超级结器件及其制造方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911362994.0 (22)申请日 2019.12.26 (71)申请人 上海华虹宏力半导体制造有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技 园区祖冲之路1399号 (72)发明人 李昊 (74)专利代理机构 上海浦一知识产权代理有限 公司 31211 代理人 郭四华 (51)Int.Cl. H01L 29/06(2006.01) H01L 21/336(2006.01) (54)发明名称 超级结器件及其制造方法 (57)摘要 本发明公开了一种超级结器件， 包。

2、括器件单 元区、 密封环区域和切割道区域。 在俯视面上， 密 封环区域环绕在对应的器件单元区的外周， 切割 道区域位于各器件单元区之间。 超级结器件的超 级结的第二导电类型柱由填充于沟槽中的第二 导电类型外延层组成。 各沟槽都呈不带转弯的直 条形结构， 在沿沟槽的长度方向， 各沟槽都延伸 到切割道区域中且延伸长度满足使由于沟槽的 长度方向侧面和宽度方向的顶头侧面的晶向变 化产生的填充缺陷接近密封环区域的内侧面或 延伸到密封化区域外。 本发明还公开了一种超级 结器件的制造方法。 本发明能减少超级结的沟槽 填充缺陷以及减少沟槽顶头侧面附近的缺陷对 器件单元区的影响， 提高产品良率。 权利要求书2页。

3、 说明书5页 附图1页 CN 111146272 A 2020.05.12 CN 111146272 A 1.一种超级结器件， 其特征在于： 超级结器件包括器件单元区、 密封环区域和切割道区 域； 在俯视面上， 所述密封环区域环绕在对应的所述器件单元区的外周， 所述切割道区域 位于各所述器件单元区之间； 所述超级结器件的超级结由第一导电类型柱和第二导电类型柱交替排列形成； 所述第 二导电类型柱由填充于沟槽中的第二导电类型外延层组成， 所述沟槽形成于第一导电类型 的半导体衬底中； 各所述沟槽都呈不带转弯的直条形结构， 在沿所述沟槽的长度方向， 各所述沟槽都从 所述器件单元区延伸到所述切割道区域中。

4、， 且所述沟槽的延伸到所述切割道区域中的长度 满足使由于所述沟槽的长度方向侧面和宽度方向的顶头侧面的晶向变化产生的第二导电 类型外延层的填充缺陷接近所述密封环区域的内侧面或延伸到所述密封化区域外。 2.如权利要求1所述的超级结器件， 其特征在于： 所述半导体衬底为硅衬底。 3.如权利要求1所述的超级结器件， 其特征在于： 各所述沟槽的侧面倾斜或垂直。 4.如权利要求1所述的超级结器件， 其特征在于： 所述切割道区域的宽度为数十 m。 5.如权利要求4所述的超级结器件， 其特征在于： 所述沟槽延伸到对应的所述密封环区 域外的距离为1 m以上且所述沟槽延伸到对应的所述密封环区域外的最大值为两相邻的。

5、所 述器件单元区对应的所述沟槽相互连接在一起。 6.如权利要求1所述的超级结器件， 其特征在于： 在沿所述沟槽的宽度方向上， 最外侧 的所述沟槽位于所述密封环的区域内； 或者， 在沿所述沟槽的宽度方向上， 最外侧的所述沟 槽延伸到所述密封环的区域外。 7.如权利要求2所述的超级结器件， 其特征在于： 所述第二导电类型外延层为第二导电 类型硅外延层。 8.如权利要求1-7任一权项所述的超级结器件， 其特征在于： 第一导电类型为N型， 第二 导电类型为P型； 或者， 第一导电类型为P型， 第二导电类型为N型。 9.一种超级结器件的制造方法， 其特征在于， 包括如下步骤： 步骤一、 在第一导电类型的。

6、半导体衬底上定义出超级结器件的器件单元区、 密封环区 域和切割道区域； 在俯视面上， 所述密封环区域环绕在对应的所述器件单元区的外周， 所述切割道区域 位于各所述器件单元区之间； 步骤二、 定义出所述超级结器件的超级结的第二导电类型柱对应的沟槽的形成区域， 各所述沟槽都呈不带转弯的直条形结构， 在沿所述沟槽的长度方向， 各所述沟槽都从所述 器件单元区延伸到所述切割道区域中， 且所述沟槽的延伸到所述切割道区域中的长度满足 使由于所述沟槽的长度方向侧面和宽度方向的顶头侧面的晶向变化产生的第二导电类型 外延层的填充缺陷接近所述密封环区域的内侧面或延伸到所述密封化区域外； 步骤三、 在所述沟槽中填充第。

7、二导电类型外延层形成所述第二导电类型柱， 由所述第 二导电类型柱之间的第一导电类型的所述半导体衬底组成第一导电类型柱， 由第一导电类 型柱和第二导电类型柱交替排列形成所述超级结器件的超级结。 10.如权利要求9所述的超级结器件的制造方法， 其特征在于： 所述半导体衬底为硅衬 底。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111146272 A 2 11.如权利要求9所述的超级结器件的制造方法， 其特征在于： 各所述沟槽的侧面倾斜 或垂直。 12.如权利要求9所述的超级结器件的制造方法， 其特征在于： 所述切割道区域的宽度 为数十 m。 13.如权利要求4所述的超级结器件的制造方法， 其特征在于： 所。

8、述沟槽延伸到对应的 所述密封环区域外的距离为1 m以上且所述沟槽延伸到对应的所述密封环区域外的最大值 为两相邻的所述器件单元区对应的所述沟槽相互连接在一起。 14.如权利要求9所述的超级结器件的制造方法， 其特征在于： 在沿所述沟槽的宽度方 向上， 最外侧的所述沟槽位于所述密封环的区域内； 或者， 在沿所述沟槽的宽度方向上， 最 外侧的所述沟槽延伸到所述密封环的区域外。 15.如权利要求9-14任一权项所述的超级结器件的制造方法， 其特征在于： 第一导电类 型为N型， 第二导电类型为P型； 或者， 第一导电类型为P型， 第二导电类型为N型。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111146272。

9、 A 3 超级结器件及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体集成电路制造领域， 特别是涉及一种超级结器件； 本发明还涉 及一种超级结器件的制造方法。 背景技术 0002 超级结为由形成于半导体衬底中的交替排列的P型薄层也称P型柱(Pillar)和N型 薄层也称N型柱组成， 采用了超级结的器件为超级结器件如超级结MOSFET。 利用P型薄层和N 型薄层电荷平衡的体内降低表面电场(Resurf)技术能提升器件的反向击穿电压的同时又 保持较小的导通电阻。 0003 超级结的PN间隔的Pillar结构是超级结的最大特点。 现有制作PN间隔的pillar结 构主要有两种方法， 一种是通过多次外。

10、延以及离子注入的方法获得， 另一种是通过深沟槽 刻蚀以及外延(EPI)填充的方式来制作。 后一种方法是通过沟槽工艺制作超级结器件， 需要 先在半导体衬底如硅衬底表面的N型掺杂外延层上刻蚀一定深度和宽度的沟槽， 然后利用 外延填充(EPI Filling)的方式在刻出的沟槽上填充P型掺杂的硅外延。 0004 第二种方法形成的超级结关键技术难点在于沟槽填充工艺。 沟槽填充不仅与沟槽 的断面形貌相关， 而且与沟槽的表面布局也相关。 由于不同晶向P型外延填充时的生长速度 不同， 所以沟槽表面布局最好选择最简单的直条形状。 直角， 圆角设计均对填充工艺非常不 利， 很难实现高良率生产。 0005 直条形。

11、状由于其沟槽侧壁良好的统一， 较容易填充， 器件良率也较高。 但是， 就算 是直条形状， 在其沟槽顶头位置， 仍然存在晶向的变化， 因而有不同的EPI生长速率， 从而导 致直条的顶头位置附近容易出现填充缺陷， 成为器件的薄弱点。 并造成良率的损失。 0006 如图1所示， 是现有超级结器件的版图结构图； 现有超级结器件包括器件单元区 101、 密封环区域102和切割道区域103。 0007 在俯视面上， 所述密封环区域102环绕在对应的所述器件单元区101的外周， 所述 切割道区域103位于各所述器件单元区101之间。 0008 所述超级结器件的超级结由N型柱和P型柱104交替排列形成； 所述。

12、P型柱104由填 充于沟槽中的P型外延层组成， 所述沟槽形成于N型的半导体衬底中。 0009 现有技术中， 为了避免所述沟槽的转弯结构如直角转弯或圆角转弯造成的晶向改 变所产生的填充问题， 现有方法中会将沟槽都设置为不带转弯的直条形结构。 0010 但是由图1所示可知， 沟槽的长度方向侧面和宽度方向的顶头侧面依然具有夹角， 这也会产生晶向变化， 这里的晶向变化也会产生填充缺陷， 如标记105所示。 缺陷105会对器 件的良率产生不利影响。 发明内容 0011 本发明所要解决的技术问题是提供一种超级结器件， 能减少超级结的沟槽填充缺 陷以及减少沟槽顶头侧面附近的缺陷对器件单元区的影响， 提高产品。

13、良率。 为此， 本发明还 说明书 1/5 页 4 CN 111146272 A 4 提供一种超级结器件的制造方法。 0012 为解决上述技术问题， 本发明提供的超级结器件包括器件单元区、 密封环区域和 切割道区域。 0013 在俯视面上， 所述密封环区域环绕在对应的所述器件单元区的外周， 所述切割道 区域位于各所述器件单元区之间。 0014 所述超级结器件的超级结由第一导电类型柱和第二导电类型柱交替排列形成； 所 述第二导电类型柱由填充于沟槽中的第二导电类型外延层组成， 所述沟槽形成于第一导电 类型的半导体衬底中。 0015 各所述沟槽都呈不带转弯的直条形结构， 在沿所述沟槽的长度方向， 各所。

14、述沟槽 都从所述器件单元区延伸到所述切割道区域中， 且所述沟槽的延伸到所述切割道区域中的 长度满足使由于所述沟槽的长度方向侧面和宽度方向的顶头侧面的晶向变化产生的第二 导电类型外延层的填充缺陷接近所述密封环区域的内侧面或延伸到所述密封化区域外。 0016 进一步的改进是， 所述半导体衬底为硅衬底。 0017 进一步的改进是， 各所述沟槽的侧面倾斜或垂直。 0018 进一步的改进是， 所述切割道区域的宽度为数十 m。 0019 进一步的改进是， 所述沟槽延伸到对应的所述密封环区域外的距离为1 m以上且 所述沟槽延伸到对应的所述密封环区域外的最大值为两相邻的所述器件单元区对应的所 述沟槽相互连接在。

15、一起。 0020 进一步的改进是， 在沿所述沟槽的宽度方向上， 最外侧的所述沟槽位于所述密封 环的区域内； 或者， 在沿所述沟槽的宽度方向上， 最外侧的所述沟槽延伸到所述密封环的区 域外。 0021 进一步的改进是， 所述第二导电类型外延层为第二导电类型硅外延层。 0022 进一步的改进是， 第一导电类型为N型， 第二导电类型为P型； 或者， 第一导电类型 为P型， 第二导电类型为N型。 0023 为解决上述技术问题， 本发明提供的超级结器件的制造方法包括如下步骤： 0024 步骤一、 在第一导电类型的半导体衬底上定义出超级结器件的器件单元区、 密封 环区域和切割道区域。 0025 在俯视面上。

16、， 所述密封环区域环绕在对应的所述器件单元区的外周， 所述切割道 区域位于各所述器件单元区之间。 0026 步骤二、 定义出所述超级结器件的超级结的第二导电类型柱对应的沟槽的形成区 域， 各所述沟槽都呈不带转弯的直条形结构， 在沿所述沟槽的长度方向， 各所述沟槽都从所 述器件单元区延伸到所述切割道区域中， 且所述沟槽的延伸到所述切割道区域中的长度满 足使由于所述沟槽的长度方向侧面和宽度方向的顶头侧面的晶向变化产生的第二导电类 型外延层的填充缺陷接近所述密封环区域的内侧面或延伸到所述密封化区域外。 0027 步骤三、 在所述沟槽中填充第二导电类型外延层形成所述第二导电类型柱， 由所 述第二导电类。

17、型柱之间的第一导电类型的所述半导体衬底组成第一导电类型柱， 由第一导 电类型柱和第二导电类型柱交替排列形成所述超级结器件的超级结。 0028 进一步的改进是， 所述半导体衬底为硅衬底。 0029 进一步的改进是， 各所述沟槽的侧面倾斜或垂直。 说明书 2/5 页 5 CN 111146272 A 5 0030 进一步的改进是， 所述切割道区域的宽度为数十 m。 0031 进一步的改进是， 所述沟槽延伸到对应的所述密封环区域外的距离为1 m以上且 所述沟槽延伸到对应的所述密封环区域外的最大值为两相邻的所述器件单元区对应的所 述沟槽相互连接在一起。 0032 进一步的改进是， 在沿所述沟槽的宽度方。

18、向上， 最外侧的所述沟槽位于所述密封 环的区域内； 或者， 在沿所述沟槽的宽度方向上， 最外侧的所述沟槽延伸到所述密封环的区 域外。 0033 进一步的改进是， 第一导电类型为N型， 第二导电类型为P型； 或者， 第一导电类型 为P型， 第二导电类型为N型。 0034 本发明的超级结的沟槽都设置为不带转弯的直条形结构， 这样能时沟槽的长度方 向侧面的晶向一致， 从而能避免沟槽的转弯时产生的晶向不一致所带来的填充缺陷。 0035 本发明还结合器件单元区、 密封环区域和切割道区域的布局关系， 在沿沟槽的长 度方向， 将各沟槽都从器件单元区延伸到切割道区域中， 也即使沟槽的宽度方向的顶头侧 面位于切。

19、割道区域中， 且延伸长度满足使由于沟槽的长度方向侧面和宽度方向的顶头侧面 的晶向变化产生的第二导电类型外延层的填充缺陷接近密封环区域的内侧面或延伸到密 封化区域外， 从而能避免沟槽的顶头侧面附近的缺陷对器件单元区产生不利影响， 从而能 提高产品良率。 附图说明 0036 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明： 0037 图1是现有超级结器件的版图结构图； 0038 图2是本发明实施例超级结器件的版图结构图。 具体实施方式 0039 如图2所示， 是本发明实施例超级结器件的版图结构图； 本发明实施例超级结器件 包括器件单元区1、 密封环区域2和切割道区域3。 0040 在俯视面上。

20、， 所述密封环区域2环绕在对应的所述器件单元区1的外周， 所述切割 道区域3位于各所述器件单元区1之间。 0041 所述超级结器件的超级结由第一导电类型柱和第二导电类型柱4交替排列形成； 所述第二导电类型柱4由填充于沟槽中的第二导电类型外延层组成， 所述沟槽形成于第一 导电类型的半导体衬底中。 0042 各所述沟槽都呈不带转弯的直条形结构， 在沿所述沟槽的长度方向， 各所述沟槽 都从所述器件单元区1延伸到所述切割道区域3中， 且所述沟槽的延伸到所述切割道区域3 中的长度满足使由于所述沟槽的长度方向侧面和宽度方向的顶头侧面的晶向变化产生的 第二导电类型外延层的填充缺陷5接近所述密封环区域2的内侧。

21、面或延伸到所述密封化区 域外。 也即， 通过对所述沟槽进行延伸设置， 能使所述缺陷5尽量向所述密封化区域外延伸， 即使位于所述密封环区域2的内侧面以内， 对器件的良率依然有提升效果。 0043 本发明实施例中， 所述半导体衬底为硅衬底。 所述第二导电类型外延层为第二导 电类型硅外延层。 说明书 3/5 页 6 CN 111146272 A 6 0044 各所述沟槽的侧面倾斜或垂直。 0045 所述切割道区域3的宽度为数十 m， 如60微米以上。 0046 所述沟槽延伸到对应的所述密封环区域2外的距离为1 m以上且所述沟槽延伸到 对应的所述密封环区域2外的最大值为两相邻的所述器件单元区1对应的所。

22、述沟槽相互连 接在一起。 0047 在沿所述沟槽的宽度方向上， 最外侧的所述沟槽位于所述密封环的区域内。 在其 他实施例中， 也能为： 在沿所述沟槽的宽度方向上， 最外侧的所述沟槽延伸到所述密封环的 区域外， 这样通过在所述器件单元区1的边缘多设置沟槽， 能降低所述器件单元区1的边缘 的沟槽刻蚀和填充的负载效应。 0048 本发明实施例中， 第一导电类型为N型， 第二导电类型为P型。 在其他实施例中， 也 能为： 第一导电类型为P型， 第二导电类型为N型。 0049 本发明实施例超级结的沟槽都设置为不带转弯的直条形结构， 这样能时沟槽的长 度方向侧面的晶向一致， 从而能避免沟槽的转弯时产生的晶。

23、向不一致所带来的填充缺陷。 0050 本发明实施例还结合器件单元区1、 密封环区域2和切割道区域3的布局关系， 在沿 沟槽的长度方向， 将各沟槽都从器件单元区1延伸到切割道区域3中， 也即使沟槽的宽度方 向的顶头侧面位于切割道区域3中， 且延伸长度满足使由于沟槽的长度方向侧面和宽度方 向的顶头侧面的晶向变化产生的第二导电类型外延层的填充缺陷5接近密封环区域2的内 侧面或延伸到密封化区域外， 从而能避免沟槽的顶头侧面附近的缺陷对器件单元区1产生 不利影响， 从而能提高产品良率。 0051 本发明实施例超级结器件的制造方法包括如下步骤： 0052 步骤一、 在第一导电类型的半导体衬底上定义出超级结。

24、器件的器件单元区1、 密封 环区域2和切割道区域3。 0053 在俯视面上， 所述密封环区域2环绕在对应的所述器件单元区1的外周， 所述切割 道区域3位于各所述器件单元区1之间。 0054 所述半导体衬底为硅衬底。 0055 所述切割道区域3的宽度为数十 m。 0056 步骤二、 定义出所述超级结器件的超级结的第二导电类型柱4对应的沟槽的形成 区域， 各所述沟槽都呈不带转弯的直条形结构， 在沿所述沟槽的长度方向， 各所述沟槽都从 所述器件单元区1延伸到所述切割道区域3中， 且所述沟槽的延伸到所述切割道区域3中的 长度满足使由于所述沟槽的长度方向侧面和宽度方向的顶头侧面的晶向变化产生的第二 导电。

25、类型外延层的填充缺陷5接近所述密封环区域2的内侧面或延伸到所述密封化区域外。 0057 各所述沟槽的侧面倾斜或垂直。 0058 所述沟槽延伸到对应的所述密封环区域2外的距离为1 m以上且所述沟槽延伸到 对应的所述密封环区域2外的最大值为两相邻的所述器件单元区1对应的所述沟槽相互连 接在一起。 0059 在沿所述沟槽的宽度方向上， 最外侧的所述沟槽位于所述密封环的区域内。 也能 为： 在沿所述沟槽的宽度方向上， 最外侧的所述沟槽延伸到所述密封环的区域外。 0060 步骤三、 在所述沟槽中填充第二导电类型外延层形成所述第二导电类型柱4， 由所 述第二导电类型柱4之间的第一导电类型的所述半导体衬底组。

26、成第一导电类型柱， 由第一 说明书 4/5 页 7 CN 111146272 A 7 导电类型柱和第二导电类型柱4交替排列形成所述超级结器件的超级结。 0061 本发明实施例方法中， 第一导电类型为N型， 第二导电类型为P型。 在其他实施例方 法中也能为： 第一导电类型为P型， 第二导电类型为N型。 0062 以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明， 但这些并非构成对本发明的限 制。 在不脱离本发明原理的情况下， 本领域的技术人员还可做出许多变形和改进， 这些也应 视为本发明的保护范围。 说明书 5/5 页 8 CN 111146272 A 8 图1 图2 说明书附图 1/1 页 9 CN 111146272 A 9 。