溝槽的形成和填充方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及溝槽的形成和填充方法。
【背景技術(shù)】
[0002]VDMOSFET (Vertical Double Diffused M0SFET，垂直雙擴(kuò)散 MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管)可以采用減薄漏端漂移區(qū)的厚度來(lái)減小導(dǎo)通電阻，但是，減薄漏端漂移區(qū)的厚度就會(huì)降低器件的擊穿電壓，因此，在VDMOS中，提高器件的擊穿電壓與減小器件的導(dǎo)通電阻是一對(duì)矛盾。
[0003]超級(jí)結(jié)MOSFET采用新的耐壓層結(jié)構(gòu)，利用一系列交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層，在較低反向電壓下將P型N型區(qū)耗盡，實(shí)現(xiàn)電荷相互補(bǔ)償，從而使P型N型區(qū)在高摻雜濃度下能實(shí)現(xiàn)高的擊穿電壓，從而可以同時(shí)獲得低導(dǎo)通電阻和高擊穿電壓，打破了傳統(tǒng)功率MOSFET的理論極限。
[0004]超級(jí)結(jié)MOSFET的難點(diǎn)是器件結(jié)構(gòu)形成困難，主要是交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層結(jié)構(gòu)的形成比較困難。一般的形成方法是:在半導(dǎo)體襯底I上形成第一半導(dǎo)體層2和介質(zhì)層15 (圖2)，然后在第一半導(dǎo)體層2和介質(zhì)層15上刻蝕形成深溝槽16 (圖3)，再用外延工藝在溝槽16內(nèi)填充第二半導(dǎo)體層17 (圖4)。外延填充工藝一般用選擇性外延工藝，即外延只在溝槽16內(nèi)部有半導(dǎo)體材料暴露出來(lái)的地方生長(zhǎng)，在介質(zhì)層15上不生長(zhǎng)。但在溝槽16填充過(guò)程中，外延在溝槽16內(nèi)部生長(zhǎng)過(guò)程中，同時(shí)會(huì)向溝槽16頂部延伸生長(zhǎng)，這樣就會(huì)導(dǎo)致在溝槽16頂部的介質(zhì)層15上會(huì)有一部分第二半導(dǎo)體層17從溝槽16頂部延伸生長(zhǎng)過(guò)來(lái)。如果第二半導(dǎo)體層17過(guò)度生長(zhǎng)或兩個(gè)溝槽之間的距離太近，會(huì)導(dǎo)致溝槽16頂部的第二半導(dǎo)體層17合攏在一起。由于在介質(zhì)層15上的第二半導(dǎo)體層17的晶向很雜亂，兩個(gè)相鄰的溝槽16頂部的第二半導(dǎo)體層17合攏在一起的時(shí)候會(huì)有較大的應(yīng)力產(chǎn)生，這會(huì)導(dǎo)致溝槽16內(nèi)部產(chǎn)生晶格缺陷，而溝槽16頂部第二半導(dǎo)體層17不合攏時(shí)則無(wú)此現(xiàn)象(見(jiàn)圖1)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供兩種溝槽的形成和填充方法，它可以提高溝槽填充質(zhì)量，降低溝槽內(nèi)部的晶格缺陷。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的第一種溝槽的形成和填充方法，步驟包括:
[0007]I)在半導(dǎo)體襯底上依次生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層和介質(zhì)層；
[0008]2)在第一半導(dǎo)體層和介質(zhì)層內(nèi)部刻蝕形成溝槽；
[0009]3)對(duì)溝槽側(cè)壁進(jìn)行橫向刻蝕，使溝槽頂部的介質(zhì)層部分懸空；
[0010]4)用選擇性外延工藝在溝槽內(nèi)填充摻雜類(lèi)型與第一半導(dǎo)體層相反的第二半導(dǎo)體層。
[0011]步驟3)，可以采用各項(xiàng)同性干法刻蝕方法或濕法刻蝕方法對(duì)溝槽側(cè)壁進(jìn)行橫向刻蝕；也可以先用高溫?zé)嵫趸椒▽?duì)溝槽側(cè)壁進(jìn)行熱氧化，再通過(guò)刻蝕去除溝槽側(cè)壁的氧化物，使溝槽頂部的介質(zhì)層部分懸空。
[0012]本發(fā)明通過(guò)在溝槽刻蝕后，再進(jìn)行溝槽側(cè)壁橫向刻蝕，使溝槽頂部的介質(zhì)層部分懸空，即溝槽頂部的介質(zhì)層覆蓋部分橫向刻蝕后的溝槽頂部，這樣，后續(xù)再用選擇性外延工藝在溝槽內(nèi)填充第二半導(dǎo)體層時(shí)，在填充的初始階段，就會(huì)因溝槽頂部介質(zhì)層的阻擋而使第二半導(dǎo)體層不會(huì)在介質(zhì)層的頂部生長(zhǎng)，如此就大大降低了溝槽頂部第二半導(dǎo)體層相互合攏的可能性，提高了溝槽填充質(zhì)量，降低溝槽內(nèi)部的晶格缺陷。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是傳統(tǒng)溝槽填充工藝中，溝槽頂部第二半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)情況與溝槽內(nèi)部晶格缺陷的關(guān)系。其中，(A)是溝槽頂部第二半導(dǎo)體層合攏的情況；(B)是溝槽頂部第二半導(dǎo)體層不合攏的情況。(A)、(B)均為掃描電鏡(SEM)圖。
[0014]圖2?4是傳統(tǒng)的溝槽形成和填充工藝流程圖。
[0015]圖5?8是本發(fā)明實(shí)施例的溝槽形成和填充工藝流程圖。
[0016]圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0017]1:半導(dǎo)體襯底
[0018]2:第一半導(dǎo)體層
[0019]15:介質(zhì)層
[0020]16:溝槽
[0021]17:第二半導(dǎo)體層
【具體實(shí)施方式】
[0022]為對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合圖示的實(shí)施方式，詳述如下:
[0023]本實(shí)施例的溝槽的形成和填充方法，其具體工藝流程如下:
[0024]步驟1，在半導(dǎo)體襯底I上依次生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層2和介質(zhì)層15，如圖5所示。
[0025]半導(dǎo)體襯底I和第一半導(dǎo)體層2為S1、C、Ge、SiC或SiGe的單晶材料，且半導(dǎo)體襯底I和第一半導(dǎo)體層2的摻雜類(lèi)型相同(典型的半導(dǎo)體襯底I為N型娃襯底,典型的第一半導(dǎo)體層2為N型硅外延層)，半導(dǎo)體襯底I的載流子濃度大于第一半導(dǎo)體層2。介質(zhì)層為S12, SiN和S1N中的至少一種。
[0026]步驟2，用光刻和各向異性干法刻蝕方法，在第一半導(dǎo)體層2和介質(zhì)層15內(nèi)部刻蝕形成溝槽16，如圖6所示。溝槽16的寬度為0.1?10微米，深度為I?100微米，兩個(gè)溝槽16之間的間距為0.1?20微米。
[0027]步驟3，用各項(xiàng)同性干法刻蝕方法對(duì)溝槽16的側(cè)壁進(jìn)行橫向刻蝕，但對(duì)介質(zhì)層15不刻蝕。刻蝕后，溝槽16頂部的介質(zhì)層15部分懸空，如圖7所示。
[0028]這步也可以采用高溫?zé)嵫趸椒▽?duì)溝槽側(cè)壁進(jìn)行熱氧化，然后再用濕法刻蝕方法(例如，稀釋的氫氟酸溶液)去除掉溝槽側(cè)壁的氧化物，使溝槽頂部的介質(zhì)層部分懸空。
[0029]或者，也可以用濕法刻蝕方法對(duì)溝槽16的側(cè)壁進(jìn)行橫向刻蝕，但對(duì)介質(zhì)層15不刻蝕。
[0030]步驟4，采用選擇性外延工藝，在溝槽內(nèi)填充第二半導(dǎo)體層17，如圖8所示。
[0031]第二半導(dǎo)體層為S1、C、Ge、SiC或SiGe材料，且第二半導(dǎo)體層17與第一半導(dǎo)體層2的摻雜類(lèi)型相反，例如，第一半導(dǎo)體層2為N型，則第二半導(dǎo)體層17為P型。
[0032]由于溝槽頂部懸空的介質(zhì)層15的阻擋，本步填充完成后，溝槽16頂部過(guò)度生長(zhǎng)的第二半導(dǎo)體層17不會(huì)發(fā)生合攏。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.溝槽的形成和填充方法，其特征在于，步驟包括: 1)在半導(dǎo)體襯底上依次生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層和介質(zhì)層； 2)在第一半導(dǎo)體層和介質(zhì)層內(nèi)部刻蝕形成溝槽； 3)對(duì)溝槽側(cè)壁進(jìn)行橫向刻蝕，使溝槽頂部的介質(zhì)層部分懸空； 4)用選擇性外延工藝在溝槽內(nèi)填充摻雜類(lèi)型與第一半導(dǎo)體層相反的第二半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)，采用各項(xiàng)同性干法刻蝕方法或濕法刻蝕方法對(duì)溝槽側(cè)壁進(jìn)行橫向刻蝕。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)，用高溫?zé)嵫趸椒▽?duì)溝槽側(cè)壁進(jìn)行熱氧化，再刻蝕去除溝槽側(cè)壁的氧化物，使溝槽頂部的介質(zhì)層部分懸空。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一半導(dǎo)體層的摻雜類(lèi)型與半導(dǎo)體襯底相同；半導(dǎo)體襯底的載流子濃度大于第一半導(dǎo)體層的載流子濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述介質(zhì)層為Si02、SiN和S1N中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，半導(dǎo)體襯底、第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層為S1、C、Ge、SiC或SiGe單晶材料。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種溝槽的形成和填充方法，步驟包括：1）在半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層和介質(zhì)層；2）在第一半導(dǎo)體層和介質(zhì)層內(nèi)部刻蝕形成溝槽；3）對(duì)溝槽側(cè)壁進(jìn)行橫向刻蝕，使溝槽頂部的介質(zhì)層部分懸空；4）用選擇性外延工藝在溝槽內(nèi)填充摻雜類(lèi)型與第一半導(dǎo)體層相反的第二半導(dǎo)體層。本發(fā)明通過(guò)在溝槽刻蝕后，再進(jìn)行溝槽側(cè)壁橫向刻蝕，使溝槽頂部的介質(zhì)層部分懸空，這樣后續(xù)再用選擇性外延工藝在溝槽內(nèi)填充第二半導(dǎo)體層時(shí)，在填充的初始階段，就會(huì)因溝槽頂部介質(zhì)層的阻擋而使第二半導(dǎo)體層不會(huì)在介質(zhì)層的頂部生長(zhǎng)，如此就大大降低了溝槽頂部第二半導(dǎo)體層相互合攏的可能性，提高了溝槽填充質(zhì)量，降低溝槽內(nèi)部的晶格缺陷。
【IPC分類(lèi)】H01L21-02, H01L21-336
【公開(kāi)號(hào)】CN104576311
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310517463
【發(fā)明人】劉繼全
【申請(qǐng)人】上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月28日