专利名称：外延片及超结功率器件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种外延片及超结功率器件。
背景技术：
超结功率器件与传统的功率器件相比，拥有较高的崩溃电压与较低的导通电阻。对于超结功率器件来说，在相同的導通電阻下，崩溃电压越高越好。如图1所示，其中一种超结功率器件所使用的外延片结构示意图，其包括衬底1，衬底I上具有N型的第一外延层
2。N型的第一外延层2开有沟槽(图中未示出)，第二外延层4覆盖在第一外延层2表面，第二外延层4嵌入第一外延层2的沟槽内。超结功率器件主要的挑战之一即为电荷的均匀分布。超结功率器件的工艺中需要在第一外延层2蚀刻出沟槽，并在所蚀刻的沟槽内嵌入第 二外延层4。且第一外延层2与第二外延层4材料不同。第一外延层2为N型，则第二外延层4为P型；第一外延层2为P型，则第二外延层4为N型。但因为第一外延层2上蚀刻的沟槽会有中间窄、边缘宽的分布，即靠近圆心的沟槽窄，靠近边缘的沟槽宽。因此如果使用电阻率自外延片边缘沿径向分布的第一外延层，会导致外围一圈电性失效，导致超结功率器件崩溃电压偏低，无法达到使用要求。
实用新型内容本实用新型的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种适合用于超结功率器件的外延片。为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现外延片，其特征在于，包括衬底和电阻率呈同心圆状分布的第一外延层。优选地是，所述第一外延层相同半径处的电阻率非均匀性不超过5%。优选地是，第一外延层自圆心起径向每30毫米宽度环形带内的电阻率非均匀性不超过5%。优选地是，第一外延层自圆心起径向均匀分为三个区域，三个区域径向宽度相同，每个区域内的电阻率非均匀性不超过5%。优选地是，所述衬底与第一外延层之间设置有单晶硅层。优选地是，所述的单晶硅层厚度为2 5 μ m。优选地是，所述的单晶硅层为三氯硅烷与氢气在1040°C 1100°C下反应生成。优选地是，所述的衬底为N型。优选地是，所述的N型衬底掺杂有砷、磷及锑中的至少一种元素。优选地是，所述的第一外延层为N型。优选地是，所述的第一外延层掺杂有砷、磷及锑中的至少一种元素。优选地是，所述的衬底为P型。优选地是，所述的P型衬底掺杂有硼。优选地是，所述的第一外延层为P型。[0019]优选地是，所述的第一外延层掺杂有硼。[0020]优选地是，所述的第一外延层电阻率自圆心起沿径向增大或减小或交替增大减小或交替减小增大。[0021]优选地是，所述衬底背面具有一氧化层，所述氧化层边缘半径比衬底半径小1-2毫米。[0022]前述的外延片的生产方法，其特征在于，包括步骤[0023]提供一衬底；将衬底背面氧化形成一氧化层；将所述氧化层边缘蚀刻1-2毫米；[0024]在所述衬底上沉积单晶硅层；[0025]在所述单晶娃层表面沉积第一外延层。[0026]优选地是，所述的单晶硅层为三氯硅烷与氢气在1040°C 1100°C下反应生成。[0027]本实用新型的目的之二是为了克服现有技术中的不足，提供一种崩溃电压高的超结功率器件。[0028]为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现[0029]超结功率器件，其特征在于，包括前述的外延片。[0030]优选地是，包括所述的外延片，所述外延片的外延层设有环绕圆心的沟槽；所述沟槽内填充有与第二外延层，所述第二外延层覆盖所述第一外延层并嵌入所述沟槽内；所述第一外延层与第二外延层材料不同。优选地是，所述衬底为N型，第一外延层为N型；所述第二外延层为P型；或者所述衬底为P型，第一外延层为P型；所述第二外延层为N型。[0032]本实用新型中的外延层电阻率呈同心圆状分布是指，距离圆心相同距离处的外延层电阻率相同或者最大值与最小值之差为一选定的范围。本实用新型中的外延层电阻率呈同心圆状分布，还可以是自圆心起的每30毫米宽的环形带内的电阻率最大值与最小值之间的差值为选定的范围。自圆心至外延片边缘的径向上，电阻率既可以逐渐增大；也可以逐渐减小；还可以先逐渐增大再逐渐减小；或者先逐渐减小再逐渐增大；另外，电阻率逐渐增大与逐渐减小交替分布也可以。[0033]本实用新型中的非均匀性=(最大值-最小值)X 100%/(最大值+最小值)。[0034]本实用新型中的外延片，第一外延层电阻率呈同心圆状分布。在沟槽蚀刻并填充外延材料后，电荷分布均匀，不会产生电性失效的问题。使用本实用新型中的外延片，可以提高超结功率器件的崩溃电压。采用本实用新型中的外延片，可将超结功率器件的崩溃电压提高50伏特以上。采用非同心圆状分布的外延片生产的超结功率器件的崩溃电压为580 伏特；采用本实用新型中的外延片生产的超结功率器件崩溃电压可增加到630伏特。在需要超结功率器件的崩溃电压为600伏的领域，使用现有的外延片生产的超结功率器件无法达到使用要求，使用本实用新型中的外延片生产超结功率器件可以满足使用要求。
[0035]图1为一种超结功率器件使用的外延片结构示意图。[0036]图2为一种外延片的电阻率分布示意图。[0037]图3为使用图2所示的外延片生产的超结功率器件电性测试图。[0038]图4为本实用新型中的外延片结构剖视示意图。[0039]图5为实施例1中的外延片电阻率分布图。图6为本实用新型中的外延片用于生产超结功率器件时的状态示意图。图7为本实用新型中的外延片生产超结功率器件时的状态示意图。图8为使用实施例1中的外延片生产的超结功率器件电性测试图。图9为实施例2中的外延片电阻率分布图。图10为使用实施例2中的外延片生产的超结功率器件电性测试图。图11为实施例3中的外延片电阻率分布图。图12为使用实施例3中的外延片生产的超结功率器件电性测试图。图13为实施例4中的外延片电阻率分布图。图14为使用实施例4中的外延片生产的超结功率器件电性测试图。图15为实施例5中的外延片电阻率分布图。图16为使用实施例5中的外延片生产的超结功率器件电性测试图。图17为实施例6中的外延片电阻率分布图。图18为使用实施例6中的外延片生产的超结功率器件电性测试图。
具体实施方式
图2为一种外延片电阻率分布示意图。实用新型人经过实验研究发现，当使用具有图2所示特性的外延片生产超结功率器件时，由于其电阻率自外延片边缘起纵向分布，沿圆周方向的电阻率存在差别。当沿圆周方向开设沟槽时，沟槽不同的位置处的电阻率不同。而在所述的沟槽内填充外延材料的电阻率沿圆周方向均相同。在圆周方向上，这样就会导致槽内的填充外延材料电阻率与外延片的外延层电阻率的差值存在差别。因此，采用此外延片生产的超结功率器件电荷分布不均匀，存在电性失效的缺点。图3所示为图2所示的外延片电性分析图。图中的黑色圆点表示电性失效位置。由于其电阻率分布不均，导致其外围一圈电性失效位置非常多。严重影响制造的超结功率器件性能。下面结合实施例及附图对本实用新型进行详细的描述实施例1外延片，其形状为圆形。沿厚度方向剖切，其剖视图如图4所示，包括N型衬底I和N型第一外延层2。N型衬底I与N型第一外延层2之间设置有单晶硅层5。其生产步骤包括如图4所示，提供一 N型衬底I 型衬底I背面氧化形成一氧化层7 ;将所述氧化层7边缘蚀刻宽度L为2毫米。在所述N型衬底I上沉积单晶硅层5 ;N型衬底I与N型外延层2之间设置有单晶硅层5。单晶硅层5厚度为4μπι。单晶硅层5为三氯硅烷与氢气在1040°C下反应生成并沉积在衬底I表面。在所述单晶硅层5表面沉积第一外延层2。生产出图5所不的外延片。如图5所示为本实施例生产的外延片的外延层电阻率分布图。从图5可看出，第一外延层的电阻率呈同心圆状分布。自圆心起，第一个30mm环形带的电阻率非均匀性为1.0%。第二个30mm环形带的电阻率非均匀性为1.1 %。第三个30mm环形带的电阻率非均匀性为4%。如图6所示，本实用新型中的外延 片用于生产超级功率器件时，N型第一外延层2蚀刻出四道沟槽，即第一沟槽61、第二沟槽62、第三沟槽63和第四沟槽64。其中第一沟槽61宽度大于另外三道沟槽。如图7所示，第一外延层2覆有第二外延层4，第二外延层4嵌入四道沟槽内。第二外延层4为P型。[0060]图8所示为使用实施例1中的外延片生产的超结功率器件电性测试图，图中的黑色实心圆点表示电性失效位置。从图8可以看出，其电性失效的位置非常少，因此，电荷分布均匀，具有较高的崩溃电压。符合超结功率器件的使用要求。[0061]实施例2[0062]其生产方法与实施例1不同之处在于，单晶娃层5为三氯娃烧与氢气在1045°C下反应生成并沉积在衬底I表面。其余结构及生产方法与实施例1相同。[0063]如图9所示为本实施例生产的外延片的外延层电阻率分布图。从图9可看出，第一外延层2的电阻率呈同心圆状分布。自圆心起，第一个30mm环形带的电阻率非均匀性为1. 1%。第二个30mm环形带的电阻率非均匀性为1.2%。第三个30mm环形带的电阻率非均匀性为3. 8%。[0064]图10所示为使用实施例2中的外延片生产的超结功率器件电性测试图，图中的黑色实心圆点表示电性失效位置。从图10可以看出，其电性失效的位置非常少，因此，电荷分布均匀，具有较高的崩溃电压。符合超结功率器件的使用要求。[0065]实施例3[0066]其生产方法与实施例1不同之处在于，单晶娃层5为三氯娃烧与氢气在1050°C下反应生成并沉积在衬底I表面。其余结构及生产方法与实施例1相同。[0067]如图11所示为本实施例生产的外延片的外延层电阻率分布图。从图11可看出， 第一外延层2的电阻率呈同心圆状分布。自圆心起，第一个30mm环形带的电阻率非均匀性为1.0%。第二个30mm环形带的电阻率非均匀性为1.2%。第三个30mm环形带的电阻率非均匀性为3. 7% 。[0068]图12所示为使用实施例3中的外延片生产的超结功率器件电性测试图，图中的黑色实心圆点表示电性失效位置。从图12可以看出，其电性失效的位置非常少，因此，电荷分布均匀，具有较高的崩溃电压。符合超结功率器件的使用要求。[0069]实施例4[0070]其生产方法与实施例1不同之处在于，氧化层7及保护膜8边缘蚀刻宽度L为I 毫米。N型衬底I与N型外延层2之间未设置有单晶硅层5。其余结构及生产方法与实施例I相同。[0071]如图13所示为本实施例生产的外延片的外延层电阻率分布图。从图13可看出， 第一外延层的电阻率呈同心圆状分布。自圆心起，第一个30mm环形带的电阻率非均匀性为1. 2%。第二个30mm环形带的电阻率非均匀性为1. 1%。第三个30mm环形带的电阻率非均匀性为4. 2%。[0072]图14所示为使用实施例4中的外延片生产的超结功率器件电性测试图，图中的黑色实心圆点表示电性失效位置。从图14可以看出，其电性失效的位置非常少，因此，电荷分布均匀，具有较高的崩溃电压。符合超结功率器件的使用要求。[0073]实施例5[0074]其生产方法与实施例1不同之处在于，氧化层7及保护膜8边缘蚀刻宽度L为I 毫米。N型衬底I与N型外延层2之间设置有单晶硅层5。单晶硅层5厚度为4μπι。单晶硅层5为三氯硅烷与氢气在1090°C下反应生成并沉积在衬底I表面。其余结构及生产方法与实施例1相同。如图15所示为本实施例生产的外延片的外延层电阻率分布图。从图15可看出，第一外延层2的电阻率呈同心圆状分布。自圆心起，第一个30mm环形带的电阻率非均匀性为1.0%。第二个30mm环形带的电阻率非均匀性为1.2%。第三个30mm环形带的电阻率非均匀性为3. 5%。图16所示为使用实施例5中的外延片生产的超结功率器件电性测试图，图中的黑色实心圆点表示电性失效位置。从图16可以看出，其电性失效的位置非常少，因此，电荷分布均匀，具有较高的崩溃电压。符合超结功率器件的使用要求。实施例6其生产方法与实施例1不同之处在于，氧化层7及保护膜8边缘蚀刻宽度L为I毫米。N型衬底I与N型外延层2之间设置有单晶硅层5。单晶硅层5厚度为4μπι。单晶硅层5为三氯硅烷与氢气在1100°C下反应生成并沉积在衬底I表面。其余结构及生产方法与实施例1相同。如图17所示为本实施例生产的外延片的外延层电阻率分布图。从图17可看出，第一外延层2的电阻率呈同心圆状分布。自圆心起，第一个30mm环形带的电阻率非均匀性为1.2%。第二个30mm环形带的电阻率非均匀性为1.2%。第三个30mm环形带的电阻率非均匀性为3. 9%ο图18所示为使用实施例6中的外延片生产的超结功率器件电性测试图，图中的黑色实心圆点表示电性失效位置。从图18可以看出，其电性失效的位置非常少，因此，电荷分布均匀，具有较高的崩溃电压。符合超结功率器件的使用要求。采用图2所示的外延片生产的超结功率器件的崩溃电压为580伏特；采用本实用新型中的外延片生产的超结功率器件崩溃电压可增加到630伏特。在需要超结功率器件的崩溃电压为600伏的领域，使用现有的外延片生产的超结功率器件无法达到使用要求，使用本实用新型中的外延片生产超结功率器件可以满足使用要求。采用本实用新型中的外延片，可将超结功率器件的崩溃电压提高50伏特以上。本实用新型中的实施例仅用于对本实用新型进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其它实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。
权利要求1.外延片，其特征在于，包括衬底和电阻率呈同心圆状分布的第一外延层。
2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第一外延层相同半径处的电阻率非均匀性不超过5%。
3.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，第一外延层自圆心起径向每30毫米宽度环形带内的电阻率非均匀性不超过5%。
4.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，第一外延层自圆心起径向均匀分为三个区域，三个区域径向宽度相同，每个区域内的电阻率非均匀性不超过5%。
5.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述衬底与第一外延层之间设置有单晶娃层。
6.根据权利要求5所述的外延片，其特征在于，所述的单晶硅层厚度为2 5μ m。
7.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述的第一外延层电阻率自圆心起沿径向增大或减小或交替增大减小或交替减小增大。
8.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述衬底背面具有一氧化层，所述氧化层边缘半径比衬底半径小1-2毫米。
9.超结功率器件，其特征在于，包括权利要求1至9任一权利要求所述的外延片。
10.根据权利要求9所述的超结功率器件，其特征在于，包括所述的外延片，所述外延片的外延层设有环绕圆心的沟槽；所述沟槽内填充有与第二外延层，所述第二外延层覆盖所述第一外延层并嵌入所述沟槽内；所述第一外延层与第二外延层材料不同。
专利摘要本实用新型公开了一种外延片，其特征在于，包括衬底和电阻率呈同心圆状分布的第一外延层。本实用新型中的外延片，电阻率呈同心圆状分布。在沟槽蚀刻并填充外延材料后，电荷分布均匀，不会产生电性失效的问题。使用本实用新型中的外延片，可以提高超结功率器件的崩溃电压。采用本实用新型中的外延片，可将超结功率器件的崩溃电压提高50伏特以上。采用非同心圆状分布的外延片生产的超结功率器件的崩溃电压为580伏特；采用本实用新型中的外延片生产的超结功率器件崩溃电压可增加到630伏特。
文档编号H01L29/06GK202839618SQ201220432539
公开日2013年3月27日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者林志鑫, 钟旻远, 姚桢 申请人:上海晶盟硅材料有限公司