深pn結(jié)的形成方法與具有該深pn結(jié)的半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N深PN結(jié)的形成方法與具有該深PN結(jié)的半導(dǎo)體器件。該形成方法包括：步驟S1，在硅襯底上外延生長(zhǎng)形成外延層，硅襯底中的雜質(zhì)離子與外延層中的雜質(zhì)離子為反型離子；以及步驟S2，將外延層中的雜質(zhì)離子向硅襯底中進(jìn)行推進(jìn)，形成推進(jìn)層，推進(jìn)層與外延層形成深PN結(jié)。該P(yáng)N結(jié)的形成方法保證了同一批次的硅圓片內(nèi)同一深度處雜質(zhì)離子濃度的一致性，以及不同批次的硅圓片的摻雜濃度和結(jié)深的一致性；此外，該方法避免了現(xiàn)有技術(shù)中將P型或N型固態(tài)源基片與硅圓片需要分離造成的摻雜物殘留的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】深PN結(jié)的形成方法與具有該深PN結(jié)的半導(dǎo)體器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體而言，涉及一種深PN結(jié)的形成方法與具有該深PN結(jié)的半導(dǎo)體器件。

【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域的特種半導(dǎo)體器件器件，要求器件必須有高的鍵合強(qiáng)度，這就使得器件在封裝鍵合(bonding)時(shí)需要進(jìn)行超過(guò)800°C的高溫處理?？墒?，這樣高的鍵合溫度會(huì)導(dǎo)致硅器件中的金屬形成楔子(metal spike)深深地刺入到P型或N型結(jié)區(qū)域；為了保持半導(dǎo)體器件所設(shè)計(jì)的擊穿擊穿電壓且滿足每個(gè)應(yīng)用規(guī)范所需要的非常低水平的漏電，必須采取深PN結(jié)(至少20 μ m)的器件結(jié)構(gòu)來(lái)緩和上述金屬楔子帶來(lái)的不良影響?’另夕卜，深PN結(jié)的器件在航空航天應(yīng)用中也能夠禁得起高水平的宇宙輻射。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中制備深PN結(jié)器件的常用方法通常有兩種。如圖1所示，方法一中采用P型或N型固態(tài)源基片I粘貼在每一枚硅圓片2上(具有與固態(tài)源基片的雜質(zhì)離子為反型離子的外延層或襯底)放置，二者均設(shè)置在圓片裝載舟3上，然后將三者構(gòu)成的整體放入到擴(kuò)散爐進(jìn)行推進(jìn)，為了獲得至少20 μ m或更深的PN結(jié)，需要在1200°C進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的處理。但是，這種方法會(huì)在硅圓片2的表面產(chǎn)生嚴(yán)重的摻雜物殘留問(wèn)題，并且殘留的摻雜物難以去除，有時(shí)只能采用物理破壞的方法才能去除硅圓片2表面摻雜殘留物。
[0004]如圖2所示，方法二中采用P型或N型固態(tài)源基片I靠近每一枚硅圓片2 (具有與固態(tài)源基片I的雜質(zhì)離子為反型離子的外延層或襯底)放置，二者均設(shè)置在圓片裝載舟3上，然后將三者構(gòu)成的整體放到擴(kuò)散爐進(jìn)行推進(jìn)，為了獲得至少20 μ m或更深的PN結(jié)，需要在1200°C進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的處理，此方法避免了方法一中圓片2的表面留有摻雜殘留物的問(wèn)題，但是這種摻雜方法難以控制同一批次或不同批次的硅圓片2的深PN結(jié)深度的一致性以及深PN結(jié)中摻雜濃度的一致性，導(dǎo)致將硅圓片2應(yīng)用到器件中時(shí)，難以保證器件工作的穩(wěn)定性。
[0005]由此可見(jiàn)，需要一種形成深PN結(jié)的新方法，此方法可以解決傳統(tǒng)制造方法的笨拙性和工藝參數(shù)不易控制等問(wèn)題。一方面不會(huì)在硅圓片的表面產(chǎn)生嚴(yán)重的摻雜物殘留問(wèn)題，另一方面可以確保硅圓片內(nèi)各位置的摻雜濃度達(dá)到預(yù)定要求，以及不同硅圓片的摻雜濃度和深結(jié)深度保持一致性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種深PN結(jié)的形成方法與具有該深PN結(jié)的半導(dǎo)體器件，以解決現(xiàn)有技術(shù)中形成深PN結(jié)的硅圓片的摻雜濃度以及結(jié)深的一致性難控制，影響器件性能的問(wèn)題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種深PN結(jié)的形成方法，上述形成方法包括:步驟Si，在硅襯底上外延生長(zhǎng)形成外延層，上述硅襯底中的雜質(zhì)離子與上述外延層中的雜質(zhì)離子為反型離子；以及步驟S2，將上述外延層中的雜質(zhì)離子向上述硅襯底中進(jìn)行推進(jìn)，形成推進(jìn)層，上述推進(jìn)層與上述外延層形成上述深PN結(jié)。
[0008]進(jìn)一步地，上述步驟S2在1000°C?1500°C下進(jìn)行推進(jìn)5h?10h。
[0009]進(jìn)一步地，上述硅襯底包括硅基底以及基底外延層，上述外延層設(shè)置在上述基底外延層上，上述硅基底與上述基底外延層中的雜質(zhì)離子類型相同。
[0010]進(jìn)一步地，上述硅基底中的雜質(zhì)離子濃度大于上述基底外延層中的雜質(zhì)離子濃度。
[0011]進(jìn)一步地，上述硅襯底中的雜質(zhì)離子為N型離子，上述外延層中的雜質(zhì)離子為P型離子。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，上述半導(dǎo)體器件包括上述深PN結(jié)。
[0013]應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，首先在硅襯底上外延生長(zhǎng)形成外延層，然后將外延層中的雜質(zhì)離子向硅襯底中進(jìn)行推進(jìn)形成推進(jìn)層，由于推進(jìn)過(guò)程外延層與硅襯底的接觸均勻、緊密，因此，在同一個(gè)推進(jìn)過(guò)程中容易控制雜質(zhì)離子向硅襯底中的擴(kuò)散，且通過(guò)對(duì)推進(jìn)條件的控制即可控制雜質(zhì)離子在整個(gè)深PN結(jié)中的濃度分布，保證了同一批次的硅圓片內(nèi)同一深度處雜質(zhì)離子濃度的一致性；另外，形成外延層中的外延工藝與推進(jìn)層的形成工藝都是本領(lǐng)域中的常規(guī)工藝，所以此方法只要在一致的外延工藝條件和推進(jìn)工藝條件下進(jìn)行，即可保證不同批次的硅圓片的摻雜濃度和結(jié)深的一致性；此外，該技術(shù)方案避免了現(xiàn)有技術(shù)中將P型或N型固態(tài)源基片與硅圓片需要分離造成的摻雜物殘留的問(wèn)題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0015]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中形成深PN結(jié)的方法一的過(guò)程示意圖；
[0016]圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中形成深PN結(jié)的方法二的過(guò)程示意圖；
[0017]圖3示出本申請(qǐng)一種優(yōu)選的實(shí)施方式中提供的深PN結(jié)的形成方法的流程示意圖；
[0018]圖4示出本申請(qǐng)一種優(yōu)選的實(shí)施方式中在硅襯底上形成深PN結(jié)后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5示出了本申請(qǐng)一種優(yōu)選的實(shí)施例中在N+硅基底上形成N-基底外延層后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖6示出了在圖5所示的結(jié)構(gòu)表面淀積P+外延層后的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0021]圖7示出了在圖6所示的結(jié)構(gòu)中形成P型結(jié)區(qū)域后的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0023]應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。
[0024]需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述【具體實(shí)施方式】，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用屬于“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0025]需要說(shuō)明的是，本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)及上述附圖中的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本申請(qǐng)的實(shí)施方式例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語(yǔ)“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過(guò)程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒(méi)有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過(guò)程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。
[0026]為了便于描述，在這里可以使用空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來(lái)描述如在圖中所示的一個(gè)器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語(yǔ)“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對(duì)這里所使用的空間相對(duì)描述作出相應(yīng)解釋。
[0027]現(xiàn)在，將參照附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。然而，這些示例性實(shí)施方式可以由多種不同的形式來(lái)實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為只限于這里所闡述的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，提供這些實(shí)施方式是為了使得本申請(qǐng)的公開(kāi)徹底且完整，并且將這些示例性實(shí)施方式的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在附圖中，為了清楚起見(jiàn)，擴(kuò)大了層和區(qū)域的厚度，并且使用相同的附圖標(biāo)記表示相同的器件，因而將省略對(duì)它們的描述。
[0028]正如【背景技術(shù)】所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中難以保證形成深PN結(jié)的硅圓片內(nèi)的摻雜濃度以及結(jié)深的一致性，為了解決上述問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N深PN結(jié)的形成方法。
[0029]在本申請(qǐng)的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，提供了一種深PN結(jié)的形成方法，圖3示出了該形成方法的流程示意圖，該形成方法包括:步驟Si，在硅襯底11上外延生長(zhǎng)形成外延層33，上述硅襯底11中的雜質(zhì)離子與上述外延層33中的雜質(zhì)離子為反型離子；以及步驟S2，將上述外延層中的雜質(zhì)離子向上述硅襯底11中進(jìn)行推進(jìn)，形成推進(jìn)層111，上述推進(jìn)層111與上述外延層33形成上述深PN結(jié),如圖4所示。
[0030]上述方法，首先在硅襯底11上外延生長(zhǎng)形成外延層33，然后將外延層33中的雜質(zhì)離子向硅襯底11中進(jìn)行推進(jìn)形成推進(jìn)層111，由于推進(jìn)過(guò)程外延層33與硅襯底11的接觸均勻、緊密，因此，在同一個(gè)推進(jìn)過(guò)程中容易控制雜質(zhì)離子向硅襯底11中的擴(kuò)散，且通過(guò)對(duì)推進(jìn)條件的控制即可控制雜質(zhì)離子在整個(gè)深PN結(jié)中的濃度分布，保證了同一硅圓片內(nèi)同一深度處雜質(zhì)離子濃度的一致性；另外，形成外延層33中的外延工藝與推進(jìn)層111的形成工藝都是本領(lǐng)域中的常規(guī)工藝，已經(jīng)很成熟，所以此方法只要在一致的外延工藝條件和推進(jìn)工藝條件下進(jìn)行，即可保證不同批次的硅圓片的摻雜濃度和結(jié)深的一致性；此外，該技術(shù)方案避免了現(xiàn)有技術(shù)中將P型或N型固態(tài)源基片與硅圓片需要分離造成的摻雜物殘留的問(wèn)題。
[0031]為了保證上述推進(jìn)層111快速穩(wěn)定地形成，本申請(qǐng)優(yōu)選上述步驟S2在1000°C?1500°C下進(jìn)行推進(jìn)5h?10h。
[0032]為了提高襯底的擊穿電壓，優(yōu)選上述硅襯底11包括硅基底以及基底外延層，上述外延層設(shè)置在上述基底外延層上，上述硅基底與上述基底外延層中的雜質(zhì)離子類型相同。
[0033]本申請(qǐng)的又一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述基底外延層中的雜質(zhì)離子濃度要小于上述硅基底中的雜質(zhì)離子濃度，這是因?yàn)闈舛鹊偷幕淄庋訉泳哂休^高的擊穿電壓，使得整個(gè)襯底11具有較高的擊穿電壓。另外，為了獲得較大的擊穿電壓，基底外延層的厚度應(yīng)至少大于最大耗盡區(qū)的寬度。
[0034]為了形成深P+N結(jié)的器件，優(yōu)選上述硅襯底11中的雜質(zhì)離子為N型離子，上述外延層33中的雜質(zhì)離子為P型離子。
[0035]本申請(qǐng)的有一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，提供了一種半導(dǎo)體器件，上述半導(dǎo)體器件包括上述深PN結(jié)。
[0036]上述半導(dǎo)體器件中的深PN結(jié)可以減弱或者完全消除金屬楔子對(duì)半導(dǎo)體器件性能的不良影響，并且具有深PN結(jié)的上述半導(dǎo)體器件在航空航天應(yīng)用中能夠禁得起高水平的宇宙輻射。
[0037]為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清晰的了解本申請(qǐng)的實(shí)施方案，下面以形成二極管中P+N型深結(jié)的方法為例結(jié)合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本申請(qǐng)的實(shí)施過(guò)程。
[0038]首先，如圖5所示，在N+硅基底100上，通過(guò)外延工藝淀積形成厚度為40μπι的N-基底外延層110，二者共同形成N硅襯底10。上述N-基底外延層110中的雜質(zhì)離子濃度要小于上述硅基底100中的雜質(zhì)離子濃度，這是因?yàn)闈舛鹊偷腘-基底外延層110具有較高的擊穿電壓，使得整個(gè)襯底10具有較聞的擊穿電壓。
[0039]然后，在圖5所示的硅襯底10上，通過(guò)外延工藝淀積如圖6所示的15 μ m厚的P+外延層20，其電阻率小于5m Ω/cm，P+外延層20的外延工藝可以在單枚硅襯底外延設(shè)備上實(shí)施，同所有的外延工藝一樣，P+外延層20的外延厚度和摻雜濃度很容易控制。
[0040]最后，以圖6所示的較厚的P+外延層20充當(dāng)一個(gè)恒定的擴(kuò)散源，在隨后的小于10小時(shí)的高達(dá)1200°C的擴(kuò)散爐推進(jìn)，在N-基底外延層110形成如圖7所示的一個(gè)額外1ym厚的P型結(jié)區(qū)域101，這樣與15 μ m厚的重?fù)诫sP+外延層共同形成一個(gè)總結(jié)深厚度為25 μ m的深PN結(jié)，它足以消除800°C以上的高溫鍵合對(duì)二極管帶來(lái)的不良影響，能夠很好地應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域中。
[0041]從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果:
[0042]I)上述方法，首先在硅襯底上外延生長(zhǎng)形成外延層，然后將外延層中的雜質(zhì)離子向硅襯底中進(jìn)行推進(jìn)形成推進(jìn)層，由于推進(jìn)過(guò)程外延層與硅襯底的接觸均勻、緊密，因此，在同一個(gè)推進(jìn)過(guò)程中容易控制雜質(zhì)離子向硅襯底中的擴(kuò)散，且通過(guò)對(duì)推進(jìn)條件的控制即可控制雜質(zhì)離子在整個(gè)深PN結(jié)中的濃度分布，保證了同一批次的硅圓片內(nèi)同一深度處雜質(zhì)離子濃度的一致性；另外，形成外延層中的外延工藝與推進(jìn)層的形成工藝都是本領(lǐng)域中的常規(guī)工藝，所以此方法只要在一致的外延工藝條件和推進(jìn)工藝條件下進(jìn)行，即可保證不同批次的硅圓片的摻雜濃度和結(jié)深的一致性；此外，該技術(shù)方案避免了現(xiàn)有技術(shù)中將P型或N型固態(tài)源基片與硅圓片需要分離造成的摻雜物殘留的問(wèn)題。
[0043]2)本申請(qǐng)中的半導(dǎo)體器件中的深PN結(jié)可以減弱或者完全消除由于高鍵合溫度形成的金屬楔子對(duì)半導(dǎo)體器件性能的不良影響，并且具有深PN結(jié)的上半導(dǎo)體器件在航空航天應(yīng)用中能夠禁得起高水平的宇宙輻射。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種深剛結(jié)的形成方法，其特征在于，所述形成方法包括: 步驟31，在硅襯底上外延生長(zhǎng)形成外延層，所述硅襯底中的雜質(zhì)離子與所述外延層中的雜質(zhì)離子為反型離子；以及 步驟32，將所述外延中的雜質(zhì)離子向所述硅襯底中進(jìn)行推進(jìn)，形成推進(jìn)層，所述推進(jìn)層與所述外延層形成所述深結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述步驟32在10001?15001下進(jìn)行推進(jìn)511?1011。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述硅襯底包括硅基底以及基底外延層，所述外延層設(shè)置在所述基底外延層上，所述硅基底與所述基底外延層中的雜質(zhì)離子類型相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的形成方法，其特征在于，所述硅基底中的雜質(zhì)離子濃度大于所述基底外延層中的雜質(zhì)離子濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的形成方法，所述硅襯底中的雜質(zhì)離子為~型離子，所述外延層中的雜質(zhì)離子為？型離子。
6.一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括深結(jié)，其特征在于，所述深結(jié)為權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的深結(jié)。
【文檔編號(hào)】H01L21/22GK104392907SQ201410602348
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】義夫 申請(qǐng)人:麗晶美能（北京）電子技術(shù)有限公司