P型半導(dǎo)體層和兩層N型半導(dǎo)體層，以提高輔助耗盡效果。
[0035]其次結(jié)合附圖給出本發(fā)明所述方法的第二【具體實(shí)施方式】。
[0036]附圖4所示是本【具體實(shí)施方式】所述方法的實(shí)施步驟示意圖，包括:步驟S40，提供支撐襯底，所述支撐襯底由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成；步驟S41，在支撐襯底表面循環(huán)生長(zhǎng)具有第二導(dǎo)電類型和第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，循環(huán)次數(shù)至少為一次，以形成由第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層沿著垂直于支撐襯底表面的方向交替堆疊構(gòu)成的輔助耗盡層；步驟S42，在輔助耗盡層的表面上繼續(xù)形成絕緣層；步驟S43，在所述絕緣層表面形成器件層。
[0037]附圖5A至附圖所示是本【具體實(shí)施方式】的工藝示意圖。
[0038]附圖5A所示，參考步驟S40，提供支撐襯底530，所述支撐襯底由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。所述支撐襯底530的材料例如可以是單晶硅，所述第一導(dǎo)電類型可以是N型或者P型。
[0039]附圖5B所示，參考步驟S41，在支撐襯底530表面循環(huán)生長(zhǎng)具有第二導(dǎo)電類型和第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，循環(huán)次數(shù)至少為一次，以形成由第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層5311和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層5312沿著垂直于支撐襯底530表面的方向交替堆疊構(gòu)成的輔助耗盡層531。生長(zhǎng)第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層5311和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層5312可以采用外延的方法。
[0040]附圖5C所示，參考步驟S42，在輔助耗盡層531的表面上繼續(xù)形成絕緣層520。所述絕緣層520的材料優(yōu)選是氧化硅，并采用熱氧化法形成在單晶硅襯底上。
[0041]附圖所示，參考步驟S43，在所述絕緣層520表面形成器件層510。所述器件層510用于制作半導(dǎo)體器件。由于輔助耗盡層531的作用，因此在所述器件層510表面制作高壓器件可以獲得更優(yōu)良的電學(xué)特性。形成器件層510的工藝?yán)缈梢允擎I合并減薄。
[0042]上述【具體實(shí)施方式】實(shí)施完畢后的半導(dǎo)體襯底如附圖所示。包括支撐襯底530、支撐襯底530表面的絕緣埋層520以及絕緣埋層520表面的器件層510。所述支撐襯底530中包括一輔助耗盡層531，所述輔助耗盡層第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層5311和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層5312沿著垂直于支撐襯底530表面的方向交替堆疊構(gòu)成。
[0043]附圖6所示是采用上述【具體實(shí)施方式】所獲得的半導(dǎo)體襯底制作器件后的結(jié)構(gòu)示意圖。所述半導(dǎo)體襯底包括支撐襯底530、支撐襯底530表面的絕緣層520以及絕緣層520表面的器件層510。所述高壓晶體管形成在器件層510的表面，包括源極611、漏極612、源極611和漏極612之間的柵極613、器件層中用于限制源極611的P阱614，以及在柵極613和漏極612之間的漂移區(qū)615。所述漂移區(qū)615可以包括沿著垂直于圖面方向交替設(shè)置的P型雜柱和N型摻雜柱(未圖示)，形成超結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0044]在本【具體實(shí)施方式】中，支撐襯底530中包括一輔助耗盡層531，所述輔助耗盡層531由P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層沿著平行于襯底表面的方向堆疊。繼續(xù)參考附圖6，例如5311可以是N型半導(dǎo)體層，而5312可以是P型半導(dǎo)體層，或者相反。輔助耗盡層531中的P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層可以相互耗盡，從而減小器件工作過(guò)程中的“襯底輔助耗盡效應(yīng)”，抑制“支撐襯底530-絕緣層520-器件層510”所構(gòu)成的寄生電容結(jié)構(gòu)影響器件頂部漂移區(qū)615的電荷平衡。所述輔助耗盡層531中至少包括彼此交替堆疊設(shè)置的兩層P型半導(dǎo)體層和兩層N型半導(dǎo)體層，以提高輔助耗盡效果。
[0045]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體襯底的制作方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供支撐襯底，所述支撐襯底由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成； 在支撐襯底表面形成溝槽； 在所述溝槽內(nèi)填充具有第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，形成由第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層沿著平行于支撐襯底表面的方向交替堆疊構(gòu)成的輔助耗盡層； 在輔助耗盡層的表面上繼續(xù)形成絕緣層； 在所述絕緣層表面形成器件層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底的制作方法，其特征在于，在形成絕緣層之前，進(jìn)一步包括對(duì)所述支撐襯底具有溝槽的表面進(jìn)行平坦化的步驟。
3.一種半導(dǎo)體襯底的制作方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供支撐襯底，所述支撐襯底由具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成； 在支撐襯底表面循環(huán)生長(zhǎng)具有第二導(dǎo)電類型和第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層，循環(huán)次數(shù)至少為一次，以形成由第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層沿著垂直于支撐襯底表面的方向交替堆疊構(gòu)成的輔助耗盡層； 在輔助耗盡層的表面上繼續(xù)形成絕緣層； 在所述絕緣層表面形成器件層。
4.一種半導(dǎo)體襯底，包括支撐襯底、支撐襯底表面的絕緣埋層以及絕緣埋層表面的器件層，其特征在于，所述支撐襯底中包括一輔助耗盡層，所述輔助耗盡層由P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層交替堆疊構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層沿著平行于襯底表面的方向堆疊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層沿著垂直于襯底表面的方向堆疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述輔助耗盡層中至少包括彼此交替堆疊設(shè)置的兩層P型半導(dǎo)體層和兩層N型半導(dǎo)體層。
8.一種高壓晶體管，形成于帶有絕緣埋層的半導(dǎo)體襯底表面，所述半導(dǎo)體襯底包括支撐襯底、支撐襯底表面的絕緣埋層以及絕緣埋層表面的器件層，所述高壓晶體管形成在器件層的表面，其特征在于，所述支撐襯底中包括一輔助耗盡層，所述輔助耗盡層由P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層交替堆疊構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高壓晶體管，其特征在于，所述P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層沿著平行于襯底表面的方向堆疊，所述輔助耗盡層設(shè)置在與所述高壓晶體管的漂移區(qū)對(duì)應(yīng)的支撐襯底中。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK103762156SQ201310745388
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】魏星, 王中健, 狄增峰, 方子韋 申請(qǐng)人:上海新傲科技股份有限公司