一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法与流程

本发明涉及功率器件领域，特别是涉及一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法。

背景技术：

沟槽型垂直双扩散场效应晶体管（vdmos）的漏源两极分别在期间的两侧，使电流在器件内部垂直流通，增加了电流密度，改善了额定电流，单位面积的导通电阻也较小，是一种用途非常广泛的功率器件。

传统功率mosfet通常采用vdmos结构，为了承受高耐压，需降低漂移区掺杂浓度或者增加漂移区厚度，这带来的直接后果是导通电阻急剧增大。一般传统功率mosfet的导通电阻与击穿电压呈2.5次方关系，这个关系被称为“硅极限”。“超结”vdmos基于电荷补偿原理，使器件的导通电阻与击穿电压呈1.32次方关系，很好地解决了导通电阻和击穿电压之间的矛盾。和传统功率vdmos结构相比，超结mosfet采用交替的p-n结构替代传统功率器件中低掺杂漂移层作为电压维持层。超结mosfet的本职是利用在漂移区中插入的p区（对n沟器件而言）所产生的电场对n区进行电荷补偿，达到提高击穿电压并降低导通电阻的目的。

超结mosfet是利用符合缓冲层里面交替的n柱和p柱进行电荷补偿，使p区和n区相互耗尽，形成理想的平顶电厂分布和均匀的电势分布，从而达到提高击穿电压并降低导通电阻的不低。要达到理想的效果，其前提条件就是电荷平衡。因此超结技术从诞生开始，它的制造工艺就是围绕如何制造电荷平衡的n柱和p柱进行的。目前使用的制造技术主要有：多次外延和注入技术，深槽刻蚀和填槽技术。

使用深槽刻蚀和填槽技术形成超结结构的过程中，由于实际刻蚀出的槽的侧壁往往不是完全垂直的，而是存在一定的倾斜度。在超结器件中，这种倾斜会导致电荷的失衡，从而导致击穿电压下降。例如：当斜度为0是，电荷平衡，最高电场在p柱n柱的pn结，所以击穿点应该发生在p柱n柱的pn结；当侧壁倾斜为负角度时，n柱中有多余的电荷，p柱完全耗尽后这部分多余电荷只能专项去耗尽体区的p型离子，从而会增强靠近体区出的pn结的电场；当侧壁倾斜为正角度时，p柱中有多余的电荷，这部分电荷会与n+衬底耗尽，会增强p柱底部的电场，而此处本来就存在电场峰值，从而使击穿电压下降。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法，包括如下步骤：

s1、选取包括有n型外延区域和衬底的基材，在n型外延区域表面进行干法刻蚀形成沟槽；

s2、进行热氧化工艺，在沟槽及n型外延表面制备氧化硅层；

s3、在沟槽内填充多晶硅至溢出沟槽状态；

s4、进行干法刻蚀，去除n型外延表面多晶硅；

s5、进行光刻工艺形成刻蚀窗口；

s6、进行湿法刻蚀，形成倾斜的沟槽侧壁；

s7、去除光刻胶，并再次在沟槽内填充多晶硅至溢出沟槽状态；

s8、再次进行干法刻蚀，去除n型外延表面多晶硅；

s9、进行热氧化工艺形成氧化硅层，并制备多晶硅；

s10、采用光刻胶作为掩膜，并干法刻蚀去除氧化硅和多晶硅；

s11、采用光刻胶作为掩膜，进行p型离子注入和n型离子注入，形成源区和体区；

s12、制备介质层，在介质层上刻蚀介质孔，并制备金属。

本发明的工作原理为：本发明提供了一种倾斜氧化硅层超结结构，刻蚀形成深槽结构，沿着深槽底部和侧壁形成一定厚度的氧化硅层，氧化硅层侧壁厚度随沟槽深度变化，沟槽内填充多晶硅，多晶硅和源极短接。器件关断时氧化硅层的侧墙结构附近产生p型区域，存在横向电场的横向耗尽和插入，类似pn柱sj器件的结构，提高了器件的击穿电压，降低了器件的导通电阻。这种结构省去了超结器件中pn柱严格的掺杂浓度匹配要求，不需要进行多次外延或注入在工艺上更具有操作性，降低了器件的制造成本。

进一步的，所述s1步骤中沟槽底部与衬底相互接触。

进一步的，所述s5步骤中刻蚀窗口与沟槽口位置对应。

进一步的，所述s6步骤中湿法刻蚀采用刻蚀液，且刻蚀液刻蚀多晶硅的速率大于刻蚀液刻蚀氧化硅层的速率。

进一步的，所述刻蚀液刻蚀多晶硅的速率大于10倍的刻蚀液刻蚀氧化硅层的速率。

本发明的有益效果为：这种结构省去了超结器件中pn柱严格的掺杂浓度匹配要求，不需要进行多次外延或注入在工艺上更具有操作性，降低了器件的制造成本。

附图说明

附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1为本发明一实施例提供的一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法的s1步骤示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法的s2步骤示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法的s3步骤示意图；

图4为本发明一实施例提供的一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法的s4步骤示意图；

图5为本发明一实施例提供的一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法的s5步骤示意图；

图6为本发明一实施例提供的一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法的s6步骤示意图；

图7为本发明一实施例提供的一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法的s7步骤示意图；

图8为本发明一实施例提供的一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法的s8和s9步骤示意图；

图9为本发明一实施例提供的一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法的s10步骤示意图；

图10为本发明一实施例提供的一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法的s11步骤示意图；

图11为本发明一实施例提供的一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法的s12步骤示意图。

具体实施方式

如图1-图11中所示，本发明一实施例提供的一种新型氧化硅层辅助耗尽超结结构的制造方法，包括如下步骤：

s1、选取包括有n型外延1区域和衬底2的基材，在n型外延1区域表面进行干法刻蚀形成沟槽，如图1所示；

s2、进行热氧化工艺，在沟槽及n型外延1表面制备氧化硅层3，如图2所示；

s3、在沟槽内填充多晶硅4至溢出沟槽状态，如图3所示；

s4、进行干法刻蚀，去除n型外延1表面多晶硅4，如图4所示；

s5、进行光刻工艺形成刻蚀窗口，如图5所示；

s6、进行湿法刻蚀，形成倾斜的沟槽侧壁，如图6所示；

s7、去除光刻胶5，并再次在沟槽内填充多晶硅4至溢出沟槽状态，如图7所示；

s8、再次进行干法刻蚀，去除n型外延1表面多晶硅4，如图8所示；

s9、进行热氧化工艺形成氧化硅层3，并制备多晶硅4，如图8所示；

s10、采用光刻胶5作为掩膜，并干法刻蚀去除氧化硅层3和多晶硅4，如图9所示；

s11、采用光刻胶5作为掩膜，进行p型离子注入和n型离子注入，形成源区7和体区6，如图10所示；

s12、制备介质层8，在介质层8上刻蚀介质孔，并制备金属9，如图11所示。

本发明的工作原理为：本发明提供了一种倾斜氧化硅层3超结结构，刻蚀形成深槽结构，沿着深槽底部和侧壁形成一定厚度的氧化硅层3，氧化硅层3侧壁厚度随沟槽深度变化，沟槽内填充多晶硅4，多晶硅4和源极短接。器件关断时氧化硅层3的侧墙结构附近产生p型区域，存在横向电场的横向耗尽和插入，类似pn柱sj器件的结构，提高了器件的击穿电压，降低了器件的导通电阻。这种结构省去了超结器件中pn柱严格的掺杂浓度匹配要求，不需要进行多次外延或注入在工艺上更具有操作性，降低了器件的制造成本。

进一步的，所述s1步骤中沟槽底部与衬底2相互接触。

进一步的，所述s5步骤中刻蚀窗口与沟槽口位置对应。

进一步的，所述s6步骤中湿法刻蚀采用刻蚀液，且刻蚀液刻蚀多晶硅4的速率大于刻蚀液刻蚀氧化硅层3的速率。

进一步的，所述刻蚀液刻蚀多晶硅4的速率大于10倍的刻蚀液刻蚀氧化硅层3的速率。

本发明的有益效果为：这种结构省去了超结器件中pn柱严格的掺杂浓度匹配要求，不需要进行多次外延或注入在工艺上更具有操作性，降低了器件的制造成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。