通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方法
【专利摘要】通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方法属于超级结半导体器件制造【技术领域】。现有技术尚不能获得超级结效果。本发明首先在硅片上刻蚀若干规则分布的锥孔，锥孔底部呈平底状，然后向锥孔中垂直注入杂质，再填充锥孔，最后高温推结，形成P柱和N柱交替排布的超级结；并且：注入前在锥孔底部上制作覆盖层，注入后去掉覆盖层；或者注入后随即自锥孔底部向下刻蚀，去除注入时在锥孔底部下面形成的高浓度掺杂层；或者注入前在锥孔侧壁及底部上淀积掩蔽层，直到使锥孔底部呈尖角状，注入后去掉掩蔽层；或者注入前在锥孔侧壁及底部上外延或者淀积注入层，直到使锥孔底部呈尖角状，注入时.杂质注入到所述注入层中。
【专利说明】通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方法，与 现有直槽侧壁倾斜注入法相比具有器件制作容易、工艺简单、制造成本降低的特点，与现有 V槽侧壁垂直注入法相比，在顺利获得超级结的同时提高器件的电流动态分布均匀性，属于 超级结半导体器件制造【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在功率半导体器件【技术领域】超级结已经被广泛采用。所述超级结其技术效果主要 表现在通过改变器件耐压与器件电流通路的电阻率关系，实现高电压、低压降。超级结基本 特征是在器件的漂移区内N型柱和P型柱的交替排列。与本发明有关的现有制作超级结的 方法是V槽侧壁垂直注入法。如图1所示，所谓V槽1是指侧壁呈V形形态的沟槽，该方法 以垂直（零度角）的方式注入，相对于现有直槽侧壁倾斜注入法而言，由于V槽1的两个侧 壁2倾斜相交，无注入死角，外延、沉积、填充容易，不易出现填充空洞和缝隙；并且，零度角 一次注入即可完成掺杂，工艺简单。申请号为CN201010517994的一件中国专利申请所公 开方案就属于一种V槽侧壁垂直注入法。不过，该方案有其不足，一是由于在娃片上刻蚀V 槽1难以获得理想的尖角底部，实际上所述V槽底部为无尖角平底3,当在这样的V槽1侧 壁2表面和无尖角平底3表面生长一层薄氧化层4后，在以高能注入的方式掺杂过程中，如 图1所示，由于在所述无尖角平底3注入方向与注入面垂直，掺杂的杂质浓度明显高于所述 侧壁2掺杂的杂质浓度，导致电荷不平衡，这样的话实际上无法获得超级结效果；二是由多 道平行V槽1构成的超级结其通路属于线通路，电流分散性不好，器件电流动态分布均匀性 差。
【发明内容】
[0003] 为了使制作的具有超级结的半导体器件获得超级结效果，并且，该器件具有较好 的电流动态分布均匀性，我们发明了一种通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超 级结的方法。
[0004] 本发明之通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方法首先在硅 片上刻蚀若干规则分布的锥孔5,如图2?图5所示，锥孔5底部呈平底状，然后向锥孔5中 垂直注入杂质，再填充锥孔5,最后高温推结，如图6所示，形成P柱和N柱交替排布的超级 结；并且：
[0005] A.注入前在锥孔5底部上制作覆盖层6,如图7所示，注入后去掉覆盖层6 ;或者，
[0006] B.注入后随即自锥孔5底部向下刻蚀，去除注入时在锥孔5底部下面形成的高浓 度掺杂层7,如图8、9所示；或者，
[0007] C.注入前在锥孔5侧壁及底部上淀积掩蔽层8,直到使锥孔5底部呈尖角状，如图 10所示，注入后去掉掩蔽层8 ;或者，
[0008] D.注入前在锥孔5侧壁及底部上外延或者淀积注入层9,直到使锥孔5底部呈尖 角状，注入时杂质注入到所述注入层9中，如图11所示。
[0009] 本发明其技术效果在于，相比于现有技术，本发明以若干规则分布的锥孔5取代 若干平行分布的V槽1，形成面通路，也是一种网络通路，相比于线通路结构，面通路结构均 匀性高，这种结构的均匀性带来电荷的平衡，电流分散性好，器件电流动态分布均匀性得到 提高。另外，本发明所采取的制作覆盖层6的措施能够防止锥孔5底部杂质浓度明显高于 锥孔5侧壁杂质浓度现象的发生；本发明所采取的注入后随即自锥孔5底部向下刻蚀从而 去除注入时在锥孔5底部下面形成的高浓度掺杂层7的措施消除了锥孔5底部杂质浓度明 显高于锥孔5侧壁杂质浓度的现象；本发明所采取的淀积掩蔽层8以及淀积注入层9的措 施从根本上防止锥孔5底部杂质浓度明显高于锥孔5侧壁杂质浓度现象的发生。所述四项 措施均能够保证超级结效果的获得。
[0010] 本发明中的锥孔与现有技术中的V槽从广义上讲均属于锥槽，本发明与现有技术 均以垂直注入方式掺杂，因此，本发明也属于一种锥槽离子注入制作半导体器件超级结的 方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是现有制作超级结的V槽侧壁垂直注入法示意图。图2是本发明之方法中的 四棱锥状锥孔田字格分布俯视示意图。图3是本发明之方法中的四棱锥状锥孔品字形分布 俯视示意图。图4是本发明之方法中的六棱锥状锥孔蜂巢状分布俯视示意图。图5是本发 明之方法锥孔侧壁垂直注入示意图，该图同时作为摘要附图。图6是本发明之方法注入后 填充并高温推结结果示意图。图7是本发明之方法注入前在锥孔底部上制作覆盖层示意 图。图8是本发明之方法注入时在锥孔底部下面形成高浓度掺杂层示意图。图9是本发明 之方法注入后随即自锥孔底部向下刻蚀去除高浓度掺杂层示意图。图10是本发明之方法 注入前在锥孔侧壁及底部上淀积掩蔽层然后再注入示意图。图11是本发明之方法注入前 在锥孔侧壁及底部上外延或者淀积注入层然后向注入层注入杂质示意图。
【具体实施方式】
[0012] 本发明之通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方法其具体实 施方式如下。
[0013] 以向N型硅锥孔进行P型掺杂注入为例。
[0014] 在硅片上制作超级结之前，先在硅片上制作掩膜10,按锥孔5在硅片上的分布方 案光刻掩膜10获得各个锥孔5的刻蚀窗口，如图2?图5所示。
[0015] 首先在硅片上刻蚀若干规则分布的锥孔5,如图2?图5所示。锥孔5的形状包括 两种，一种是四棱锥状，这种形状的锥孔5的分布方案为田字格分布或者品字形分布，如图 2或者图3所示；另一种是六棱锥状，这种形状的锥孔5的分布方案为蜂巢状，如图4所示。 锥孔5底部呈平底状。锥孔5侧壁倾角α为：70° < α <85°。
[0016] 在向锥孔5中垂直注入杂质前，在锥孔5侧壁及底部上生长一层薄氧化层4,这一 措施能够使得注入掺杂的杂质浓度易于控制，或者直接向锥孔5中垂直注入杂质。
[0017] 然后向锥孔5中垂直注入杂质。以低能方式注入，注入能量低于80KeV、高于 60KeV，当锥孔5侧壁倾角α增大，则提高注入能量，反之则降低。
[0018] 再填充锥孔5。填充物为绝缘物，或者为不掺杂多晶硅、非晶硅、外延硅之一。
[0019] 最后在去除在填充锥孔5过程中散布在硅片上的填充物之后高温推结，形成Ρ柱 和Ν柱交替排布的超级结。
[0020] 在所述半导体器件超级结的制作过程中，还包括以下四种方案之一：
[0021] Α.注入前在锥孔5底部上制作覆盖层6,如图7所示，所述覆盖层6为硅氧化层或 者光刻胶层，注入后去掉覆盖层6 ;
[0022] Β.注入后随即自锥孔5底部向下刻蚀，刻蚀深度小于等于注入深度，去除注入时 在锥孔5底部下面形成的高浓度掺杂层7,如图8、图9所示；
[0023] C.注入前在锥孔5侧壁及底部上淀积掩蔽层8,所述掩蔽层8为硅氧化层或者光 刻胶层，直到使锥孔5底部呈尖角状，如图10所示，注入后去掉掩蔽层8 ;
[0024] D.注入前在锥孔5侧壁及底部上外延或者淀积注入层9,所述注入层9为外延硅 层或者为淀积的不掺杂多晶硅层、非晶硅层之一，直到使锥孔5底部呈尖角状，如图11所 示，注入时杂质注入到所述注入层9中。
【权利要求】
1. 一种通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方法，其特征在于，首 先在硅片上刻蚀若干规则分布的锥孔（5)，锥孔（5)底部呈平底状，然后向锥孔（5)中垂直 注入杂质，再填充锥孔（5)，最后高温推结，形成P柱和N柱交替排布的超级结；并且： A. 注入前在锥孔（5)底部上制作覆盖层（6)，注入后去掉覆盖层（6);或者， B. 注入后随即自锥孔（5)底部向下刻蚀，去除注入时在锥孔（5)底部下面形成的高浓 度掺杂层（7);或者， C. 注入前在锥孔（5)侧壁及底部上淀积掩蔽层（8)，直到使锥孔（5)底部呈尖角状，注 入后去掉掩蔽层（8);或者， D. 注入前在锥孔（5)侧壁及底部上外延或者淀积注入层（9)，直到使锥孔（5)底部呈 尖角状，注入时杂质注入到所述注入层（9)中。
2. 根据权利要求1所述的通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方 法，其特征在于，在硅片上制作超级结之前，先在硅片上制作掩膜（10)，按锥孔（5)在硅片 上的分布方案光刻掩膜（10)获得各个锥孔（5)的刻蚀窗口。
3. 根据权利要求1所述的通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方 法，其特征在于，锥孔（5)的形状包括两种，一种是四棱锥状，这种形状的锥孔（5)的分布方 案为田字格分布或者品字形分布；另一种是六棱锥状，这种形状的锥孔（5)的分布方案为 蜂巢状。
4. 根据权利要求1所述的通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方 法，其特征在于，锥孔（5)侧壁倾角α为：70° < α <85°。
5. 根据权利要求1所述的通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方 法，其特征在于，在向锥孔（5)中垂直注入杂质前，在锥孔（5)侧壁及底部上生长一层薄氧 化层（4)，或者直接向锥孔（5)中垂直注入杂质。
6. 根据权利要求1所述的通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方 法，其特征在于，以低能方式注入，注入能量低于80KeV、高于60KeV，当锥孔（5)侧壁倾角α 增大，则提高注入能量，反之则降低。
7. 根据权利要求1所述的通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方 法，其特征在于，填充锥孔（5)的填充物为绝缘物，或者为不掺杂多晶硅、非晶硅、外延硅之 〇
8. 根据权利要求1所述的通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方 法，其特征在于，所述覆盖层（6)为硅氧化层或者光刻胶层。
9. 根据权利要求1所述的通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的方 法，其特征在于，所述掩蔽层（8)为硅氧化层或者光刻胶层。
10. 根据权利要求1所述的通过开锥孔进行锥槽离子注入制作半导体器件超级结的 方法，其特征在于，所述注入层（9)为外延硅层或者为淀积的不掺杂多晶硅层、非晶硅层之 〇
【文档编号】H01L21/265GK104217963SQ201410441096
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】左义忠, 杨寿国, 孙雪峰, 张海宇 申请人:吉林华微电子股份有限公司