專利名稱：用于填充溝槽的硅外延方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅外延方法，特別涉及一種用于填充高深寬比溝槽的硅外延方法。
背景技術(shù)：
超結(jié)結(jié)構(gòu)的M0SFET器件的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在硅襯底10上的外延層12內(nèi)有溝槽 型的具有相反導(dǎo)電類型填充的外延溝道11，該導(dǎo)電型區(qū)域延生至外延層12上并在其內(nèi)制 備有與外延層12具有相同導(dǎo)電類型的阱區(qū)13，阱區(qū)13上設(shè)有多晶硅，而在兩個外延溝道上 方設(shè)有氧化硅層14及位于氧化硅層上的多晶硅16。一種常規(guī)的制造工藝(見圖2)是首 先在襯底硅片1上生長一層外延層2，然后再在合適的位置進(jìn)行注入摻雜形成離子注入?yún)^(qū) 3 ；然后再生長一層外延層4，再在前次相同的注入位置進(jìn)行注入形成離子注入?yún)^(qū)5。這樣多 次的循環(huán)外延生長和注入，直至外延厚度達(dá)到所需要的溝道深度。最后再在爐管進(jìn)行注入 摻雜區(qū)擴(kuò)散使多個離子注入?yún)^(qū)形成一完成的摻雜區(qū)7，這樣完整的P(N)型外延溝道才算完 成。此方法存在的問題首先是成本較高，外延和注入都是半導(dǎo)體制造中成本較高的工藝，特 別是外延，在一般的半導(dǎo)體制造中一般只有一次；其次是工藝難以控制，幾次的外延生長要 求相同的電阻率，相同的膜質(zhì)量，對工藝的穩(wěn)定性方面要求較高；另外每次注入都要求在相 同的位置，對注入的對準(zhǔn)、精度方面都要求很高。另外一種制造工藝是首先在硅襯底21上生長一層厚的硅外延層22，然后在此外 延層上形成一個溝槽23，再用于外延層22有相反摻雜的硅外延工藝生長硅25以填充溝槽 (見圖3)。此方法存在兩個難點首先是表面平滑的深溝槽刻蝕較困難；其次是傳統(tǒng)的外延 很難填滿沒有空洞的溝槽。由于近年來刻蝕技術(shù)的發(fā)展，溝槽的刻蝕問題逐漸被克服。傳 統(tǒng)外延是高溫外延，溫度一般在1050°C以上，生長控制方式是質(zhì)量傳輸控制型，所以在填充 溝槽的時候，溝槽頂部生長較快而溝槽內(nèi)部生長較慢，因此溝槽會封口較快，導(dǎo)致在溝槽內(nèi) 部產(chǎn)生空洞。由于外延工藝的難點，第二種制造工藝還只是在開發(fā)階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于填充溝槽的外延方法，其具有較好的溝 槽填充能力。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的用于填充溝槽的外延方法，在有硬掩膜的硅外延 層上刻蝕形成溝槽之后，采用如下工藝參數(shù)進(jìn)行硅外延生長填充溝槽采用二氯二氫硅作 為外延生長的硅源，外延腔體內(nèi)的工藝溫度為800°C -950°C，外延時在所述外延腔體內(nèi)加 入流量為50-600sccm氯化氫氣體。本發(fā)明的用于填充溝槽的外延方法可以明顯改善外延生長材料的溝槽填充能力。 傳統(tǒng)外延方法來填充寬1. 0-5. 0 ii m，深10. 0-50. Oum的溝槽時，空洞的寬度一般在2. 0 y m 以上。而用本發(fā)明的方法進(jìn)行相同尺寸溝槽的填充時，因為通過降低外延生長的溫度，使外 延的生長速率控制主要為溫度控制型；其次在主要外延步驟中加入刻蝕氣體氯化氫，并調(diào)節(jié)二氯二氫硅與氯化氫的比例，使外延時溝槽頂部的凈生長速度小于或等于溝槽內(nèi)部的凈 生長速度，從而抑制溝槽過早的封口，因此可以獲得完全沒有空洞的填充效果。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1為現(xiàn)有的超結(jié)結(jié)構(gòu)的M0SFET器件結(jié)構(gòu)；圖2為現(xiàn)有的一種超結(jié)結(jié)構(gòu)MOSFET P (N)型溝道的制造工藝流程；圖3為現(xiàn)有的另一種超結(jié)結(jié)構(gòu)MOSFET P (N)型溝道的制造工藝流程。
具體實施例方式本發(fā)明公開的是一種填充高深寬比溝槽的外延工藝方法，此溝槽應(yīng)用于超級 結(jié)MOSFET。其主要特征是在襯底的外延層上溝槽刻蝕后保留硬掩膜，之后采用二氯二氫 硅(DCS)作為外延生長的硅源進(jìn)行硅外延生長，外延溫度設(shè)在低溫外延區(qū)間，并用選擇性 外延的方法，使溝槽內(nèi)部硅正常生長、溝槽外部因有硬掩膜的保護(hù)不生長或生長較慢，使 溝槽封口較慢，從而提高外延的溝槽填充能力。此方法填充寬1. 0-5. 0 y m(微米)，深為 10. 0-50. 0 u m的溝槽，可以達(dá)到完全沒有空洞的效果。本發(fā)明的用于填充溝槽的外延方法，在有硬掩膜的外延層上刻蝕形成溝槽之后， 采用如下工藝參數(shù)進(jìn)行硅外延生長以填充溝槽采用二氯二氫硅作為硅外延生長的硅 源，外延腔體內(nèi)的工藝溫度為800°C -950°C，硅外延生長時在所述外延腔體內(nèi)加入流量為 50-600sCCm氯化氫氣體。上述的硬掩膜材料可為氧化硅或氮化硅。外延時其它工藝參數(shù)可 控制如下外延腔體內(nèi)的壓力為20-760托，二氯二氫硅(DCS)的流量為50-600sCCm，生長 時還可在外延腔體中加入硼烷或磷烷作為摻雜源。本發(fā)明的用于填充溝槽的硅外延方法，因為通過降低外延生長的溫度，使外延的 生長速率控制主要為溫度控制型；其次在主要外延步驟中加入刻蝕氣體氯化氫，并調(diào)節(jié)二 氯二氫硅與氯化氫的比例，使外延時溝槽頂部的凈生長速度小于或等于溝槽內(nèi)部的凈生長 速度，從而抑制溝槽過早的封口，因此可以獲得完全沒有空洞的填充效果。
權(quán)利要求
一種用于填充溝槽的硅外延方法，其特征在于，在有硬掩膜的硅外延層上刻蝕形成溝槽之后，采用如下工藝參數(shù)進(jìn)行硅外延生長填充所述溝槽采用二氯二氫硅作為所述硅外延生長的硅源，外延腔體內(nèi)的工藝溫度為800℃-950℃，外延時在所述外延腔體內(nèi)加入流量為50-600sccm氯化氫氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的硅外延方法，其特征在于所述溝槽的寬度為1.0-5.Oym，深度 為 10. 0-50. Oil m。
3.如權(quán)利要求1所述的硅外延方法，其特征在于所述硬掩膜為氧化硅或氮化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的硅外延方法，其特征在于所述硅外延生長時外延腔體內(nèi)的壓 力為20-760托，所述硅源二氯二氫硅的流量為50-600sCCm，還在所述外延腔體內(nèi)加入硼烷 或磷烷作為摻雜源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于填充溝槽的硅外延方法，在有硬掩膜的硅外延層上刻蝕形成溝槽之后，采用如下工藝參數(shù)進(jìn)行硅外延生長填充所述溝槽采用二氯二氫硅作為硅外延生長的硅源，外延腔體內(nèi)的工藝溫度為800℃-950℃，外延時在所述外延腔體內(nèi)加入流量為50-600sccm氯化氫氣體。本發(fā)明的硅外延方法，可用于填充高深寬比的溝槽以形成沒有空洞的填充效果。
文檔編號H01L21/3065GK101866833SQ20091005707
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者劉繼全, 張宏偉, 繆燕, 謝烜 申請人:上海華虹Nec電子有限公司