半导体器件及其制造方法与流程

本技术涉及半导体制造，特别是涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术：

1、近年来，随着全球对节能减排的需求愈发迫切，功率半导体的应用领域已从传统的工业控制领域迈向新能源、智能电网等诸多产业，成为高压直流输电技术的关键模块。其中，pn结（pn junction）的制备步骤是电力电子器件生产中的关键工艺步骤，而扩散掺杂工艺是制作pn结的常用方法。

2、扩散掺杂工艺是指在高温下扩散源中的杂质原子通过原子间隙或者替位的方式移动到半导体内的特定深度处，实现特殊的功能。在扩散掺杂工艺的过程中，杂质分布均匀性、扩散结深、掺杂浓度等均决定功率半导体器件性能的关键因素。

3、一般的扩散制结技术存在扩散不均匀、重复率低以及扩散深度十分有限等问题。这在一定程度上影响了半导体器件结构的可靠性，限制了半导体器件结构的多样性，并使半导体器件的制备流程更加复杂化。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种半导体器件及其制造方法，以简化半导体器件的制造流程，提高扩散层的均匀性、可重复性以及半导体器件结构的多样性和可靠性。

2、第一方面，本技术提供了一种半导体器件的制造方法，包括：

3、提供衬底；

4、于所述衬底上形成扩散源结构，所述扩散源结构包括至少一具有掺杂元素的外延层，所述外延层形成于所述衬底上；

5、基于所述扩散源结构于所述衬底内形成扩散层，其中，所述扩散层的掺杂元素与所述外延层的掺杂元素相同，所述扩散层的掺杂元素的浓度与所述扩散源结构的厚度相关。

6、在其中一个实施例中，所述扩散源结构包括至少一第一外延层，所述第一外延层掺杂有第一掺杂元素；其中，所述于所述衬底上形成扩散源结构，包括：

7、于所述衬底上形成至少一所述第一外延层。

8、在其中一个实施例中，所述于所述衬底上形成至少一所述第一外延层后，所述半导体器件的制造方法还包括：

9、对每一所述第一外延层进行图形化处理；

10、所述基于所述扩散源结构于所述衬底内形成扩散层，包括：

11、基于图形化处理后的每一所述第一外延层于所述衬底内形成具有波浪结的扩散层。

12、在其中一个实施例中，所述扩散源结构包括至少一第二外延层和至少一第三外延层，所述第二外延层掺杂有第二掺杂元素，所述第三外延层掺杂有第三掺杂元素；其中，所述于所述衬底上形成扩散源结构，包括：

13、于所述衬底上形成至少一所述第二外延层；

14、于所述第二外延层上形成至少一所述第三外延层。

15、在其中一个实施例中，所述于所述第二外延层上形成至少一所述第三外延层后，所述半导体器件的制造方法还包括：

16、对每一所述第二外延层和每一所述第三外延层进行图形化处理；

17、所述基于所述扩散源结构于所述衬底内形成扩散层，包括：

18、基于图形化处理后的每一所述第二外延层和每一所述第三外延层于所述衬底内形成具有波浪结的扩散层，所述扩散层掺杂有所述第二掺杂元素和所述第三掺杂元素。

19、在其中一个实施例中，所述第二掺杂元素的扩散速度小于所述第三掺杂元素的扩散速度。

20、在其中一个实施例中，所述第二掺杂元素对应的导电类型和所述第三掺杂元素对应的导电类型相同。

21、在其中一个实施例中，所述基于所述扩散源结构于所述衬底内形成扩散层前，所述半导体器件的制造方法包括：

22、于所述扩散源结构背离所述衬底的一侧表面形成钝化层；

23、所述基于所述扩散源结构于所述衬底内形成扩散层后，所述半导体器件的制造方法还包括：

24、去除所述钝化层。

25、在其中一个实施例中，所述钝化层包括二氧化硅层；其中，所述于所述扩散源结构背离所述衬底的一侧表面形成钝化层，包括：

26、采用热氧化生长工艺或化学气相沉积工艺于所述扩散源结构背离所述衬底的一侧形成所述二氧化硅层。

27、在其中一个实施例中，所述基于所述扩散源结构于所述衬底内形成扩散层前，所述半导体器件的制造方法包括：

28、于所述衬底背离所述扩散源结构的一侧表面形成保护层。

29、在其中一个实施例中，所述保护层包括氧化硅层或氮化硅层；其中，所述于所述衬底背离所述扩散源结构的一侧表面形成保护层，包括：

30、采用化学气相沉积工艺于所述衬底背离所述扩散源结构的一侧表面形成所述氧化硅层或所述氮化硅层。

31、在其中一个实施例中，所述于所述衬底上形成扩散源结构，包括：

32、采用预设工艺参数，基于金属有机化学气相沉积工艺，于所述衬底上形成扩散源结构；其中，所述预设工艺参数包括：工艺温度、工艺时间和反应气体，所述工艺温度的范围包括900℃~1200℃，所述工艺时间的范围包括1h~3h，所述反应气体包括硅烷气体和掺杂气体，且所述硅烷气体和所述掺杂气体的比例范围为100:1~300:1，其中，所述掺杂气体至少包括所述掺杂元素，所述掺杂气体至少包括三氢化砷、三氢化磷、二硼烷和三甲基铝中的任意一种。

33、在其中一个实施例中，所述基于所述扩散源结构于所述衬底内形成扩散层，包括：

34、采用预设扩散参数，基于高温扩散工艺，基于所述扩散源结构于所述衬底内形成扩散层；其中，所述预设扩散参数包括：扩散温度和扩散时间，所述扩散温度的范围包括1000℃~1280℃，所述扩散时间的范围包括5h~90h。

35、在其中一个实施例中，所述于所述衬底上形成扩散源结构前，所述半导体器件的制造方法包括：

36、对所述衬底进行预处理，所述预处理至少包括预清洗工艺。

37、第二方面，本技术还提供了一种半导体器件，包括：

38、衬底；

39、扩散源结构，所述扩散源结构包括至少一具有掺杂元素的外延层，所述外延层位于所述衬底上；

40、扩散层，所述扩散层位于所述衬底内，其中，所述扩散层基于所述扩散源结构形成，所述扩散层的掺杂元素与所述外延层的掺杂元素相同，所述扩散层的掺杂元素的浓度与所述扩散源结构的厚度相关。

41、在其中一个实施例中，所述扩散源结构包括至少一第一外延层，所述第一外延层掺杂有第一掺杂元素，且所述第一外延层覆盖所述衬底。

42、在其中一个实施例中，所述第一外延层包括多个间隔设置的第一外延结构，各所述第一外延结构位于所述衬底上；其中，

43、所述扩散层背离所述扩散源结构的一侧表面为波浪表面。

44、在其中一个实施例中，所述扩散源结构包括至少一第二外延层和至少一第三外延层，所述第二外延层掺杂有第二掺杂元素，所述第三外延层掺杂有第三掺杂元素，且所述第二外延层覆盖所述衬底，所述第三外延层覆盖所述第二外延层。

45、在其中一个实施例中，所述第二外延层包括多个间隔设置的第二外延结构，所述第三外延层包括多个间隔设置的第三外延结构，各所述第二外延结构位于所述衬底上，各所述第三外延结构位于所述第二外延结构上；其中，

46、所述扩散层背离所述扩散源结构的一侧表面为波浪表面。

47、在其中一个实施例中，所述第二掺杂元素对应的导电类型和所述第三掺杂元素对应的导电类型相同。

48、在其中一个实施例中，所述第二掺杂元素的扩散速度小于所述第三掺杂元素的扩散速度。

49、在其中一个实施例中，所述外延层的厚度范围包括0.5μm~10μm。

50、在其中一个实施例中，所述扩散层的厚度范围包括1μm~180μm。

51、在其中一个实施例中，所述扩散层的杂质扩散浓度的范围包括1015cm-3~1022cm-3。

52、在其中一个实施例中，所述半导体器件还包括：

53、保护层，位于所述衬底背离所述扩散源结构的一侧表面。

54、第三方面，本技术还提供了一种半导体器件，采用所述半导体器件的制造方法制备而成。

55、本技术实施例提供的半导体器件及其制造方法，通过于衬底上形成扩散源结构，可以提高扩散层的扩散均匀性和一致性，通过于扩散源结构中形成至少一具有掺杂元素的外延层并基于扩散源结构形成扩散层，可以满足具有不同掺杂元素的扩散需求，通过使扩散层的掺杂元素的浓度与扩散源结构的厚度相关，以满足半导体器件的深结扩散的需求。因此，通过上述方法可以简化半导体器件的制造流程，提高了扩散层的均匀性和可重复性，从而提高了半导体器件结构的可靠性和多样性。