專利名稱：用于填充半導(dǎo)體材料本體中深溝槽的工藝以及根據(jù)相同工藝所得的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于填充由半導(dǎo)體材料制成的本體中的深溝槽的工藝，并涉及一種根據(jù)相同工藝所得的半導(dǎo)體器件。具體而言，本公開在并非暗示喪失普遍性的前提下明確引用電荷平衡類型的半導(dǎo)體功率器件(例如二極管、MOSFET、IGBT、或雙極晶體管)。
背景技術(shù)：
如所知地，近年來開發(fā)出各種技術(shù)方案以提高半導(dǎo)體功率器件的效率，尤其是在提高對(duì)應(yīng)的擊穿電壓和減小對(duì)應(yīng)的輸出電阻方面。例如，U.S. US 6，586，798、US 6，228，719、US 6，300，171 和 US 6，404，010 中公開 的垂直導(dǎo)電半導(dǎo)體功率器件，其中，在形成具有給定導(dǎo)電類型的漏極區(qū)(例如N型導(dǎo)電性)的外延層內(nèi)，提供相反導(dǎo)電性(例如P型導(dǎo)電性)的柱狀結(jié)構(gòu)。該柱狀結(jié)構(gòu)的摻雜劑濃度使得以如下方式平衡外延層的電荷量產(chǎn)生基本的電荷平衡(所謂的多漏極(MD)技術(shù)或超結(jié)(SJ)技術(shù))。這種電荷平衡使得能夠得到高的擊穿電壓，如圖1中圖表所示，其突出顯示了半導(dǎo)體器件的擊穿電壓(BV)值在與漏極層中完美電荷平衡對(duì)應(yīng)的點(diǎn)處具有最大值(Nd代表N型的摻雜劑類的濃度，而Na代表P型的摻雜劑類的濃度)。此外，外延層的高濃度使得能夠得到低輸出電阻(并且因此得到低的傳導(dǎo)損失)。柱形結(jié)構(gòu)的制造可以構(gòu)思外延層生長(zhǎng)步驟的序列，以N型為例，每一步之后為注入相反類型的摻雜劑的步驟，在這種情況下該相反類型是P型。堆疊注入?yún)^(qū)以便形成柱狀結(jié)構(gòu)。接下來，為了使由注入和外延生長(zhǎng)交替構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)連續(xù)，需要增加該器件的熱預(yù)算。最終，功率器件的本體區(qū)域以如下方式被提供為與柱狀結(jié)構(gòu)相接觸柱狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成本體區(qū)域的在漏極區(qū)內(nèi)的延伸。該技術(shù)的演變導(dǎo)致了構(gòu)成器件的基礎(chǔ)帶(elementary strip)的密度的漸進(jìn)增加，以進(jìn)一步增加外延層的電荷濃度并得到對(duì)于給定的相同擊穿電壓(與柱狀結(jié)構(gòu)的高度基本上關(guān)聯(lián))具有更小輸出電阻的器件。然而另一方面，基礎(chǔ)帶密度的上升導(dǎo)致了外延生長(zhǎng)步驟數(shù)的對(duì)應(yīng)增加(高達(dá)甚至大于十的數(shù)字)和所得器件的熱預(yù)算的增加，并且因此增加了涉及的制造成本和時(shí)間以及缺陷(其與外延生長(zhǎng)的步驟有內(nèi)在聯(lián)系)。用于制造電荷平衡的柱狀結(jié)構(gòu)的可替換的技術(shù)因此得以發(fā)展，其具體構(gòu)思了在半導(dǎo)體材料晶片的表面部分中的深溝槽形成，例如通過對(duì)應(yīng)的外延層，和隨后以適當(dāng)摻雜的半導(dǎo)體材料來填充相同的溝槽以得到電荷平衡。例如，提出了技術(shù)方案，其中經(jīng)由以下列步驟填充溝槽半導(dǎo)體材料的非選擇性外延生長(zhǎng)的步驟，交替地以各別并且分離的步驟蝕刻表面生長(zhǎng)部分(所謂的“多步工藝”)。整體上，所述的用于制造具有電荷平衡結(jié)構(gòu)的功率器件的技術(shù)方案在復(fù)雜性和制造成本方面以及在得到真正的電荷平衡方面(例如，由于電荷空間分布的差的均勻性或者由于剩余缺陷的存在，尤其是在填充溝槽時(shí)的空隙)并未被證明是總體滿意的。
具體而言，深溝槽的外延填充的步驟被證明是至關(guān)重要的，特別在相同的溝槽具有高的縱橫比或形狀系數(shù)(即深度和寬度之間的高比率)的情況下。實(shí)際上，如圖2所突出顯示的那樣，由于反應(yīng)氣體濃度隨著深度而降低，因此外延生長(zhǎng)的速率(Vgrarth)隨著溝槽中深度越深和與半導(dǎo)體材料晶片表面的距離越遠(yuǎn)而降低。因此，表面處溝槽的側(cè)壁生長(zhǎng)前沿可能在溝槽自己的填充完畢之前相接觸；一旦填充工藝完成，則空隙可能因而留在已被填充的溝槽內(nèi)部。這些空隙在一些情況下具有可能甚至大的和與相同溝槽的寬度相當(dāng)?shù)某叽?。這些空隙的存在，以及已填充的溝槽中的一般剩余缺陷可以危害所得的半導(dǎo)體器件的電學(xué)特性，例如反向偏置區(qū)中的電學(xué)特性。發(fā)明公開本發(fā)明的目的因此是全部或者部分解決之前所突出示出的問題，并且具體地在于提供一種制造工藝，該制造工藝將使得能夠得到具有改良電學(xué)特性的器件，并且將有好的生產(chǎn)簡(jiǎn)易性和受控的制造成本。因此，根據(jù)本發(fā)明，基本如附加的權(quán)利要求書所限定地提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的工藝以及一種對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體器件。


為了更好得理解本發(fā)明，現(xiàn)在僅通過非限制性示例并且參考所附附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，其中圖1和圖2示出了關(guān)于半導(dǎo)體器件和常規(guī)類型的制造工藝的電學(xué)量和物理量的圖表;圖3a_圖3g示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的在用于填充深溝槽的工藝期間由半導(dǎo)體材料制成的本體的示意截面圖；圖4示出了在圖3a_圖3g所示的填充工藝的子步驟期間采用的生長(zhǎng)率和蝕刻速率的圖；圖5示出了在圖3a_圖3g所示的在填充工藝的子步驟期間采用的氣流的比率圖。圖6a_圖6g示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)不同實(shí)施例的在用于填充深溝槽的工藝期間，由半導(dǎo)體材料制成的本體的示意截面圖；圖7和圖8示出了在填充深溝槽的工藝結(jié)束時(shí)提供的半導(dǎo)體器件的示意截面圖；圖9a和圖9b分別示出了在第一變體實(shí)施例中，圖8的半導(dǎo)體器件的邊緣終止 (edge-termination)結(jié)構(gòu)的截面和俯視圖；以及圖1Oa和圖1Ob分別示出了在第二變體實(shí)施例中，圖8的半導(dǎo)體器件的邊緣終止結(jié)構(gòu)的截面和俯視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在具體參照電荷平衡半導(dǎo)體器件的制造來描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造工藝，其中具有給定的導(dǎo)電性的柱狀結(jié)構(gòu)在由相反導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料制成的本體內(nèi)部形成，以用于平衡其總電荷。然而注意，將被描述的工藝發(fā)現(xiàn)了用于提供之前在半導(dǎo)體材料的本體內(nèi)部所做成的深溝槽的均勻填充，無缺陷(也就是空隙)的整體應(yīng)用。
圖3a(未按比例繪制，后圖亦然)示出了半導(dǎo)體材料(具體而言為硅)的晶片1，晶片I包括襯底Ia和在襯底Ia上設(shè)置的并且具有第一導(dǎo)電性類型(例如N型)的結(jié)構(gòu)層2以及頂部表面2a ;例如，結(jié)構(gòu)層2是之前在襯底Ia上生長(zhǎng)的外延層。深溝槽4是在結(jié)構(gòu)層2的深度方向(向著下面的襯底Ia)上垂直延伸(即在與圖3a的截面垂直的方向)通過所述結(jié)構(gòu)層2的表面部分。例如使用掩模和各向異性干法化學(xué)蝕刻(未在此詳細(xì)描述)的光刻技術(shù)獲得深溝槽4。圖3a(隨后的圖也)更清晰地示出了晶片I的表面部分的放大圖，其包含單對(duì)相鄰的深溝槽4(在與將形成的半導(dǎo)體器件的兩個(gè)對(duì)應(yīng)帶所對(duì)應(yīng)的位置，如在下文中所闡明的那樣)。然而清楚地是，下文中所描述的工藝步驟還考慮到了晶片I的其余部分。
深溝槽4具有基本垂直的側(cè)壁(正交于頂部表面2a)，其有著關(guān)于同一個(gè)頂部表面2a的傾斜角度以及高的縱橫比，該傾斜角度例如在88°和90°之間。例如，深溝槽4有30iim的深度以及1.5iim至3iim的寬度；或者10 y m的深度以及0. 5 y m至1. 5 y m的寬度(對(duì)應(yīng)的深度因此為對(duì)應(yīng)的寬度的例如十倍至二十倍)。如已知的那樣，深溝槽4的寬度確定所得半導(dǎo)體器件的電壓等級(jí)。例如，對(duì)于5 ii m的深度而言，其對(duì)應(yīng)100V的電壓等級(jí)，然而對(duì)于30 i! m的深度而言，其對(duì)應(yīng)600V的電壓等級(jí)。而且，所得半導(dǎo)體器件的截止電壓可以根據(jù)結(jié)構(gòu)層2的厚度而變化；例如，根據(jù)結(jié)構(gòu)層2的厚度，所得器件的截止電壓可以在100V和1500V之間變化。此外，兩個(gè)相鄰的深溝槽4之間的(平行于頂部表面2a并垂直于深度方向測(cè)量的)橫向分離的距離例如在3iim和6iim之間；這個(gè)分離距離以及相同的深溝槽4的寬度限定最終的半導(dǎo)體器件(其實(shí)際上由多個(gè)基本結(jié)構(gòu)組成)的結(jié)構(gòu)的周期性。如圖3b所示，該工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行深溝槽4的內(nèi)部側(cè)壁的表面處理步驟，具體而言包括在氫氣環(huán)境下在高溫度下(例如，從1000°C至1150°C )進(jìn)行的退火熱處理。這種處理使得能夠去除由于之前的干法蝕刻(其導(dǎo)致了深溝槽4的形成)所造成的損傷并且可以去除側(cè)壁上的表面粗糙(所謂的“扇形凹口(scallop)”)。在同一工藝步驟中，還會(huì)去除側(cè)壁上可能的氧化物，其是在之前的工藝步驟中形成的，所以在這個(gè)步驟結(jié)束時(shí)側(cè)壁是光滑且均勻的。具體而言，在同一反應(yīng)器中，可以執(zhí)行前述的退火，然后將再執(zhí)行用于填充深溝槽4的外延生長(zhǎng)。該工藝然后繼續(xù)填充深溝槽4，具體而言通過用摻雜為第二導(dǎo)電性類型(在所述的示例中為P型(例如以硼離子摻雜))的單晶硅進(jìn)行均勻外延填充，該均勻外延填充沒有相同的深溝槽的空隙。具體而言，為了得到均勻填充的深溝槽4，本發(fā)明的一個(gè)方面構(gòu)思在用于外延生長(zhǎng)的反應(yīng)環(huán)境內(nèi)使用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)蝕刻劑，該化學(xué)蝕刻劑同用于外延生長(zhǎng)的源氣體相混合，該化學(xué)蝕刻劑能夠適當(dāng)調(diào)節(jié)外延生長(zhǎng)的速率。因此，為了得到同質(zhì)填充的柱狀結(jié)構(gòu)，在沿著深溝槽4壁的外延生長(zhǎng)與通過化學(xué)蝕刻同時(shí)去除所生長(zhǎng)的層的一部分(和可能的已有材料)之間獲得適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)平衡。換言之，本發(fā)明提出一種外延層生長(zhǎng)的和外延層的同時(shí)蝕刻的原位平衡(in situ)(即，在外延生長(zhǎng)的同一環(huán)境內(nèi)獲得的平衡)，以便以適當(dāng)?shù)夭⑶覄?dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)材料生長(zhǎng)區(qū)和在填充步驟中的深溝槽4的形狀，并且因此獲得相同深溝槽4的均勻填充。
例如，本發(fā)明的一個(gè)方面構(gòu)思使用鹽酸(HCl)作為化學(xué)蝕刻劑，在反應(yīng)環(huán)境下將其同硅源氣體一起適當(dāng)供應(yīng)，硅源氣體由例如二氯甲硅烷(DCS-SiH2Cl2)構(gòu)成。如已突出示出的那樣，鹽酸(HCL)的作用在于例如以如下方式適當(dāng)調(diào)節(jié)外延生長(zhǎng)速率離表面距離越遠(yuǎn)，深溝槽4中外延生長(zhǎng)會(huì)增加(因而反轉(zhuǎn)由單獨(dú)的外延生長(zhǎng)提供的分布，見圖2)。在反應(yīng)環(huán)境下還存在著載體氣體，其使能夠調(diào)節(jié)反應(yīng)劑類別的分壓并且也參與到外延生長(zhǎng)的整體反應(yīng)中；例如，可以使用分子氫(H2)作為此種載體氣體。如在下文中詳述的那樣，在用于外延生長(zhǎng)的同一反應(yīng)室內(nèi)，還供應(yīng)了適當(dāng)?shù)膿诫s齊U，以便能夠?qū)崿F(xiàn)在每個(gè)深溝槽4內(nèi)形成的柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)所需要的摻雜劑分布。例如，為了這個(gè)目的使用了適當(dāng)?shù)囊遗鹜?B2H6)流，其能夠在深溝槽4內(nèi)部正被形成的柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)形成P型摻雜劑。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)獨(dú)特方面，用于填充深溝槽4的外延生長(zhǎng)的步驟以子步驟的序列銜接，在每個(gè)子步驟中，變化工藝條件，具體而言變化組合參與所得生長(zhǎng)的各種氣體的流。在各種子步驟內(nèi)，在進(jìn)行外延工藝期間，適當(dāng)?shù)乩梦g刻劑(該例中為HCl)和生長(zhǎng)劑 (該例中為DCS的競(jìng)爭(zhēng)行為，以便調(diào)節(jié)深溝槽4的形狀和在相同的深溝槽4中生長(zhǎng)的材料的形狀，并且防止缺陷(具體而言為剩余間隙)的形成。一種實(shí)施例具體構(gòu)思由外延生長(zhǎng)來填充的步驟包括四個(gè)子步驟的序列，該四個(gè)子步驟在圖4中在生長(zhǎng)和蝕刻的對(duì)應(yīng)速率方面被突出示出，每個(gè)步驟是獨(dú)特的并且表征為蝕刻與外延生長(zhǎng)之間的適當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)行為，該競(jìng)爭(zhēng)行為由在反應(yīng)環(huán)境中的HCL流和DCS流之間的對(duì)應(yīng)比率給出(比率Ohc1/Odcs)。具體而言，在第一子步驟期間，使用比率(例如，在4至9之間)的平均值，以便獲得比結(jié)構(gòu)層2的頂部表面2a處的生長(zhǎng)速率更高的在深溝槽4底部的生長(zhǎng)速率(再次注意，反應(yīng)類別的適當(dāng)平衡，因而能夠?qū)崿F(xiàn)外延生長(zhǎng)的通常分布的反轉(zhuǎn)，其中在表面處的生長(zhǎng)速率高于在底部處的生長(zhǎng)速率)。另外，在該第一子步驟中，確定在頂部表面2a處尤其是在橫向上更高的蝕刻速率。一般地，在第一子步驟期間，該工藝會(huì)在生長(zhǎng)方式(regime)的任何情況下演變，即，其中外延材料的生長(zhǎng)與生長(zhǎng)出的(和可能的已存在的)材料的蝕刻相比具有優(yōu)勢(shì)。如圖3c所示，在填充工藝的第一子步驟之后，在深溝槽內(nèi)形成外延硅的填充層6(具體而言是單晶硅)，并且以非選擇性的方式也在頂部表面2a上形成外延硅的填充層6 (具體而言是單晶硅)。填充層6包括在每個(gè)深溝槽4內(nèi)的填充區(qū)6a，填充層6覆蓋每個(gè)深溝槽4的內(nèi)部側(cè)壁及其底部。具體而言，由于HCl流所施加的競(jìng)爭(zhēng)性蝕刻活動(dòng)，深溝槽4和對(duì)應(yīng)的填充區(qū)6a具有如下輪廓，該輪廓為錐形、向外張開或?yàn)槁┒沸危瑥亩谙鄳?yīng)的開口處從表面向底部變窄。等同地，深溝槽4和對(duì)應(yīng)的填充區(qū)6a在表面處具有如下側(cè)壁，該側(cè)壁具有表示為I1的第一傾斜度以及相同的溝槽的其余部分的比第一傾斜度小(關(guān)于豎直方向或深度方向)的、表示為i2的第二傾斜度。實(shí)際上，蝕刻在深溝槽4的表面比在底部有著更大的影響，可能還會(huì)引起橫向去除結(jié)構(gòu)層2 (設(shè)置在兩個(gè)相鄰的深溝槽4中間)的表面材料的一部分，即外延生長(zhǎng)之前存在的材料。在隨后的第二工藝子步驟(要注意的是從一個(gè)子步驟到下一個(gè)的轉(zhuǎn)變基于部分填充的溝槽的形狀的演變以及外延硅的生長(zhǎng)厚度的演變確定)中，再次參見圖4，使用了Ohc1/Odcs比率的較高值(例如從9至12)，以便獲得結(jié)構(gòu)層2的頂部表面2a處蝕刻(以及材料去除)和在深溝槽4底部處的外延生長(zhǎng)的主要效果。具體而言，該競(jìng)爭(zhēng)性過程在深溝槽4的表面區(qū)中演變?yōu)槲g刻方式(即，與生長(zhǎng)相比蝕刻更有優(yōu)勢(shì))，而該競(jìng)爭(zhēng)性過程在深溝槽4的深處區(qū)中演變?yōu)樯L(zhǎng)方式(即，總體來說，與蝕刻相比生長(zhǎng)更有優(yōu)勢(shì))。如圖3d所示，此工藝子步驟需要重建深溝槽4和同一深溝槽4內(nèi)的填充區(qū)6a，其假定了“V”分布，S卩，具有從表面到底部的、同樣關(guān)于豎直方向的增加的傾斜度(例如，傾斜度的角度在80°和87°之間)的側(cè)壁。在對(duì)應(yīng)于深溝槽4底部的區(qū)域中具體發(fā)生了填充區(qū)厚度6a的增加，以及深溝槽4的開口寬度的增加(由于生長(zhǎng)的外延層和可能的結(jié)構(gòu)層2的已存在的表面材料的橫向方向的蝕刻)。再一次地，深溝槽4和對(duì)應(yīng)的填充區(qū)域6a具有在頂部表面2a處的錐形的特征分布。在第三工藝子步驟中，在前述第二子步驟之后(再次參見圖4)，應(yīng)用與在第一子·步驟期間使用的蝕刻/生長(zhǎng)條件基本等同的蝕刻/生長(zhǎng)條件，即，均值的比率Ora/CDdcs并不遠(yuǎn)小于在前述的第一子步驟中所用的均值的比率(例如，從3至8)。此比率同樣決定生長(zhǎng)方式貫穿深溝槽4的深度(因?yàn)樵诘撞可系耐庋硬牧系纳L(zhǎng)而同時(shí)明顯減少的深度)，以及高于表面生長(zhǎng)速率的底部生長(zhǎng)速率。如圖3e所示，填充工藝的第三子步驟引起了深溝槽4的基本完整填充，其中對(duì)應(yīng)的填充區(qū)6a以均勻且整體無空隙的方式占據(jù)深溝槽4的內(nèi)部。在第三子步驟結(jié)束時(shí)，深溝槽4可以仍呈現(xiàn)在頂部表面2a處的凹處(即小深度的未被填充的區(qū)域)。尤其注意，該基本完整并且均勻填充是在之前的工藝子步驟期間(如之前所突出的那樣)重建深溝槽4和在深溝槽4內(nèi)的外延生長(zhǎng)的形狀以便不引起在底部已發(fā)生填充之前的從側(cè)壁的生長(zhǎng)的前沿的過早閉合的效果。該工藝終止于以完整生長(zhǎng)方式執(zhí)行的過度生長(zhǎng)的第四子步驟，S卩，具有低值的比率①m/Oio，該比率小于之前子步驟采取的值(例如，從2至4)。具體而言，貫穿深溝槽4的未被對(duì)應(yīng)的填充區(qū)6a所占據(jù)的深度地確定基本均勻生長(zhǎng)速率。如圖3f所示，此子步驟確定深溝槽4的有效完整填充和結(jié)構(gòu)層2內(nèi)的柱狀結(jié)構(gòu)的形成，結(jié)構(gòu)層2由均勻、緊湊且無空隙的外延材料所構(gòu)成。注意，柱狀結(jié)構(gòu)8具有在對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)層2的頂部表面2a的區(qū)域中的突起(swelling)。填充工藝終止于可能的表面平坦化(CMP-化學(xué)機(jī)械平坦化)步驟，如圖3g所示，為了去除頂部表面2a上的填充層6和前述的柱狀結(jié)構(gòu)8的突起并且使結(jié)構(gòu)層2的頂部表面2a平坦化。在填充工藝結(jié)束時(shí)，柱狀結(jié)構(gòu)8還有適當(dāng)?shù)膿诫s等級(jí)和分布，如之前所提到的那樣，其由如下方法所得到，即在與外延生長(zhǎng)被執(zhí)行的相同的反應(yīng)環(huán)境下提供適當(dāng)?shù)膿诫s劑類別的流(因此與深溝槽4的外延填充同時(shí)獲得柱狀結(jié)構(gòu)8的摻雜，其被材料的伴生蝕刻所調(diào)節(jié))。例如，在一種可能的實(shí)施例中，柱狀結(jié)構(gòu)8具有如下?lián)诫s等級(jí)平衡存在于結(jié)構(gòu)層2中的電荷，因此提供電荷平衡的結(jié)構(gòu)，而且柱狀結(jié)構(gòu)8還具有豎直貫穿其深度地均勻的摻雜分布。具體而言，摻雜因數(shù)可以表達(dá)為摻雜劑類別(在這種情況下為乙硼燒，Ob2h6)的流以及在反應(yīng)環(huán)境中供應(yīng)的剩余類別的總流之間的比率
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體器件(10 ;10')的工藝，包括以下步驟 提供具有至少一個(gè)深溝槽(4)的半導(dǎo)體材料本體(2)，所述至少一個(gè)深溝槽(4)從所述半導(dǎo)體材料本體(2)的頂部表面(2a)開始延伸通過所述半導(dǎo)體材料本體；以及 經(jīng)由半導(dǎo)體材料的外延生長(zhǎng)填充所述深溝槽(4)，從而在所述半導(dǎo)體材料本體(2)內(nèi)形成柱狀結(jié)構(gòu)(8)， 其特征在于包括如下步驟通過對(duì)正經(jīng)歷外延生長(zhǎng)的所述半導(dǎo)體材料的伴生化學(xué)蝕刻調(diào)節(jié)所述外延生長(zhǎng)，以便獲得無空隙的、緊湊填充的所述深溝槽(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述填充步驟包括在用于外延生長(zhǎng)的反應(yīng)環(huán)境中引入用于所述外延生長(zhǎng)的源氣體流；并且所述調(diào)節(jié)步驟包括在與所述外延生長(zhǎng)的反應(yīng)環(huán)境相同的反應(yīng)環(huán)境中弓I入被設(shè)計(jì)成與所述源氣體流混合的蝕刻氣體流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工藝，其中所述半導(dǎo)體材料是硅，所述源氣體是二氯甲硅烷(DCS-SiH2Cl2)，并且所述蝕刻氣體是鹽酸(HCl)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的工藝，其中所述調(diào)節(jié)步驟包括調(diào)整所述源氣體流和所述蝕刻氣體流之間的比率，以便限定需要的生長(zhǎng)/蝕刻方式，所述生長(zhǎng)/蝕刻方式沿所述深溝槽⑷的深度可變。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，其中所述調(diào)整步驟包括調(diào)整所述源氣體流與所述蝕刻氣體流之間的比率，以便限定所述半導(dǎo)體材料在所述深溝槽(4)的設(shè)置在距所述頂部表面(2a) 一定距離處的底部處的生長(zhǎng)速率比在所述頂部表面(2a)處更高。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的工藝，其中在所述提供半導(dǎo)體材料的本體的步驟結(jié)束時(shí)，所述深溝槽(4)具有寬度和側(cè)壁，所述寬度具有在所述頂部表面(2a)處與所述頂部表面(2a)平行測(cè)量的初始值，所述側(cè)壁的傾斜度具有關(guān)于垂直于所述頂部表面(2a)的方向測(cè)量的初始值；并且其中所述調(diào)節(jié)步驟包括修改所述深溝槽(4)的形狀，以便與所述初始值相比增加在所述頂部表面(2a)處的所述寬度，并且以便與所述初始值相比增加所述傾斜度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的工藝，其中所述調(diào)節(jié)步驟包括多個(gè)子步驟，每個(gè)子步驟由在用于所述外延生長(zhǎng)的所述反應(yīng)環(huán)境中供應(yīng)的所述源氣體流和所述蝕刻氣體流之間的相應(yīng)比率區(qū)分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工藝，其中所述多個(gè)子步驟包括 第一子步驟，以貫穿所述深溝槽(4)的深度并且確定所述半導(dǎo)體材料在所述深溝槽(4)的、設(shè)置在距所述頂部表面(2a) —定距離處的底部的生長(zhǎng)速率高于在所述頂部表面(2a)處的生長(zhǎng)速率的生長(zhǎng)方式實(shí)施； 第二子步驟，在所述第一子步驟之后，以針對(duì)所述深溝槽(4)的設(shè)置在所述頂部表面(2a)附近的一部分并且確定所述半導(dǎo)體材料在所述頂部表面(2a)的蝕刻速率高于在所述深溝槽(4)的所述底部的蝕刻速率的蝕刻方式實(shí)施；以及 第三子步驟，在所述第二子步驟之后，以貫穿所述深溝槽(4)的深度并且確定基本完整填充所述深溝槽(4)的生長(zhǎng)方式實(shí)施。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的工藝，其中所述多個(gè)子步驟還包括 第四子步驟，在所述第三子步驟之后，以貫穿所述深溝槽(4)的剩余深度并且確定所述深溝槽(4)的完整填充和在所述半導(dǎo)體材料本體(2)內(nèi)形成所述柱狀結(jié)構(gòu)(8)的生長(zhǎng)方式實(shí)施，所述剩余深度是在所述第三子步驟之后留下的。
10.根據(jù)權(quán)利要求2-9中任一權(quán)利要求所述的工藝，還包括摻雜所述柱狀結(jié)構(gòu)(8)的步驟；所述摻雜步驟包括在用于外延生長(zhǎng)的所述反應(yīng)環(huán)境中弓I入摻雜劑氣體流以實(shí)施對(duì)正經(jīng)歷外延生長(zhǎng)的所述半導(dǎo)體材料的摻雜的步驟，所述摻雜劑氣體流被設(shè)計(jì)成在與所述外延生長(zhǎng)的反應(yīng)環(huán)境相同的反應(yīng)環(huán)境中與所述源氣體流和所述蝕刻氣體流相混合。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工藝，其中所述摻雜步驟包括在所述外延生長(zhǎng)期間，以考慮由所述蝕刻氣體引起的所述摻雜劑氣體的消耗的影響的方式根據(jù)所述蝕刻氣體流的變化來變化所述摻雜劑氣體流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工藝，其中所述摻雜步驟包括貫穿所述柱狀結(jié)構(gòu)(8)的深度均勻分布摻雜所述柱狀結(jié)構(gòu)(8);以及其中所述變化步驟包括在所述外延生長(zhǎng)期間以對(duì)應(yīng)于所述蝕刻氣體流的變化的方式變化所述摻雜劑氣體流。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的工藝，其中所述摻雜劑氣體為乙硼烷(B2H6)15
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝，還包括，在所述填充步驟之前，在所述半導(dǎo)體材料本體(2)的所述頂部表面(2a)上形成掩模層(9)的步驟，所述掩模層(9)具有在對(duì)應(yīng)于所述深溝槽(4)的區(qū)域中的開口 ；以及其中在存在所述掩模層(9)的情形下，在所述深溝槽(4)內(nèi)以選擇性的方式產(chǎn)生所述外延生長(zhǎng)，從而實(shí)施所述填充步驟。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝，其中，在所述提供所述半導(dǎo)體材料本體(2)的步驟結(jié)束時(shí)，所述半導(dǎo)體材料本體(2)具有多個(gè)深溝槽(4)，所述多個(gè)深溝槽從所述頂部表面(2a)開始通過所述半導(dǎo)體材料本體(2)延伸；以及所述填充步驟包括使用相同的半導(dǎo)體材料的外延生長(zhǎng)來填充所述深溝槽(4)，以便形成在所述半導(dǎo)體材料本體(2)內(nèi)的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)(8)，從而具有平衡所述半導(dǎo)體材料本體(2)的相反類型的電荷量的摻雜。
16.一種半導(dǎo)體器件(10;10')，包括半導(dǎo)體材料本體(2)，具有至少一個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)(8)，所述至少一個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)(8)從所述半導(dǎo)體材料本體(2)的頂部表面(2a)開始延伸通過所述半導(dǎo)體材料本體(2);以及至少一個(gè)器件區(qū)域(12)，具有給定摻雜，設(shè)置為與所述柱狀結(jié)構(gòu)(8)直接接觸， 其特征在于所述柱狀結(jié)構(gòu)(8)包括緊湊并且無空隙的、外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體材料的區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的器件，其中所述半導(dǎo)體材料本體(2)包括多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)(4)，所述多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)(4)從所述頂部表面(2a)開始延伸通過所述半導(dǎo)體材料本體；所述柱狀結(jié)構(gòu)(8)具有平衡所述半導(dǎo)體材料本體(2)的相反類型的電荷量的摻雜。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的器件，其中所述半導(dǎo)體器件(10;10')是電荷平衡功率器件，其選自MOSFET、IGBT以及雙極晶體管。
全文摘要
一種用于制造半導(dǎo)體器件(10；10‘)的工藝構(gòu)思如下步驟提供具有至少有一個(gè)深溝槽(4)的半導(dǎo)體材料本體(2)，該深溝槽(4)從本體頂部表面(2a)開始延伸通過半導(dǎo)體材料的所述本體；以及經(jīng)由半導(dǎo)體材料外延生長(zhǎng)填充深溝槽(4)，因而在半導(dǎo)體材料本體(2)內(nèi)形成柱狀結(jié)構(gòu)(8)。制造工藝進(jìn)一步構(gòu)思通過對(duì)正在外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料的伴生化學(xué)蝕刻調(diào)節(jié)外延生長(zhǎng)以獲得無空隙緊湊填充的深溝槽(4)的步驟；具體而言，蝕刻氣體流被導(dǎo)入至與外延生長(zhǎng)同一反應(yīng)環(huán)境中，其中源氣體流被提供用于相同的外延生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H01L21/20GK103026461SQ201180036813
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者M·G·薩吉奧, D·穆拉比托, L·菲奧里, G·莫拉萊, G·阿里納 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體股份有限公司