深沟槽型超级结器件的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及半导体技术，特别涉及一种深沟槽型超级结器件的制造方法。
【背景技术】
[0002]申请公布号为CN103035677A、申请公布日为2013年4月10日的中国发明专利申请在其说明书的【背景技术】部分对于超级结MOSFET(金属-氧化物型场效应晶体管)进行了简要介绍。超级结器件除了包含超级结MOSFET外，还包含超级结JFET (结型场效应晶体管)、超级结肖特基二极管、超级结IGBT(绝缘栅双极晶体管)等，这些超级结器件的共同点是都具有超级结结构。
[0003]请参阅图1，这是一种现有的超级结JFET的结构示意图，在η型外延层中具有交替排列的P型立柱(pillar，也称为纵向区)和η型立柱。这种在硅材料中所具有的交替排列的P型立柱和η型立柱就被称为超级结结构。
[0004]—种典型的超级结结构的制造工艺是在硅材料(例如η型外延层)刻蚀多个深沟槽(deep trench)，然后以P型硅填充这些沟槽而形成P型立柱。相邻两个P型立柱之间的η型外延层就作为η型立柱，如图2所示。采用这种制造工艺形成超级结结构的超级结器件被称为沟槽型超级结器件。
[0005]在利用深沟槽填充来制作一些反向击穿电压较高的器件时(例如900V器件)，经常需要采用两次或多次深沟槽-外延工艺的结合，如图3所示。
[0006]该工艺能够更有效地利用现有工艺能力，做出更小pitch(更低RSP)或者更大BV的超级结器件。但由于超级结器件一般选择背封层次为Poly+LT0(0X)的衬底(Sub)进行作业。但是在深沟槽工艺中由于要利用湿法去除深沟槽刻蚀时使用的OX HM，背封的LT0(低温氧化物)在第一次深沟槽制作过程中被全部去除(如图4所示)，导致在2nd NEPI(第二层N外延)的高温生长过程中，衬底(Sub)中的As掺杂通过多晶硅(Poly)外扩进入作业腔体，影响气体氛围，最终影响2nd NEPI掺杂形貌，导致2nd NEPI掺杂偏离预期。但是由于应力问题，背部的LTO又不能太厚。该问题对利用多次深沟槽工艺生产超级结器件形成了很大阻碍。
【发明内容】
[0007]本申请所要解决的技术问题是提供一种深沟槽型超级结器件的制造方法，能解决现有工艺在第二 N型外延层的高温生长过程中衬底中的掺杂外扩的问题，改善深沟槽型超级结器件反向击穿电压等电学特性。
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供的深沟槽型超级结器件的制造方法，其包括以下步骤:
[0009]—.在晶圆的第一 N型外延层表面形成第一 ONO介质层；
[0010]所述第一ONO介质层自上而下分别为第三氧化硅、第二氮化硅、第一氧化硅；
[0011]第一N型外延层下面为N型重掺杂衬底；
[0012]N型重掺杂衬底下面为低温氧化物；
[0013]低温氧化物下面为多晶硅层；
[0014]低温氧化物和多晶硅层为背封；
[0015]二.采用光刻工艺以光刻胶在第一 ONO介质层上定义出第一层沟槽的图形，然后利用干法刻蚀，将第一层沟槽处的第一 ONO介质层刻开，之后去除光刻胶，利用第一 ONO介质层作为硬掩模进行第一层沟槽的刻蚀；
[0016]三.用湿法条件去除第一ONO介质层的第三氧化硅、第二氮化硅并保留其第一氧化硅，然后在第一层沟槽内做第一 P型立柱外延填充，然后CMP工艺去除晶圆表面成长的Si，并利用湿法刻蚀去除剩余的第一 ONO介质层的第一氧化硅，完成第一 P型立柱制作；
[0017]四.在完成第一P型立柱的晶圆上，通过与第一P型立柱对准，制作对准标记；
[0018]五.在完成第一P型立柱及对准标记的晶圆上进行牺牲氧化，然后生长第二N型外延层；
[0019]六.在第二N型外延层上淀积第二ONO介质层，所述第二ONO介质层自上而下分别为第三氧化硅、第二氮化硅、第一氧化硅；
[0020]七.采用光刻工艺与所述对准标记对准，以光刻胶在第二ONO介质层上相应于第一P型立柱的位置定义出第二层沟槽的图形，并利用干法刻蚀将第二层沟槽处的第二 ONO介质层刻开，之后去除光刻胶，利用第二 ONO介质层作为硬掩模进行第二层沟槽的刻蚀，第二层沟槽的底部到达第一P型立柱顶部；
[0021]八.用湿法条件去除第二ONO介质层的第三氧化硅、第二氮化硅并保留其第一氧化硅，然后在第二层沟槽内做第二 P型立柱外延填充;然后CMP工艺去除晶圆表面成长的Si，并利用湿法刻蚀去除剩余的第二 ONO介质层的第一氧化硅，完成第二 P型立柱制作，第二 P型立柱的底部连接第一 P型立柱的顶部，完成整个P型立柱的制作；
[0022]九.进行后续工艺，形成深沟槽型超级结器件。
[0023]较佳的，背封中的低温氧化物的厚度为1000埃?20000埃；
[0024]背封中的多晶硅层厚度为1000埃?20000埃。
[0025]较佳的，背封中的低温氧化物的厚度为5000埃；
[0026]背封中的多晶硅层厚度为5000埃。
[0027]较佳的，第一ONO介质层、第二ONO介质层的各层厚度为:
[0028]第三氧化硅厚度为0.5?3um，第二氮化硅厚度为100?1500埃，第一氧化硅厚度为100 ?2000埃。
[0029]较佳的，第二N型外延层的厚度小于等于第一N型外延层的厚度；
[0030]第一 N型外延层的厚度为15?50um;
[0031]第二 N型外延层的厚度为15?50um。
[0032]较佳的，步骤二中，第一层沟槽刻蚀深度为最终所需沟槽深度的45%到55%。
[0033]本发明的深沟槽型超级结器件的制造方法，通过将衬底(Sub)的背封从Poly+LTO变更为LTO+Poly，防止了在工艺流程中漏在外面的背封LTO被湿法工艺步骤所去除，第二N型外延层(2nd NEPI)成长时LTO会被Poly保护而均仍存在，衬底(Sub)中重掺杂的As或P元素不会外扩而导致第二N型外延层(2nd NEPI)的掺杂异常，在不带来应力问题的情况下，解决了现有工艺在第二N型外延层(2nd NEPI)的高温生长过程中衬底中的掺杂外扩的问题，能有效改善深沟槽型超级结器件反向击穿电压等电学特性。
【附图说明】
[0034I图1是一种现有的超级结JFET的结构示意图；
[0035]图2是沟槽型超级结器件的超级结结构制造工艺示意图；
[0036]图3是采用两次深沟槽-外延工艺的沟槽型超级结示意图。
[0037]图4是现有采用两次深沟槽-外延工艺第二层N外延的高温生长时的示意图；
[0038]图5是本发明的深沟槽型超级结器件的制造方法一实施例晶圆表面形成ONO介质层示意图；
[0039]图6是本发明的深沟槽型超级结器件的制造方法一实施例完成第一层沟槽刻蚀示意图；
[0040]图7是本发明的深沟槽型超级结器件的制造方法一实施例完成第一P型立柱制作示意图；
[0041]图8是本发明的深沟槽型超级结器件的制造方法一实施例制作特殊的对准标记示意图；
[0042]图9是本发明的深沟槽型超级结器件的制造方法一实施例第二N型外延层形成示意图；
[0043]图10是本发明的深沟槽型超级结器件的制造方法一实施例第二ONO介质层形成示意图；
[0044]图11是本发明的深沟槽型超级结器件的制造方法一实施例完成第二层沟槽刻蚀完成不意图；
[0045]图12是本发明的深沟槽型超级结器件的制造方法一实施例第二P型立柱制作完成示意图；
[0046]图13是本发明的深沟槽型超级结器件的制造方法一实施例进行第二N型外延层成长时示意图。
【具体实施方式】
[0047]实施例一
[0048]深沟槽型超级结器件的制造方法，包括以下步骤:
[0049]一.在晶圆(wafer)的第一 N型外延层(1st NEPI) 11表面形成第一 0N0(0xide_Nitride-Oxide，氧化层-氮化层-氧化层)介质层12，所述第一 ONO介质层12自上而下分别为第三氧化硅、第二氮化硅、第一氧化硅，第一N型外延层(NEPI) 11下面为N型重掺杂衬底(N-51^)10少型重掺杂衬底10下面为低温氧化物(1^0)13，低温氧化物(1^0)13下面为多晶硅层(Po Iy) 14，低温氧化物(LTO) 13和多晶硅层(Po Iy) 14为背封，如图5所示；
[0050]二.采用光刻工艺以光刻胶在第一 ONO介质层12上定义出第一层沟槽(Trench)的图形，然后利用干法刻蚀，将第一层沟槽处的第一 ONO介质层12刻开，之后去除光刻胶，利用第一ONO介质层12作为硬掩模(hard mask)进行第一层沟槽的刻蚀，如图6所示；
[0051]三.用湿法条件去除第一ONO介质层12的第三氧化硅、第二氮化硅并保留其第一氧化硅，然后在第一层沟槽内做第一P型立柱外延填充(1st pillar EPI Filling)，然后CMP(化学机械研磨)工艺去除晶圆表面成长的Si，并利用湿法刻蚀去除剩余的第一 ONO介