[发明专利]深沟槽超级PN结结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，跟具体地说，涉及一种深沟槽超级PN结构及其形成方法。

背景技术

功率MOSFET是最好的功率开关器件，以其输入阻抗高，低损耗、开关速度快、无二次击穿、安全工作区宽、动态性能好，易与前极耦合实现大电流化、转换效率高等特性用于处理电能，包含频率变换、功率变换和控制、DC/DC转换等。虽然功率MOS器件在功率处理能力上已经得到了惊人的提高，但在高压领域中由于导通电阻Ron的原因，使得MOS器件的导通损耗随耐压的提高而急速上升。为了提高耐压、降低导通损耗，一系列的新结构、新技术应运而生。而其中用来提高功率MOS性能的超级PN结(Super Junction)技术在高压领域的作用非常显著，吸引了大批器件供应商投入资金研发，目前已经成功开发出平面Cool MOS并且已经投入商业应用。但是传统Super Junction制备中要经过多次光刻，离子注入，推进以及外延生长，并且传统Super Junction有接合面不均匀的缺点。

图1为传统Super Junction的结构示意图。以700V功率MOS为例，N+或P+衬底硅片101背面作为功率MOS的漏极，第一外延层102、第二外延层103、第三外延层104、第四外延层105、第五外延层106、第六次外延层107依次沉积形成。每一次外延生长后通过光刻、离子注入、推进形成的P+或N+结109互相连接形成超级PN结(Super Junction)，用于功率MOS器件的有源区108。使用传统Super Junction的工艺形成的结构如图1所示，有数个依次沉积形成的外延层堆叠形成较厚的外延层，每一个外延层中有一个P+或者N+的结，上述这些结互相连接形成超级PN结(Super Junction)。但是不可避免的，由于每一个结109是单独形成，在结与结的交界面处存在弯曲起伏，不利于电荷平衡。

发明内容

为了克服传统Super Junction工艺中流程复杂以及结构上的缺点，本专利提出了一种新的深沟槽型超级PN结(Super Junction)结构及其形成方法。

根据本发明的实施例，提出一种深沟槽超级PN结结构，包括：

沉积在衬底上的单一厚外延层；

形成在单一厚外延层中的深沟槽，深沟槽的特征尺寸为0.4微米-6微米，深度为10微米-80微米，角度为80度-90度；

形成在深沟槽中的沿深沟槽方向的超级PN结，超级PN结为重掺杂的多晶硅；

填充在深沟槽中的氧化层。

在一个实施例中，超级PN结的结深为0.2微米-8微米。

在一个实施例中，衬底为N+或P+衬底；重掺杂的多晶硅为重掺杂的P型或N型多晶硅，沉积的厚度为微米，且在1000℃-1200℃的温度下进行推进。

根据本发明的实施例，还提出一种深沟槽超级PN结的形成方法，包括：

在衬底上沉积单一厚外延层；

在单一厚外延层中形成的深沟槽，深沟槽的特征尺寸为0.4微米-6微米，深度为10微米-80微米，角度为80度-90度；

在深沟槽中沿深沟槽方向推进重掺杂的多晶硅形成超级PN结；

在深沟槽中填充氧化层。

在一个实施例中，超级PN结的结深为0.2微米-8微米。

在一个实施例中，在衬底上沉积单一厚外延层包括在N+或P+衬底上沉积单一厚外延层；

在一个实施例中，在单一厚外延层中形成的深沟槽包括生长热氧化层；沉积氮化硅；沉积等离子体增强氧化层；光刻、刻蚀以上三层至衬底；去胶，并以以上三层作为硬掩模刻蚀深沟槽，并湿法腐蚀掉氮化硅表面剩余的等离子体增强氧化层。

在一个实施例中，在深沟槽中沿深沟槽方向推进重掺杂的多晶硅形成超级PN结包括在深沟槽中沉积的重掺杂的P型或N型多晶硅；在1150℃下推进200分钟，形成沿着深沟槽方向结深；将的重掺杂的P型或N型多晶硅完全氧化。

在一个实施例中，在深沟槽中填充氧化层包括：在深沟槽中填充氧化层并致密化；通过化学机械研磨，以氮化硅为化学机械研磨的终止层，研磨掉氮化硅上面的氧化层；通过热磷酸将氮化硅全剥；用氢氟酸将硅表面的热氧化层去掉。

根据本发明的实施例，该结构不但可以有效地提高功率MOS管的击穿电压，大幅降低功率MOS管的导通电阻，并且工艺简单，工艺可控性好。该结构避免了传统Super Junction工艺中的多次光刻，离子注入，推进以及外延生长，有效降低了制造成本，并且克服了传统Super Junction接合面不均匀的缺点。

附图说明