溝槽型超級結的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種溝槽型超級結的制造方法。
【背景技術】
[0002]超級結為由形成于半導體襯底中的交替排列的P型薄層和N型薄層組成，利用P型薄層和N型薄層完成匹配形成的耗盡層來支持反向耐壓。現有超級結的制造方法中包括溝槽型超級結的制造方法，這種方法是通過溝槽工藝制作超級結器件，需要先在半導體襯底如硅襯底表面的N型摻雜外延層上刻蝕一定深度和寬度的溝槽，然后利用外延填充(ERIFilling)的方式在刻出的溝槽上填充P型摻雜的硅外延。在溝槽的刻蝕中，同一半導體襯底晶圓中的不同區域的溝槽的形貌并不完全相同，而超級結器件的反向擊穿電壓受溝槽的形貌影響非常大，使得同一晶圓上的超級結器件的反向擊穿電壓的均勻性較差。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種溝槽型超級結的制造方法，能提高同一晶圓上的超級結器件的反向擊穿電壓的面內均勻性，以及能保證同一晶圓上的超級結器件的反向擊穿電壓的面內均勻性較好的條件下使超級結器的反向擊穿電壓提高。
[0004]為解決上述技術問題，本發明提供的溝槽型超級結的制造方法包括如下步驟:
[0005]步驟一、提供一半導體襯底晶圓，在所述半導體襯底晶圓表面形成有第一導電類型外延層。
[0006]步驟二、采用光刻工藝定義出溝槽形成區域并將所述溝槽形成區域打開。
[0007]后續形成的各溝槽的頂部寬度由所述光刻工藝設定且各所述溝槽的頂部寬度的大小設定方法為:
[0008]利用刻蝕后位于所述半導體襯底晶圓的中間區域所述溝槽的側面比位于所述半導體襯底晶圓的邊緣區域所述溝槽的側面更傾斜的特點并結合后續步驟三的刻蝕深度，通過所述光刻工藝的定義使位于所述半導體襯底晶圓的中間區域所述溝槽的頂部寬度大于位于所述半導體襯底晶圓的邊緣區域所述溝槽的頂部寬度，并使刻蝕后位于所述半導體襯底晶圓的中間區域所述溝槽的沿寬度方向的斷面面積和位于所述半導體襯底晶圓的邊緣區域所述溝槽的沿寬度方向的斷面面積的差值縮小并趨向于相等，從而提高所述溝槽的沿寬度方向的斷面面積在所述半導體襯底晶圓的面內均勻性。
[0009]步驟三、對打開后的所述溝槽形成區域的所述第一導電類型外延層進行刻蝕形成所述溝槽。
[0010]步驟四、采用外延生長中在所述溝槽中填充第二導電類型外延層，由填充于所述溝槽中的所述第二導電類型外延層組成第二導電類型薄層，由各所述溝槽之間的所述第一導電類型外延層組成第一導電類型薄層，由所述第一導電類型薄層和所述第二導電類型薄層交替排列組成超級結。
[0011]各所述溝槽中的所述第二導電類型外延層的摻雜工藝條件相同，結合所述溝槽的沿寬度方向的斷面面積的面內均勻性的特征使所述超級結的擊穿電壓的面內均勻性提高。
[0012]進一步的改進是，所述半導體襯底晶圓為硅襯底晶圓，所述第一導電類型外延層為第一導電類型硅外延層，所述第二導電類型外延層為第二導電類型硅外延層。
[0013]進一步的改進是，步驟二包括如下分步驟:
[0014]步驟21、在所述第一導電類型外延層表面形成硬質掩模層。
[0015]步驟22、在所述硬質掩模層表面涂布光刻膠，進行光刻工藝將所述溝槽形成區域打開。
[0016]步驟23、以所述光刻膠為掩模對所述硬質掩模層進行刻蝕，該刻蝕工藝將所述溝槽形成區域的所述硬質掩模層去除、所述溝槽外的所述硬質掩模層保留。
[0017]步驟24、去除所述光刻膠，由所述硬質掩模層將所述溝槽形成區域打開。
[0018]進一步的改進是，所述硬質掩模層由依次形成于所述第一導電類型外延層表面的第一氧化層、第二氮化硅層和第三氧化層疊加而成。
[0019]進一步的改進是，所述第一氧化層為熱氧化層，厚度為100埃米?2000埃米;所述第二氮化硅層的厚度為100埃米?1500埃米;所述第三氧化層的厚度為0.5微米?3微米。
[0020]進一步的改進是，結合所述溝槽的摻雜濃度和反向擊穿電壓的關系曲線，在步驟四中將各所述溝槽中的所述第二導電類型外延層的摻雜濃度設定為使所述半導體襯底晶圓的中間區域和邊緣區域的超級結的反向擊穿電壓都取最大值時對應的值。
[0021]進一步的改進是，第一導電類型為N型，第二導電類型為P型;所述半導體襯底晶圓為N型重摻雜。
[0022]進一步的改進是，第一導電類型為P型，第二導電類型為N型。
[0023]本發明在晶圓的中間區域和邊緣區域形成溝槽時刻蝕不均勻的特征，預先在進行溝槽光刻定義時將晶圓中間區域的溝槽寬度增加，從而使得在刻蝕完成后，使得晶圓中間區域和邊緣區域的溝槽的斷面面積差得到縮小并趨于相等，這樣在溝槽填充時采用相同的摻雜濃度的外延層就能使得晶圓中間區域和邊緣區域的超級結的反向擊穿電壓同時取得最大值并具有相同的變化趨勢，從而能提高同一晶圓上的超級結器件的反向擊穿電壓的面內均勻性，以及能保證同一晶圓上的超級結器件的反向擊穿電壓的面內均勻性較好的條件下使超級結器的反向擊穿電壓提高。
【附圖說明】
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
[0025]圖1A是現有溝槽型超級結的制造方法形成位于晶圓的邊緣區域超級結的斷面結構示意圖；
[0026]圖1B是現有溝槽型超級結的制造方法形成的位于晶圓的中間區域超級結的斷面結構示意圖；
[0027]圖2是現有溝槽型超級結的制造方法形成的位于晶圓的邊緣區域和中間區域的超級結反向擊穿電壓和摻雜濃度的關系曲線；
[0028]圖3是本發明實施例方法流程圖
[0029]圖4A是本發明實施例方法形成的位于晶圓的邊緣區域超級結的斷面結構示意圖；
[0030]圖4B是本發明實施例方法形成的位于晶圓的中間區域超級結的斷面結構示意圖；
[0031]圖5是本發明實施例方法形成的位于晶圓的邊緣區域和中間區域的超級結反向擊穿電壓和摻雜濃度的關系曲線。
【具體實施方式】
[0032]如圖1A所示，是現有溝槽型超級結的制造方法形成位于晶圓的邊緣區域超級結的結構示意圖；如圖1B所示，是現有溝槽型超級結的制造方法形成的位于晶圓的中間區域超級結的結構示意圖;現有溝槽型超級結的制造方法包括如下步驟:
[0033]步驟一、提供一半導體襯底晶圓101，在所述半導體襯底晶圓101表面形成有第一導電類型外延層102，下面以N型外延層102為例進行說明；
[0034]步驟二、采用光刻工藝定義出溝槽形成區域并將所述溝槽形成區域打開;現有方法中，并未對半導體襯底晶圓101不同位置上的溝槽的尺寸進行特別設定，而是將半導體襯底晶圓101不同位置上的溝槽的寬度都設置為相同。
[0035]步驟三、對打開區域即溝槽形成區域的N型外延層102進行刻蝕形成溝槽。由于刻蝕工藝的特殊性，對N型外延層102進行刻蝕時，對半導體襯底晶圓101的中間區域和邊緣區域的刻蝕參數如刻蝕角度會有一定的差異，使最后在晶圓不同區域形成的溝槽的斷面結構即剖面結構會有差異，現說明如下:
[0036]比較圖1A所示的溝槽103a和圖1B所示的溝槽103b，溝槽103a的側面比103b的側面更直一些。溝槽103a和103b的頂部寬度都為dlOl，這個dlOl的值是由步驟二中的光刻工藝定義的；溝槽103a的底部寬度dl02會大于溝槽103b的底部寬度dl03，這是由步驟三的刻蝕工藝的本身特性決定的。可以看出，溝槽103a的斷面面積會比溝槽103b的斷面面積大。
[0037]步驟四、采用外延生長中在所述溝槽中填充第二導電類型外延層即P型外延層，圖1A中顯示在溝槽103a中填充的P型外延層用104a表示，圖1B中顯示在溝槽103b中填充的P型外延層用104b表示，但是實際上P型外延層104a和104b是采用相同的工藝同時形成的。
[0038]由于超級結是利用P型薄層和N型薄層完成匹配形成的耗盡層來支持反向耐壓，超級結器件的反向擊穿電壓受溝槽的形貌影響非常大。而由上述現有方法可知，由于刻蝕工藝本身的特點會造成的晶圓中央區域和邊緣區域的溝槽的斷面結構具有差異，該差異很難通過對刻蝕工藝本身的改進來改善，故現有方法形成的溝槽反向擊穿電壓的面內均勻性非常差，現說明如下:
[0039]如圖2是現有溝槽型超級結的制造方法形成的位于晶圓的邊緣區域和中間區域的超級結反向擊穿電壓和摻雜濃度的關系曲線;其中曲線201對應于圖1A所示的位于晶圓的邊緣區域超級結的反向擊穿電壓和摻雜濃度的關系曲線，曲線202對應于圖1B所示的位于晶圓的中間區域超級結的反向擊穿電壓和摻雜濃度的關系曲線，橫坐標為摻雜濃度，單位為X 115Cnf3;縱坐標為反向擊穿電壓，單位為V。虛線框203a所示區域對應于晶圓的邊緣區域超級結的反向擊穿電壓取最大值時對應的摻雜范圍，虛線框203b所示區域對應于晶圓的中間區域超級結的反向擊穿電壓取最大值時對應的摻雜范圍，可知虛線框203a和203b的摻雜濃度范圍相差較大，當摻雜濃度取虛線框203a所對應的值時，晶圓的中間區域超級結的反向擊穿電壓會降的很低;而當摻雜濃度取虛線框203b所對應的值時，晶圓的邊緣區域超級結的反向擊穿電壓會降的很低，這兩種情況都會使得反向擊穿電壓的面內均勻性變差。虛線框203c所示區域中，晶圓的邊緣區域和中間區域的超級結的反向擊穿電壓雖然接近，能夠使反向擊穿電壓的面內均勻性變好，但是卻會使晶圓的邊緣區域和中間區域的超級結的反向擊穿電壓的取值都較小。現有方法形成的超級結的反向擊穿電壓的面內均勻性和取值具有矛盾的關系，無法在取得較大的反向擊穿電壓的條件下提高反向擊穿電壓的面內均勻性。
[0040]如圖3所示，是本發明實施例方法流程圖；如圖4A所示，是本發明實施例方法形成的位于晶圓的邊緣區域超級結的斷面結構示意圖；如圖4B所示，