專(zhuān)利名稱(chēng)：絕緣體上硅的深槽隔離結(jié)構(gòu)刻蝕及填充方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，
料上深槽全介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕及填充方法。
具體地說(shuō)是一種用于絕緣體上硅(SOI)材
背景技術(shù)：
在高低壓功率集成電路中，最大的難題之一是做到高低壓部分的完全隔離。因 為高低壓電路做在同一個(gè)襯底上，器件注入襯底中的載流子會(huì)被鄰近的大面積功率器件 所收集，這樣可能會(huì)引起功率器件的誤開(kāi)啟，這就是限制高低壓電路難以集成的一個(gè)主 要因素。器件隔離的理想方法應(yīng)當(dāng)是將每個(gè)器件都完全包在一個(gè)絕緣材料中。而隨著 SOI(絕緣體上硅)鍵合技術(shù)的日益成熟，絕緣體上硅深槽隔離機(jī)構(gòu)已被越來(lái)越多的應(yīng)用到 功率集成電路設(shè)計(jì)中。 在實(shí)際應(yīng)用中，為了避免在有源區(qū)和槽區(qū)之間發(fā)生雪崩擊穿，二者要保持一個(gè) 最小距離。由于采用絕緣體上硅深槽隔離結(jié)構(gòu)，每個(gè)器件都是完全包圍在一個(gè)絕緣材料 中，然而上述所說(shuō)的有源區(qū)和槽區(qū)間的最小間距導(dǎo)致的缺點(diǎn)就是浪費(fèi)了很大的面積，縮 小了可用的有源區(qū)面積。 在相關(guān)的工藝技術(shù)中，有人提出在深槽刻蝕完成后，通過(guò)高能離子注入在槽側(cè) 壁上形成一層N型摻雜區(qū)，但是由于高能離子注入工藝存在一個(gè)約7。的注入傾斜角度， 并且由于是絕緣體上硅深槽結(jié)構(gòu)，槽的縱橫比一般比較大，離子注入很難注入到槽底 部，造成注入不均，結(jié)果會(huì)在槽底部提前發(fā)生擊穿。 另外，Udo Schwalke在美國(guó)專(zhuān)利005700712A中提出在深槽刻蝕完成后淀積或者 選擇外延一層摻雜N型雜質(zhì)的非晶硅，這層非晶硅一部分與絕緣體上硅頂層硅膜深槽側(cè) 壁再結(jié)晶形成一層N+型的區(qū)域，另外一部分非晶硅用于形成隔離用的二氧化硅。但是 非晶硅在再結(jié)晶過(guò)程中仍然會(huì)產(chǎn)生晶格缺陷，并且硅層和隔離氧化層過(guò)渡區(qū)不明顯，會(huì) 影響深槽的電學(xué)隔離特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠通過(guò)在深槽結(jié)構(gòu)中隔離氧化層界面處引入界面電荷來(lái)有效 地提高有源區(qū)和槽區(qū)之間的耐壓，進(jìn)而可以縮短有源區(qū)和深槽區(qū)之間的最小間距的絕緣 體上硅的深槽隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕及填充方法。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種絕緣體上硅深槽隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕及填充方法，包括半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo) 體襯底上面設(shè)置有埋氧層，在埋氧層上設(shè)有N型頂層單晶硅，其特征在于，深槽結(jié)構(gòu)的 形成按照如下步驟進(jìn)行 (a)刻蝕，在N型頂層單晶硅表面進(jìn)行刻蝕，如采用各向異性等離子體反應(yīng)刻蝕
工藝，刻蝕過(guò)程進(jìn)行到絕緣體上硅結(jié)構(gòu)中埋氧層表面，刻蝕寬度比目標(biāo)槽寬要大。
(b)淀積，采用低壓化學(xué)氣相淀積方法淀積一層高摻雜的單晶硅，直至整個(gè)深槽平面與N型頂層單晶硅表面持平； (C)刻蝕，在整個(gè)硅表面氧化或淀積一層保護(hù)氧化層后，采用各向異性的離子反 應(yīng)刻蝕工藝，刻蝕出深槽的形貌，刻蝕深度為整個(gè)絕緣體上硅硅膜厚度，即達(dá)到絕緣體 上硅結(jié)構(gòu)中的埋氧層表面，在深槽側(cè)壁上留下了摻雜的單晶硅層； (d)濕法氧化，用濕氧法熱生長(zhǎng)一層隔離氧化層，氧化過(guò)程持續(xù)至氧化層的厚度 滿(mǎn)足隔離要求； (e)淀積，淀積一層多晶硅，使絕緣體上硅的深槽內(nèi)部完全填充。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明中的絕緣體上硅深槽隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕及填充方法，第一次頂層單晶硅刻 蝕工藝步驟中刻蝕的槽寬比目標(biāo)槽寬要大，如對(duì)于絕緣體上硅硅膜厚度為7um，目標(biāo)槽 寬為2um，則刻蝕的實(shí)際槽寬能為2.4um，這樣做可以降低縱橫比很大的深槽的刻蝕難度。 (2)本發(fā)明中的絕緣體上硅深槽隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕及填充方法，第二次刻蝕工藝步 驟后槽側(cè)壁上留下的N型摻雜單晶硅層在槽結(jié)構(gòu)中的隔離氧化層與N型頂層單晶硅界面 處引入了界面電荷，進(jìn)而提高了槽區(qū)和有源區(qū)間的橫向擊穿電壓。 (3)本發(fā)明中的絕緣體上硅深槽隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕及填充方法，通過(guò)N型摻雜的單 晶硅層在槽結(jié)構(gòu)中的隔離氧化層與N型頂層單晶硅界面處引入界面電荷，增加了隔離氧 化層內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度，在保持槽區(qū)和有源區(qū)間的橫向擊穿電壓不變的前提下，可以有效地 縮小了有源區(qū)和槽區(qū)之間的最小間距，增大了可用有源區(qū)面積，如圖1所示，在N型重?fù)?雜單晶硅5的作用下，(b)中的有源區(qū)面積3遠(yuǎn)大于(a)圖中的有源區(qū)面積3。


圖1是傳統(tǒng)的刻蝕及填充方法(a)和本發(fā)明中的刻蝕及填充方法(b)襯底面積利用 率的對(duì)比。 圖2是第一次離子反應(yīng)刻蝕后深槽結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是低壓氣相化學(xué)淀積N型摻雜多晶硅后結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是第二次離子反應(yīng)刻蝕后的深槽結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是濕氧法生在隔離氧化層并多晶硅填充后的深槽結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6是刻蝕掉多余的多晶硅并覆蓋場(chǎng)氧后的深槽結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D6， 一種采用新的刻蝕及填充方法的絕緣體上硅深槽隔離結(jié)構(gòu)，包括
半導(dǎo)體襯底l，在半導(dǎo)體襯底1上面設(shè)置有埋氧層2，在埋氧層2上設(shè)有N型頂層單晶硅
3，在從N型頂層單晶硅3表面到埋氧層2之間進(jìn)行刻蝕，然后進(jìn)行了介質(zhì)填充，靠近N
型頂層單晶硅3側(cè)壁表面的是N型重?fù)诫s單晶硅層5，在N型重?fù)诫s單晶硅層5側(cè)表面是
濕氧法熱生長(zhǎng)的隔離氧化層6，在兩側(cè)的隔離氧化層6之間填充的是多晶硅7，使整個(gè)深
槽內(nèi)部完全被介質(zhì)填充。 本發(fā)明采用如下方法來(lái)制備 1、在一片絕緣體上硅材料上，通過(guò)氧化或低壓化學(xué)氣相淀積形成保護(hù)層41、氧
4化層42和氮化硅層43，然后光刻露出N型頂層單晶硅3，然后以比目標(biāo)槽寬大20%的刻 蝕窗口對(duì)絕緣體上硅進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，并經(jīng)過(guò)清洗技術(shù)對(duì)槽內(nèi)滯留物質(zhì)進(jìn)行清洗，如 圖2。 2、采用低壓化學(xué)氣相淀積方法淀積一層高摻雜的單晶硅5，直至整個(gè)深槽平面 與N型頂層單晶硅3表面持平，如圖3。 3、采用各向異性的離子反應(yīng)刻蝕工藝，刻蝕出深槽的形貌，刻蝕深度為整個(gè)絕 緣體上硅硅膜厚度，即達(dá)到絕緣體上硅結(jié)構(gòu)中的埋氧層表面，在深槽側(cè)壁上留下了摻雜 的單晶硅層5，如圖4。 4、用濕氧法熱生長(zhǎng)一層隔離氧化層6，氧化過(guò)程持續(xù)至氧化層6的厚度滿(mǎn)足隔 離要求，淀積一層多晶硅7，使絕緣體上硅的深槽內(nèi)部完全填充，如圖5。
6、淀積光刻膠，刻蝕掉多余的多晶硅，并生長(zhǎng)場(chǎng)氧或鈍化層，如圖6。
權(quán)利要求
一種絕緣體上硅的深槽隔離結(jié)構(gòu)刻蝕及填充方法，所述深槽隔離結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底(1)，所述半導(dǎo)體襯底(1)上面設(shè)置有埋氧化層(2)，在所述埋氧化層(2)上設(shè)有N型頂層單晶硅(3)，在所述N型頂層單晶硅(3)表面有保護(hù)氧化層(41)和氮化硅層(42)以及光刻膠(43)，對(duì)所述保護(hù)氧化層(41)、氮化硅層(42)和光刻膠(43)光刻后會(huì)露出N型頂層單晶硅(3)，其特征在于，所述刻蝕及填充方法包括如下工藝步驟(a)刻蝕，在所述N型頂層單晶硅(3)表面進(jìn)行刻蝕，刻蝕過(guò)程進(jìn)行到所述絕緣體上硅結(jié)構(gòu)中埋氧層(2)表面；(b)淀積，淀積一層高摻雜的單晶硅(5)；(c)刻蝕，在整個(gè)硅表面氧化或淀積一層保護(hù)氧化層后，刻蝕出深槽的形貌，刻蝕深度為整個(gè)絕緣體上硅硅膜厚度，即達(dá)到絕緣體上硅結(jié)構(gòu)中的埋氧層表面，在深槽側(cè)壁上留下了摻雜的單晶硅層(5)；(d)濕法氧化，用濕氧法熱生長(zhǎng)一層隔離氧化層(6)，氧化過(guò)程持續(xù)至氧化層(6)的厚度滿(mǎn)足隔離要求；(e)淀積，淀積一層多晶硅(7)，使絕緣體上硅的深槽內(nèi)部完全填充。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上硅的深槽隔離結(jié)構(gòu)刻蝕及填充方法，其特征在于，所述工藝步驟(a)中刻蝕的槽寬比目標(biāo)槽寬要大。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上硅的深槽隔離結(jié)構(gòu)刻蝕及填充方法，其特征在于，所述工藝步驟(b)中淀積高摻雜單晶硅采用的是低壓化學(xué)氣相淀積法(LPCVD)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上硅的深槽隔離結(jié)構(gòu)刻蝕及填充方法，其特征在于，所述工藝步驟(b)中對(duì)整個(gè)槽的淀積要做到槽區(qū)與整個(gè)N型頂層單晶硅(3)高度持平。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上硅的深槽隔離結(jié)構(gòu)刻蝕及填充方法，其特征在于所述工藝步驟(c)中的深槽刻蝕窗口大小即為目標(biāo)槽寬。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上硅的深槽隔離結(jié)構(gòu)刻蝕及填充方法，其特征在于所述工藝步驟(c)中采用的是各向異性離子反應(yīng)刻蝕工藝。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上硅的深槽隔離結(jié)構(gòu)刻蝕及填充方法，其特征在于所述方法也適用于頂層硅為P型的情況。
全文摘要
一種絕緣體上硅的深槽隔離結(jié)構(gòu)刻蝕及填充方法，包括在半導(dǎo)體襯底上面設(shè)置埋氧層，在埋氧層上設(shè)有N型頂層單晶硅，具體工藝技術(shù)步驟如下(1)采用離子反應(yīng)刻蝕工藝，刻蝕出比目標(biāo)槽寬大20％的深槽；(2)低壓化學(xué)氣相淀積N型重?fù)絾尉Ч瑁?3)采用離子反應(yīng)刻蝕工藝在N型重?fù)絾尉Ч鑳?nèi)刻蝕出深槽結(jié)構(gòu)；(4)濕氧法熱生在隔離氧化層，隔離氧化層的厚度取決于隔離性能的要求；(5)淀積多晶硅，使整個(gè)槽內(nèi)完全被填充。本發(fā)明的絕緣體上硅深槽工藝技術(shù)通過(guò)在深槽結(jié)構(gòu)隔離氧化層和絕緣體上硅硅膜間引入界面電荷，提高了有源區(qū)和槽區(qū)之間的橫向擊穿電壓；同時(shí)在保證同樣的擊穿電壓條件下，可以縮小有源區(qū)和槽區(qū)之間的最小間距，提高集成密度。
文檔編號(hào)H01L21/762GK101692435SQ20091003600
公開(kāi)日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者劉俠, 易揚(yáng)波, 李海松, 王欽 申請(qǐng)人:蘇州博創(chuàng)集成電路設(shè)計(jì)有限公司