一种超级结MOSFET结构及其制造方法与流程

本发明涉及mosfet器件技术领域，尤其涉及一种超级结mosfet结构及其制造方法。

背景技术

超级结mosfet是在传统vdmos基础上，通过在漂移区插入纵向的p柱，p柱跟n型漂移区进行横向耗尽，从而可以在不降低击穿电压的情况下，大幅提高漂移区的掺杂浓度。超级结器件p柱的实现方法，目前有两大类，请参阅图1a～图1c，这种方法是通过在衬底10上形成外延层11，在外延层11上形成深槽12，然后通过p型硅外延形成p柱13，但是这种方法要实现深的p柱工艺难度较大，同时需要保证在p型硅填入的过程中没有缺陷，对工艺要求较高。请参阅图2a～图2c，另一种方法是在衬底20上外延一层外延层21，然后利用掩膜版在指定位置进行p型离子22注入，通过重复外延和离子注入等工艺，再经过长时间的高温退火，将分段的p柱23连接起来，这种方法虽然工艺较简单，但是步骤繁琐。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种超级结mosfet结构及其制造方法。

本发明的技术方案如下：本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种超级结mosfet，包括：a型衬底、形成于所述a型衬底上的a型外延层以及形成于所述a型外延层中的b柱，所述a型外延层包括第一a型外延层以及至少一层第二a型外延层，所述b柱包括深槽蚀刻段以及至少一段外延层段，所述第二a型外延层的层数与所述外延层段的段数相对应，所述b柱的深槽蚀刻段采用深槽蚀刻工艺和b型外延工艺形成，所述b柱外延层段采用b型离子注入工艺形成，所述深槽蚀刻段与外延层段采用高温退火工艺连接起来。

进一步地，所述a型衬底为n型衬底，所述a型外延层为n型外延层，所述b柱为p柱；或者，所述a型衬底为p型衬底，所述a型外延层为p型外延层，所述b柱为n柱。

本发明还提供一种超级结mosfet的制造方法，包括以下步骤：

步骤1、形成一a型衬底，在所述a型衬底上形成第一a型外延层，对应所述第一a型外延层进行深槽蚀刻工艺和b型外延工艺在所述第一a型外延层中形成第一b层；

步骤2、形成一第二a型外延层，在所述第二a型外延层上进行b型离子注入，以在所述第二a型外延层中形成第二b层，根据需要重复本步骤n次，n为大于或等于0的整数，所形成的第二a型外延层依形成顺序为第二a型外延层a，第二型外延层b，……，所形成的第二b层依形成顺序依次为第二b层a，第二b层b，……；

步骤3、采用高温退火工艺，将所述第一b层与所述第二b层连接起来，形成b柱。

进一步地，所述n的数值为0时，所述b型离子注入的能量大于等于1mev。。

进一步地，所述n的数值为大于或等于1时，所述第二a型外延层a的厚度小于所述第二a型外延层b厚度；或者，所述n的数值为大于或等于1时，所述第二a型外延层a的掺杂浓度小于所述第二a型外延层b的掺杂浓度；或者，所述第二a型外延层a的厚度小于所述第二a型外延层b厚度，所述第二a型外延层a的掺杂浓度小于所述第二a型外延层b的掺杂浓度。

进一步地，所述n的数值为大于或等于1时，所述第二b层a注入的b型离子的最高能量高于其它后形成的任意一层第二b层注入的b型离子的最高能量；或者，所述n的数值为大于或者等于1时，所述第二b层a注入的b型离子的总剂量高于其它后形成的任意一层第二b层注入的b型离子的总剂量。进一步地，所述第一b层中注入有所述b型离子。

进一步地，所述步骤1中，完成深槽蚀刻工艺，以及b型外延工艺后，采用化学机械抛光工艺来使得表面平整化；所述步骤2中，采用光刻工艺来完成b型离子注入。

进一步地，所述a型衬底为n型衬底，所述a型外延层为n型外延层，所述b柱为p柱；或者，所述a型衬底为p型衬底，所述a型外延层为p型外延层，所述b柱为n柱。

进一步地，所述超级结moseft为硅器件或者碳化硅器件。

采用上述方案，本发明能降低加工难度和减少加工的步骤，有利于提升加工效率和良品率。

附图说明

图1a～图1c为现有技术一示意图。

图2a～图2c为现有技术二示意图。

图3为本发明超级结mosfet结构实施例一示意图。

图4为本发明超级mosfet结构制造方法流程图。

图5a～图5h为本发明超级结mosfet结构实施例一制造方法。

图6为本发明离子扩散示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

本发明提供一种超级结mosfet结构，包括：a型衬底、形成于所述a型衬底上的a型外延层以及形成于所述a型外延层中的b柱，所述a型外延层包括第一a型外延层以及至少一层第二a型外延层，所述b柱包括深槽蚀刻段以及至少一段外延层段，所述第二a型外延层的层数与所述外延层段的段数相对应，所述b柱的深槽蚀刻段采用深槽蚀刻和b型外延工艺形成，所述b柱外延层段采用b型离子注入工艺形成，所述深槽蚀刻段与外延层段采用高温退火工艺连接起来。在形成较深的b柱时，与现有技术的深槽蚀刻跟b型外延工艺相比，可以降低深槽蚀刻的深度，减小了工艺实现的难度；与现有的多次外延和离子注入工艺相比，降低了外延的次数，减少了工艺步骤。。在本实施例中，所述a型衬底为n型衬底，所述a型外延层为n型外延层，所述b柱为p柱。

请结合参阅图3至图5h，本发明还提供一种超级结mosfet结构的制造方法，包括以下步骤：

步骤1、形成一n型衬底100，在所述n型衬底上形成第一n型外延层110，对应所述第一n型外延层110进行深槽蚀刻工艺和p型外延工艺在所述第一n型外延层110中形成第一p层。

在该步骤中，完成深槽蚀刻工艺，以及p型外延工艺后，采用化学机械抛光工艺来使得表面平整化。

步骤2、形成一第二n型外延层，在所述第二n型外延层上进行p型离子注入，以在所述第二n型外延层中形成第二p层，根据需要重复本步骤n次，n为大于或等于0的整数，所形成的第二n型外延层依形成顺序为第二n型外延层a120，第二型外延层b130，……，所形成的第二p层依形成顺序依次为第二p层a，第二p层b，……。

在本实施例中，所述步骤2中，采用光刻工艺来完成p型离子注入，而形成第二n型外延层的层数根据实际需要选用。

步骤3、采用高温退火工艺，将所述第一p层与所述第二p层连接起来，形成p柱。

请参阅图6，当采用上述方法形成p柱时，由于b点处的p型硅为深槽蚀刻工艺和p型硅外延工艺形成，掺杂浓度低，向上扩散能力弱，无法与a点连成完成的p柱。

对于图6出现的问题，当n的数值为0时，可以采用使所述b型离子注入的能量大于等于1mev，采用能量非常高的p型离子注入，可以减少其与深槽蚀刻工艺形成的深槽顶部p型掺杂的距离。因为深槽顶部的p型掺杂的扩散比较弱，其在体内最高浓度的位置离深槽的顶部距离比离硅片表面的距离更近，从而使得p柱可以很好的连接。

请继续参阅图3至图5h，当n的数字大于或者等于1时，可以采用以下方法中的一种或者多种解决：

1、所述第二n型外延层a120的厚度小于所述第二n型外延层b130的厚度，如所述第二n型外延层a120的掺杂浓度为4.36e15/cm³，对应的电阻率是1.1ω*cm，厚度为4μm，所述第二n型外延层b130的掺杂浓度为4.36e15/cm³，对应的电阻率是1.1ω*cm，厚度为5μm。

2、所述第二n型外延层a120的掺杂浓度小于所述第二n型外延层b130的掺杂浓度，如所述第二n型外延层a120的掺杂浓度为2.31e15/cm³，对应的电阻率是2.0ω*cm，厚度为5μm，所述第二n型外延层b130的掺杂浓度为4.36e15/cm³，对应的电阻率是1.1ω*cm，厚度为5μm。

3、所述第二n型外延层a120注入的p型离子121的最高能量高于第二n型外延层b130注入的p型离子131的最高能量，如所述第二n型外延层a120和第二n型外延层b130注入p型离子的次数均为两次，材料均为boron(硼)，其中所述第二n型外延层a120的注入p型离子121的第一次的条件为2mev6.0e12/cm²，第二次的条件为100kev3.8e12/cm²，所述第二n型外延层b130注入p型离子131的第一次的条件为1mev6.0e12/cm²，第二次的条件为100kev3.8e12/cm²。

4、所述第二n型外延层a120注入p型离子121的总剂量大于所述第二n型外延层b130注入的p型离子131的总剂量，如所述二外延层120和第二n型外延层b130注入p型离子的次数均为两次，材料均为boron(硼)，其中所述第二n型外延层a120注入p型离子121的第一次的条件为1mev8.0e12/cm²，第二次的条件为100kev3.8e12/cm²，所述第二n型外延层b130注入p型离子131的第一次的条件为1mev6.0e12/cm²，第二次的条件为100kev3.8e12/cm²。

5、所述深槽内的p型硅111内注入有p型离子，如注入条件可以为boron100kev2.0e12/cm²。上述方案可以使得p柱完全连接起来，防止p柱出现连接不充分的情况。

在上述实施例中，所述超级结mosfet为硅器件，在其他实施例中可以为碳化硅等其他半导体材料器件。同理，在上述实施例中是以n型超级结为例，外延层为n型，形成的是p柱，如果是p型超级结，则外延层为p型，形成的是n柱。

综上所述，采用上述方案，本发明能降低加工难度和减少加工的步骤，有利于提升加工效率和良品率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。