通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方法
【專利摘要】通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方法屬于超級結(jié)半導(dǎo)體器件制造【技術(shù)領(lǐng)域】?，F(xiàn)有技術(shù)尚不能獲得超級結(jié)效果。本發(fā)明首先在硅片上刻蝕若干規(guī)則分布的錐孔，錐孔底部呈平底狀，然后向錐孔中垂直注入雜質(zhì)，再填充錐孔，最后高溫推結(jié)，形成P柱和N柱交替排布的超級結(jié)；并且：注入前在錐孔底部上制作覆蓋層，注入后去掉覆蓋層；或者注入后隨即自錐孔底部向下刻蝕，去除注入時在錐孔底部下面形成的高濃度摻雜層；或者注入前在錐孔側(cè)壁及底部上淀積掩蔽層，直到使錐孔底部呈尖角狀，注入后去掉掩蔽層；或者注入前在錐孔側(cè)壁及底部上外延或者淀積注入層，直到使錐孔底部呈尖角狀，注入時.雜質(zhì)注入到所述注入層中。
【專利說明】通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方 法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方法，與 現(xiàn)有直槽側(cè)壁傾斜注入法相比具有器件制作容易、工藝簡單、制造成本降低的特點，與現(xiàn)有 V槽側(cè)壁垂直注入法相比，在順利獲得超級結(jié)的同時提高器件的電流動態(tài)分布均勻性，屬于 超級結(jié)半導(dǎo)體器件制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002] 在功率半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】超級結(jié)已經(jīng)被廣泛采用。所述超級結(jié)其技術(shù)效果主要 表現(xiàn)在通過改變器件耐壓與器件電流通路的電阻率關(guān)系，實現(xiàn)高電壓、低壓降。超級結(jié)基本 特征是在器件的漂移區(qū)內(nèi)N型柱和P型柱的交替排列。與本發(fā)明有關(guān)的現(xiàn)有制作超級結(jié)的 方法是V槽側(cè)壁垂直注入法。如圖1所示，所謂V槽1是指側(cè)壁呈V形形態(tài)的溝槽，該方法 以垂直（零度角）的方式注入，相對于現(xiàn)有直槽側(cè)壁傾斜注入法而言，由于V槽1的兩個側(cè) 壁2傾斜相交，無注入死角，外延、沉積、填充容易，不易出現(xiàn)填充空洞和縫隙；并且，零度角 一次注入即可完成摻雜，工藝簡單。申請?zhí)枮镃N201010517994的一件中國專利申請所公 開方案就屬于一種V槽側(cè)壁垂直注入法。不過，該方案有其不足，一是由于在娃片上刻蝕V 槽1難以獲得理想的尖角底部，實際上所述V槽底部為無尖角平底3,當(dāng)在這樣的V槽1側(cè) 壁2表面和無尖角平底3表面生長一層薄氧化層4后，在以高能注入的方式摻雜過程中，如 圖1所示，由于在所述無尖角平底3注入方向與注入面垂直，摻雜的雜質(zhì)濃度明顯高于所述 側(cè)壁2摻雜的雜質(zhì)濃度，導(dǎo)致電荷不平衡，這樣的話實際上無法獲得超級結(jié)效果；二是由多 道平行V槽1構(gòu)成的超級結(jié)其通路屬于線通路，電流分散性不好，器件電流動態(tài)分布均勻性 差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 為了使制作的具有超級結(jié)的半導(dǎo)體器件獲得超級結(jié)效果，并且，該器件具有較好 的電流動態(tài)分布均勻性，我們發(fā)明了一種通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超 級結(jié)的方法。
[0004] 本發(fā)明之通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方法首先在硅 片上刻蝕若干規(guī)則分布的錐孔5,如圖2?圖5所示，錐孔5底部呈平底狀，然后向錐孔5中 垂直注入雜質(zhì)，再填充錐孔5,最后高溫推結(jié)，如圖6所示，形成P柱和N柱交替排布的超級 結(jié)；并且：
[0005] A.注入前在錐孔5底部上制作覆蓋層6,如圖7所示，注入后去掉覆蓋層6 ;或者，
[0006] B.注入后隨即自錐孔5底部向下刻蝕，去除注入時在錐孔5底部下面形成的高濃 度摻雜層7,如圖8、9所示；或者，
[0007] C.注入前在錐孔5側(cè)壁及底部上淀積掩蔽層8,直到使錐孔5底部呈尖角狀，如圖 10所示，注入后去掉掩蔽層8 ;或者，
[0008] D.注入前在錐孔5側(cè)壁及底部上外延或者淀積注入層9,直到使錐孔5底部呈尖 角狀，注入時雜質(zhì)注入到所述注入層9中，如圖11所示。
[0009] 本發(fā)明其技術(shù)效果在于，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明以若干規(guī)則分布的錐孔5取代 若干平行分布的V槽1，形成面通路，也是一種網(wǎng)絡(luò)通路，相比于線通路結(jié)構(gòu)，面通路結(jié)構(gòu)均 勻性高，這種結(jié)構(gòu)的均勻性帶來電荷的平衡，電流分散性好，器件電流動態(tài)分布均勻性得到 提高。另外，本發(fā)明所采取的制作覆蓋層6的措施能夠防止錐孔5底部雜質(zhì)濃度明顯高于 錐孔5側(cè)壁雜質(zhì)濃度現(xiàn)象的發(fā)生；本發(fā)明所采取的注入后隨即自錐孔5底部向下刻蝕從而 去除注入時在錐孔5底部下面形成的高濃度摻雜層7的措施消除了錐孔5底部雜質(zhì)濃度明 顯高于錐孔5側(cè)壁雜質(zhì)濃度的現(xiàn)象；本發(fā)明所采取的淀積掩蔽層8以及淀積注入層9的措 施從根本上防止錐孔5底部雜質(zhì)濃度明顯高于錐孔5側(cè)壁雜質(zhì)濃度現(xiàn)象的發(fā)生。所述四項 措施均能夠保證超級結(jié)效果的獲得。
[0010] 本發(fā)明中的錐孔與現(xiàn)有技術(shù)中的V槽從廣義上講均屬于錐槽，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù) 均以垂直注入方式摻雜，因此，本發(fā)明也屬于一種錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的 方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1是現(xiàn)有制作超級結(jié)的V槽側(cè)壁垂直注入法示意圖。圖2是本發(fā)明之方法中的 四棱錐狀錐孔田字格分布俯視示意圖。圖3是本發(fā)明之方法中的四棱錐狀錐孔品字形分布 俯視示意圖。圖4是本發(fā)明之方法中的六棱錐狀錐孔蜂巢狀分布俯視示意圖。圖5是本發(fā) 明之方法錐孔側(cè)壁垂直注入示意圖，該圖同時作為摘要附圖。圖6是本發(fā)明之方法注入后 填充并高溫推結(jié)結(jié)果示意圖。圖7是本發(fā)明之方法注入前在錐孔底部上制作覆蓋層示意 圖。圖8是本發(fā)明之方法注入時在錐孔底部下面形成高濃度摻雜層示意圖。圖9是本發(fā)明 之方法注入后隨即自錐孔底部向下刻蝕去除高濃度摻雜層示意圖。圖10是本發(fā)明之方法 注入前在錐孔側(cè)壁及底部上淀積掩蔽層然后再注入示意圖。圖11是本發(fā)明之方法注入前 在錐孔側(cè)壁及底部上外延或者淀積注入層然后向注入層注入雜質(zhì)示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 本發(fā)明之通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方法其具體實 施方式如下。
[0013] 以向N型硅錐孔進行P型摻雜注入為例。
[0014] 在硅片上制作超級結(jié)之前，先在硅片上制作掩膜10,按錐孔5在硅片上的分布方 案光刻掩膜10獲得各個錐孔5的刻蝕窗口，如圖2?圖5所示。
[0015] 首先在硅片上刻蝕若干規(guī)則分布的錐孔5,如圖2?圖5所示。錐孔5的形狀包括 兩種，一種是四棱錐狀，這種形狀的錐孔5的分布方案為田字格分布或者品字形分布，如圖 2或者圖3所示；另一種是六棱錐狀，這種形狀的錐孔5的分布方案為蜂巢狀，如圖4所示。 錐孔5底部呈平底狀。錐孔5側(cè)壁傾角α為：70° < α <85°。
[0016] 在向錐孔5中垂直注入雜質(zhì)前，在錐孔5側(cè)壁及底部上生長一層薄氧化層4,這一 措施能夠使得注入摻雜的雜質(zhì)濃度易于控制，或者直接向錐孔5中垂直注入雜質(zhì)。
[0017] 然后向錐孔5中垂直注入雜質(zhì)。以低能方式注入，注入能量低于80KeV、高于 60KeV，當(dāng)錐孔5側(cè)壁傾角α增大，則提高注入能量，反之則降低。
[0018] 再填充錐孔5。填充物為絕緣物，或者為不摻雜多晶硅、非晶硅、外延硅之一。
[0019] 最后在去除在填充錐孔5過程中散布在硅片上的填充物之后高溫推結(jié)，形成Ρ柱 和Ν柱交替排布的超級結(jié)。
[0020] 在所述半導(dǎo)體器件超級結(jié)的制作過程中，還包括以下四種方案之一：
[0021] Α.注入前在錐孔5底部上制作覆蓋層6,如圖7所示，所述覆蓋層6為硅氧化層或 者光刻膠層，注入后去掉覆蓋層6 ;
[0022] Β.注入后隨即自錐孔5底部向下刻蝕，刻蝕深度小于等于注入深度，去除注入時 在錐孔5底部下面形成的高濃度摻雜層7,如圖8、圖9所示；
[0023] C.注入前在錐孔5側(cè)壁及底部上淀積掩蔽層8,所述掩蔽層8為硅氧化層或者光 刻膠層，直到使錐孔5底部呈尖角狀，如圖10所示，注入后去掉掩蔽層8 ;
[0024] D.注入前在錐孔5側(cè)壁及底部上外延或者淀積注入層9,所述注入層9為外延硅 層或者為淀積的不摻雜多晶硅層、非晶硅層之一，直到使錐孔5底部呈尖角狀，如圖11所 示，注入時雜質(zhì)注入到所述注入層9中。
【權(quán)利要求】
1. 一種通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方法，其特征在于，首 先在硅片上刻蝕若干規(guī)則分布的錐孔（5)，錐孔（5)底部呈平底狀，然后向錐孔（5)中垂直 注入雜質(zhì)，再填充錐孔（5)，最后高溫推結(jié)，形成P柱和N柱交替排布的超級結(jié)；并且： A. 注入前在錐孔（5)底部上制作覆蓋層（6)，注入后去掉覆蓋層（6);或者， B. 注入后隨即自錐孔（5)底部向下刻蝕，去除注入時在錐孔（5)底部下面形成的高濃 度摻雜層（7);或者， C. 注入前在錐孔（5)側(cè)壁及底部上淀積掩蔽層（8)，直到使錐孔（5)底部呈尖角狀，注 入后去掉掩蔽層（8);或者， D. 注入前在錐孔（5)側(cè)壁及底部上外延或者淀積注入層（9)，直到使錐孔（5)底部呈 尖角狀，注入時雜質(zhì)注入到所述注入層（9)中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方 法，其特征在于，在硅片上制作超級結(jié)之前，先在硅片上制作掩膜（10)，按錐孔（5)在硅片 上的分布方案光刻掩膜（10)獲得各個錐孔（5)的刻蝕窗口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方 法，其特征在于，錐孔（5)的形狀包括兩種，一種是四棱錐狀，這種形狀的錐孔（5)的分布方 案為田字格分布或者品字形分布；另一種是六棱錐狀，這種形狀的錐孔（5)的分布方案為 蜂巢狀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方 法，其特征在于，錐孔（5)側(cè)壁傾角α為：70° < α <85°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方 法，其特征在于，在向錐孔（5)中垂直注入雜質(zhì)前，在錐孔（5)側(cè)壁及底部上生長一層薄氧 化層（4)，或者直接向錐孔（5)中垂直注入雜質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方 法，其特征在于，以低能方式注入，注入能量低于80KeV、高于60KeV，當(dāng)錐孔（5)側(cè)壁傾角α 增大，則提高注入能量，反之則降低。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方 法，其特征在于，填充錐孔（5)的填充物為絕緣物，或者為不摻雜多晶硅、非晶硅、外延硅之 〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方 法，其特征在于，所述覆蓋層（6)為硅氧化層或者光刻膠層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的方 法，其特征在于，所述掩蔽層（8)為硅氧化層或者光刻膠層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過開錐孔進行錐槽離子注入制作半導(dǎo)體器件超級結(jié)的 方法，其特征在于，所述注入層（9)為外延硅層或者為淀積的不摻雜多晶硅層、非晶硅層之 〇
【文檔編號】H01L21/265GK104217963SQ201410441096
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】左義忠, 楊壽國, 孫雪峰, 張海宇 申請人:吉林華微電子股份有限公司