專利名稱：外延片及超結功率器件的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種外延片及超結功率器件。
背景技術：
超結功率器件與傳統的功率器件相比，擁有較高的崩潰電壓與較低的導通電阻。對于超結功率器件來說，在相同的導通電阻下，崩潰電壓越高越好。如圖1所示，其中一種超結功率器件所使用的外延片結構示意圖，其包括襯底1，襯底I上具有N型的第一外延層
2。N型的第一外延層2開有溝槽(圖中未示出)，第二外延層4覆蓋在第一外延層2表面，第二外延層4嵌入第一外延層2的溝槽內。超結功率器件主要的挑戰之一即為電荷的均勻分布。超結功率器件的工藝中需要在第一外延層2蝕刻出溝槽，并在所蝕刻的溝槽內嵌入第 二外延層4。且第一外延層2與第二外延層4材料不同。第一外延層2為N型，則第二外延層4為P型；第一外延層2為P型，則第二外延層4為N型。但因為第一外延層2上蝕刻的溝槽會有中間窄、邊緣寬的分布，即靠近圓心的溝槽窄，靠近邊緣的溝槽寬。因此如果使用電阻率自外延片邊緣沿徑向分布的第一外延層，會導致外圍一圈電性失效，導致超結功率器件崩潰電壓偏低，無法達到使用要求。
實用新型內容本實用新型的目的之一是為了克服現有技術中的不足，提供一種適合用于超結功率器件的外延片。為實現以上目的，本實用新型通過以下技術方案實現外延片，其特征在于，包括襯底和電阻率呈同心圓狀分布的第一外延層。優選地是，所述第一外延層相同半徑處的電阻率非均勻性不超過5%。優選地是，第一外延層自圓心起徑向每30毫米寬度環形帶內的電阻率非均勻性不超過5%。優選地是，第一外延層自圓心起徑向均勻分為三個區域，三個區域徑向寬度相同，每個區域內的電阻率非均勻性不超過5%。優選地是，所述襯底與第一外延層之間設置有單晶硅層。優選地是，所述的單晶硅層厚度為2 5 μ m。優選地是，所述的單晶硅層為三氯硅烷與氫氣在1040°C 1100°C下反應生成。優選地是，所述的襯底為N型。優選地是，所述的N型襯底摻雜有砷、磷及銻中的至少一種元素。優選地是，所述的第一外延層為N型。優選地是，所述的第一外延層摻雜有砷、磷及銻中的至少一種元素。優選地是，所述的襯底為P型。優選地是，所述的P型襯底摻雜有硼。優選地是，所述的第一外延層為P型。[0019]優選地是，所述的第一外延層摻雜有硼。[0020]優選地是，所述的第一外延層電阻率自圓心起沿徑向增大或減小或交替增大減小或交替減小增大。[0021]優選地是，所述襯底背面具有一氧化層，所述氧化層邊緣半徑比襯底半徑小1-2毫米。[0022]前述的外延片的生產方法，其特征在于，包括步驟[0023]提供一襯底；將襯底背面氧化形成一氧化層；將所述氧化層邊緣蝕刻1-2毫米；[0024]在所述襯底上沉積單晶硅層；[0025]在所述單晶娃層表面沉積第一外延層。[0026]優選地是，所述的單晶硅層為三氯硅烷與氫氣在1040°C 1100°C下反應生成。[0027]本實用新型的目的之二是為了克服現有技術中的不足，提供一種崩潰電壓高的超結功率器件。[0028]為實現以上目的，本實用新型通過以下技術方案實現[0029]超結功率器件，其特征在于，包括前述的外延片。[0030]優選地是，包括所述的外延片，所述外延片的外延層設有環繞圓心的溝槽；所述溝槽內填充有與第二外延層，所述第二外延層覆蓋所述第一外延層并嵌入所述溝槽內；所述第一外延層與第二外延層材料不同。優選地是，所述襯底為N型，第一外延層為N型；所述第二外延層為P型；或者所述襯底為P型，第一外延層為P型；所述第二外延層為N型。[0032]本實用新型中的外延層電阻率呈同心圓狀分布是指，距離圓心相同距離處的外延層電阻率相同或者最大值與最小值之差為一選定的范圍。本實用新型中的外延層電阻率呈同心圓狀分布，還可以是自圓心起的每30毫米寬的環形帶內的電阻率最大值與最小值之間的差值為選定的范圍。自圓心至外延片邊緣的徑向上，電阻率既可以逐漸增大；也可以逐漸減小；還可以先逐漸增大再逐漸減小；或者先逐漸減小再逐漸增大；另外，電阻率逐漸增大與逐漸減小交替分布也可以。[0033]本實用新型中的非均勻性=(最大值-最小值)X 100%/(最大值+最小值)。[0034]本實用新型中的外延片，第一外延層電阻率呈同心圓狀分布。在溝槽蝕刻并填充外延材料后，電荷分布均勻，不會產生電性失效的問題。使用本實用新型中的外延片，可以提高超結功率器件的崩潰電壓。采用本實用新型中的外延片，可將超結功率器件的崩潰電壓提高50伏特以上。采用非同心圓狀分布的外延片生產的超結功率器件的崩潰電壓為580 伏特；采用本實用新型中的外延片生產的超結功率器件崩潰電壓可增加到630伏特。在需要超結功率器件的崩潰電壓為600伏的領域，使用現有的外延片生產的超結功率器件無法達到使用要求，使用本實用新型中的外延片生產超結功率器件可以滿足使用要求。
[0035]圖1為一種超結功率器件使用的外延片結構示意圖。[0036]圖2為一種外延片的電阻率分布示意圖。[0037]圖3為使用圖2所示的外延片生產的超結功率器件電性測試圖。[0038]圖4為本實用新型中的外延片結構剖視示意圖。[0039]圖5為實施例1中的外延片電阻率分布圖。圖6為本實用新型中的外延片用于生產超結功率器件時的狀態示意圖。圖7為本實用新型中的外延片生產超結功率器件時的狀態示意圖。圖8為使用實施例1中的外延片生產的超結功率器件電性測試圖。圖9為實施例2中的外延片電阻率分布圖。圖10為使用實施例2中的外延片生產的超結功率器件電性測試圖。圖11為實施例3中的外延片電阻率分布圖。圖12為使用實施例3中的外延片生產的超結功率器件電性測試圖。圖13為實施例4中的外延片電阻率分布圖。圖14為使用實施例4中的外延片生產的超結功率器件電性測試圖。圖15為實施例5中的外延片電阻率分布圖。圖16為使用實施例5中的外延片生產的超結功率器件電性測試圖。圖17為實施例6中的外延片電阻率分布圖。圖18為使用實施例6中的外延片生產的超結功率器件電性測試圖。
具體實施方式
圖2為一種外延片電阻率分布示意圖。實用新型人經過實驗研究發現，當使用具有圖2所示特性的外延片生產超結功率器件時，由于其電阻率自外延片邊緣起縱向分布，沿圓周方向的電阻率存在差別。當沿圓周方向開設溝槽時，溝槽不同的位置處的電阻率不同。而在所述的溝槽內填充外延材料的電阻率沿圓周方向均相同。在圓周方向上，這樣就會導致槽內的填充外延材料電阻率與外延片的外延層電阻率的差值存在差別。因此，采用此外延片生產的超結功率器件電荷分布不均勻，存在電性失效的缺點。圖3所示為圖2所示的外延片電性分析圖。圖中的黑色圓點表示電性失效位置。由于其電阻率分布不均，導致其外圍一圈電性失效位置非常多。嚴重影響制造的超結功率器件性能。下面結合實施例及附圖對本實用新型進行詳細的描述實施例1外延片，其形狀為圓形。沿厚度方向剖切，其剖視圖如圖4所示，包括N型襯底I和N型第一外延層2。N型襯底I與N型第一外延層2之間設置有單晶硅層5。其生產步驟包括如圖4所示，提供一 N型襯底I 型襯底I背面氧化形成一氧化層7 ;將所述氧化層7邊緣蝕刻寬度L為2毫米。在所述N型襯底I上沉積單晶硅層5 ;N型襯底I與N型外延層2之間設置有單晶硅層5。單晶硅層5厚度為4μπι。單晶硅層5為三氯硅烷與氫氣在1040°C下反應生成并沉積在襯底I表面。在所述單晶硅層5表面沉積第一外延層2。生產出圖5所不的外延片。如圖5所示為本實施例生產的外延片的外延層電阻率分布圖。從圖5可看出，第一外延層的電阻率呈同心圓狀分布。自圓心起，第一個30mm環形帶的電阻率非均勻性為1.0%。第二個30mm環形帶的電阻率非均勻性為1.1 %。第三個30mm環形帶的電阻率非均勻性為4%。如圖6所示，本實用新型中的外延 片用于生產超級功率器件時，N型第一外延層2蝕刻出四道溝槽，即第一溝槽61、第二溝槽62、第三溝槽63和第四溝槽64。其中第一溝槽61寬度大于另外三道溝槽。如圖7所示，第一外延層2覆有第二外延層4，第二外延層4嵌入四道溝槽內。第二外延層4為P型。[0060]圖8所示為使用實施例1中的外延片生產的超結功率器件電性測試圖，圖中的黑色實心圓點表示電性失效位置。從圖8可以看出，其電性失效的位置非常少，因此，電荷分布均勻，具有較高的崩潰電壓。符合超結功率器件的使用要求。[0061]實施例2[0062]其生產方法與實施例1不同之處在于，單晶娃層5為三氯娃燒與氫氣在1045°C下反應生成并沉積在襯底I表面。其余結構及生產方法與實施例1相同。[0063]如圖9所示為本實施例生產的外延片的外延層電阻率分布圖。從圖9可看出，第一外延層2的電阻率呈同心圓狀分布。自圓心起，第一個30mm環形帶的電阻率非均勻性為1. 1%。第二個30mm環形帶的電阻率非均勻性為1.2%。第三個30mm環形帶的電阻率非均勻性為3. 8%。[0064]圖10所示為使用實施例2中的外延片生產的超結功率器件電性測試圖，圖中的黑色實心圓點表示電性失效位置。從圖10可以看出，其電性失效的位置非常少，因此，電荷分布均勻，具有較高的崩潰電壓。符合超結功率器件的使用要求。[0065]實施例3[0066]其生產方法與實施例1不同之處在于，單晶娃層5為三氯娃燒與氫氣在1050°C下反應生成并沉積在襯底I表面。其余結構及生產方法與實施例1相同。[0067]如圖11所示為本實施例生產的外延片的外延層電阻率分布圖。從圖11可看出， 第一外延層2的電阻率呈同心圓狀分布。自圓心起，第一個30mm環形帶的電阻率非均勻性為1.0%。第二個30mm環形帶的電阻率非均勻性為1.2%。第三個30mm環形帶的電阻率非均勻性為3. 7% 。[0068]圖12所示為使用實施例3中的外延片生產的超結功率器件電性測試圖，圖中的黑色實心圓點表示電性失效位置。從圖12可以看出，其電性失效的位置非常少，因此，電荷分布均勻，具有較高的崩潰電壓。符合超結功率器件的使用要求。[0069]實施例4[0070]其生產方法與實施例1不同之處在于，氧化層7及保護膜8邊緣蝕刻寬度L為I 毫米。N型襯底I與N型外延層2之間未設置有單晶硅層5。其余結構及生產方法與實施例I相同。[0071]如圖13所示為本實施例生產的外延片的外延層電阻率分布圖。從圖13可看出， 第一外延層的電阻率呈同心圓狀分布。自圓心起，第一個30mm環形帶的電阻率非均勻性為1. 2%。第二個30mm環形帶的電阻率非均勻性為1. 1%。第三個30mm環形帶的電阻率非均勻性為4. 2%。[0072]圖14所示為使用實施例4中的外延片生產的超結功率器件電性測試圖，圖中的黑色實心圓點表示電性失效位置。從圖14可以看出，其電性失效的位置非常少，因此，電荷分布均勻，具有較高的崩潰電壓。符合超結功率器件的使用要求。[0073]實施例5[0074]其生產方法與實施例1不同之處在于，氧化層7及保護膜8邊緣蝕刻寬度L為I 毫米。N型襯底I與N型外延層2之間設置有單晶硅層5。單晶硅層5厚度為4μπι。單晶硅層5為三氯硅烷與氫氣在1090°C下反應生成并沉積在襯底I表面。其余結構及生產方法與實施例1相同。如圖15所示為本實施例生產的外延片的外延層電阻率分布圖。從圖15可看出，第一外延層2的電阻率呈同心圓狀分布。自圓心起，第一個30mm環形帶的電阻率非均勻性為1.0%。第二個30mm環形帶的電阻率非均勻性為1.2%。第三個30mm環形帶的電阻率非均勻性為3. 5%。圖16所示為使用實施例5中的外延片生產的超結功率器件電性測試圖，圖中的黑色實心圓點表示電性失效位置。從圖16可以看出，其電性失效的位置非常少，因此，電荷分布均勻，具有較高的崩潰電壓。符合超結功率器件的使用要求。實施例6其生產方法與實施例1不同之處在于，氧化層7及保護膜8邊緣蝕刻寬度L為I毫米。N型襯底I與N型外延層2之間設置有單晶硅層5。單晶硅層5厚度為4μπι。單晶硅層5為三氯硅烷與氫氣在1100°C下反應生成并沉積在襯底I表面。其余結構及生產方法與實施例1相同。如圖17所示為本實施例生產的外延片的外延層電阻率分布圖。從圖17可看出，第一外延層2的電阻率呈同心圓狀分布。自圓心起，第一個30mm環形帶的電阻率非均勻性為1.2%。第二個30mm環形帶的電阻率非均勻性為1.2%。第三個30mm環形帶的電阻率非均勻性為3. 9%ο圖18所示為使用實施例6中的外延片生產的超結功率器件電性測試圖，圖中的黑色實心圓點表示電性失效位置。從圖18可以看出，其電性失效的位置非常少，因此，電荷分布均勻，具有較高的崩潰電壓。符合超結功率器件的使用要求。采用圖2所示的外延片生產的超結功率器件的崩潰電壓為580伏特；采用本實用新型中的外延片生產的超結功率器件崩潰電壓可增加到630伏特。在需要超結功率器件的崩潰電壓為600伏的領域，使用現有的外延片生產的超結功率器件無法達到使用要求，使用本實用新型中的外延片生產超結功率器件可以滿足使用要求。采用本實用新型中的外延片，可將超結功率器件的崩潰電壓提高50伏特以上。本實用新型中的實施例僅用于對本實用新型進行說明，并不構成對權利要求范圍的限制，本領域內技術人員可以想到的其它實質上等同的替代，均在本實用新型保護范圍內。
權利要求1.外延片，其特征在于，包括襯底和電阻率呈同心圓狀分布的第一外延層。
2.根據權利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第一外延層相同半徑處的電阻率非均勻性不超過5%。
3.根據權利要求1或2所述的外延片，其特征在于，第一外延層自圓心起徑向每30毫米寬度環形帶內的電阻率非均勻性不超過5%。
4.根據權利要求1或2所述的外延片，其特征在于，第一外延層自圓心起徑向均勻分為三個區域，三個區域徑向寬度相同，每個區域內的電阻率非均勻性不超過5%。
5.根據權利要求1所述的外延片，其特征在于，所述襯底與第一外延層之間設置有單晶娃層。
6.根據權利要求5所述的外延片，其特征在于，所述的單晶硅層厚度為2 5μ m。
7.根據權利要求1所述的外延片，其特征在于，所述的第一外延層電阻率自圓心起沿徑向增大或減小或交替增大減小或交替減小增大。
8.根據權利要求1所述的外延片，其特征在于，所述襯底背面具有一氧化層，所述氧化層邊緣半徑比襯底半徑小1-2毫米。
9.超結功率器件，其特征在于，包括權利要求1至9任一權利要求所述的外延片。
10.根據權利要求9所述的超結功率器件，其特征在于，包括所述的外延片，所述外延片的外延層設有環繞圓心的溝槽；所述溝槽內填充有與第二外延層，所述第二外延層覆蓋所述第一外延層并嵌入所述溝槽內；所述第一外延層與第二外延層材料不同。
專利摘要本實用新型公開了一種外延片，其特征在于，包括襯底和電阻率呈同心圓狀分布的第一外延層。本實用新型中的外延片，電阻率呈同心圓狀分布。在溝槽蝕刻并填充外延材料后，電荷分布均勻，不會產生電性失效的問題。使用本實用新型中的外延片，可以提高超結功率器件的崩潰電壓。采用本實用新型中的外延片，可將超結功率器件的崩潰電壓提高50伏特以上。采用非同心圓狀分布的外延片生產的超結功率器件的崩潰電壓為580伏特；采用本實用新型中的外延片生產的超結功率器件崩潰電壓可增加到630伏特。
文檔編號H01L29/06GK202839618SQ201220432539
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者林志鑫, 鐘旻遠, 姚楨 申請人:上海晶盟硅材料有限公司