[发明专利]超级结器件的工艺方法

说明书

本发明公开了一种超级结器件的工艺方法，针对刻蚀沟槽填充外延形成超级结的工艺，深沟槽的形成采用不少于两次的刻蚀工艺来形成，先进行第一次沟槽刻蚀，刻蚀深度依深沟槽刻蚀总次数及沟槽的相貌要求确定；刻蚀完成后在沟槽侧壁沉积硬掩模层，然后对沟槽底部进行下一次的刻蚀，刻蚀到本次要求的深度后，继续在沟槽侧壁沉积硬掩模层，继续对沟槽底部进行刻蚀，再在沟槽侧壁沉积硬掩模层……，以此类推，直到达到深沟槽的设计深度；形成的深沟槽的宽度呈现上大下小的形貌；然后去除硬掩模层，再填充第一导电类型的外延层。本发明通过作业纵向不同CD宽度的沟槽搭配经优化的上下层不同RS的外延来降低器件的R_DSON，从而达到改善器件R_SP与EMI性能的目的。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别是指一种超级结器件的工艺方法。

背景技术

超级结(Super Junction)功率器件是一种发展迅速、应用广泛的新型功率半导体器件。它是在双扩散金属氧化物半导体(DMOS)的基础上，通过引入超级结结构，除了具备DMOS输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、热稳定好、驱动电路简单、易于集成等特点外，还克服了DMOS的导通电阻随着击穿电压成2.5次方关系增加的缺点。目前超级结DMOS已广泛应用于面向个人电脑、笔记本电脑、上网本、手机、照明(高压气体放电灯)产品以及电视机(液晶或等离子电视机)和游戏机等消费电子产品的电源或适配器。

超级结产品是一种利用PN电荷平衡的体内Resurf技术来提升器件反向击穿BV的同时又保持较小的导通电阻的MOSFET结构。超级结器件通过利用N/P交替配列的结构来代替传统VDMOS中的N漂移区，它结合业内熟知的VDMOS工艺，就可以制作得到超级结结构的MOSFET，它能在反向击穿电压与传统的VDMOS—致的情况下，通过使用低电阻率的外延层，使器件的导通电阻大幅降低。该薄层中P型杂质的载流子分布和N型杂质的载流子分布以及它们的匹配会影响器件的特性包括其反向击穿电压和电流处理能力。一般器件设计中都采用交替的P/N薄层即P型薄层和N型薄层来达到最佳的电荷平衡，得到器件的最大的反向击穿电压，传统的超级结器件的工艺都采用外延工艺，一次性填充完成N/P之间的电荷平衡，即沟槽为外延一次性填满。但这样的条件下器件的电流处理能力EAS不够。

目前超级结功率器件的制备工艺主要分成两大类，一种是利用多次外延和注入的方式在N型外延衬底上形成P柱；另外一种是是先生长一层或者双层的外延，通过挖沟槽的方法将需要填充P型柱的沟槽Trench挖空，然后填入P型外延形成P型柱。使用一次挖深沟槽填充P型外延的方法实现交替的PN结柱，而一次成型的沟槽结构无法提供更多的器件体内PN结的变化。因此器件设计结构较为单一并且调整器件性能的方法较少。目前沟槽型超级结产品在市场上普遍存在EMI(电磁干扰)性能不佳、特征电阻R_SP竞争力不足的问题。MOSFET的EMI主要是与器件的开关频率与器件寄生的电容电感相关。快速变化的电压和电流与这些寄生的电容和电感相互作用导致电压和电流出现尖峰，是输出的噪声明显增加。降低dv/dt可以改善器件的EMI性能，而降低dv/dt则需要提高寄生的栅漏电容Cgd、栅源电容Cgs和源漏电容Cds。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种超级结器件工艺方法，能改善产品的Cgd,从而改善产品的EMI及动态参数。

为解决上述问题，本发明所述的一种超级结器件工艺方法，在形成超级结时，在第二导电类型的外延层中采用挖深沟槽填充第一导电类型外延的工艺；深沟槽的形成采用两次或者两次以上的刻蚀工艺来形成，先进行第一次沟槽刻蚀，刻蚀深度依深沟槽刻蚀总次数及沟槽的相貌要求确定；刻蚀完成后在沟槽侧壁沉积硬掩模层，然后对沟槽底部进行下一次的刻蚀，刻蚀到本次要求的深度后，继续在沟槽侧壁沉积硬掩模层，继续对沟槽底部进行刻蚀，再在沟槽侧壁沉积硬掩模层……，以此类推，直到达到深沟槽的设计深度；形成的深沟槽的宽度呈现上大下小的形貌，即沟槽开口较大，然后向下沟槽的宽度逐渐缩小；然后去除硬掩模层，再填充第一导电类型的外延层。