專利名稱：形成交替排列的p型和n型半導(dǎo)體薄層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，特別是涉及一種形成交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的MOSFET器件如圖1所示，在硅襯底(N+硅基片)1上的外延層2內(nèi)有溝槽型的具有相反導(dǎo)電類型填充的外延層3，該區(qū)域頂部從外向內(nèi)依次被P阱區(qū)5、N+阱區(qū)6、P+注入層7包圍。在兩個(gè)溝槽型外延層3之間、N外延層2之上設(shè)有多晶硅4，多晶硅 4上設(shè)有層間介質(zhì)8，源金屬電極9覆蓋整個(gè)層間介質(zhì)8和外延層3。在硅襯底1的背面有背面金屬電極(漏極)10。該器件主要的難點(diǎn)是交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層結(jié)構(gòu)的形成。該結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的形成工藝方法有兩種參見(jiàn)圖2所示，第一種方法是，首先在硅襯底1上生長(zhǎng)一層外延層11，然后在外延層11中合適的位置進(jìn)行注入摻雜形成離子注入?yún)^(qū)12 ；在原有的外延層11之上再生長(zhǎng)一層外延層11，在新生長(zhǎng)的外延層11中，與前次進(jìn)行注入摻雜相同的注入位置進(jìn)行注入摻雜形成離子注入?yún)^(qū)12。這樣經(jīng)過(guò)多次的循環(huán)外延生長(zhǎng)和注入，直至外延13的厚度達(dá)到所需要的溝道深度。在爐管進(jìn)行注入摻雜區(qū)擴(kuò)散使多個(gè)離子注入?yún)^(qū)形成一完整的摻雜區(qū)14，這樣完整的P (或N)型半導(dǎo)體薄層才算完成。該方法存在的問(wèn)題是成本較高。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。另外， 工藝難以控制多次的外延生長(zhǎng)要求相同的電阻率，相同的膜質(zhì)量，對(duì)工藝的穩(wěn)定性方面要求較高；每次注入都要求在相同的位置，對(duì)注入的對(duì)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31上生長(zhǎng)一層厚的硅外延層32，然后在此硅外延層32上形成溝槽35，再用與硅外延層32有相反摻雜的硅外延33填充溝槽35 (見(jiàn)圖 3)。填充溝槽35內(nèi)的硅外延33的摻雜濃度一般是均勻的。但由于一般情況下溝槽35的底部不接觸到硅襯底31 (見(jiàn)圖3)，會(huì)導(dǎo)致位于溝槽35底部以下至硅襯底31以上之間的N 型硅外延層32在工作時(shí)不會(huì)被完全耗盡，將導(dǎo)致?lián)舸╇妷旱慕档汀?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種形成交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的方法，使溝槽底部以下的外延層能被耗盡，提高器件的擊穿電壓。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的形成交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的方法采用的第一種技術(shù)方案是步驟一，在襯底硅片上生長(zhǎng)一層N型外延層；步驟二，在所述N型外延層上形成溝槽；步驟三，采用硅源氣體、氫氣、鹵化物氣體和摻雜氣體的混合氣體在所述溝槽內(nèi)進(jìn)行P型硅外延生長(zhǎng)，填充該溝槽；
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進(jìn)行P型硅外延生長(zhǎng)時(shí)，在溝槽底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率大于溝槽頂部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率，且使溝槽底部的摻雜濃度高于溝槽內(nèi)其余部位的摻雜濃度。本發(fā)明的形成交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的方法采用的第二種技術(shù)方案是步驟一，在襯底硅片上生長(zhǎng)一層P型外延層；步驟二，在所述P型外延層上形成溝槽；步驟三，采用硅源氣體、氫氣、鹵化物氣體和摻雜氣體的混合氣體在所述溝槽內(nèi)進(jìn)行N型硅外延生長(zhǎng)，填充該溝槽；進(jìn)行N型硅外延生長(zhǎng)時(shí)，在溝槽底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率大于溝槽頂部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率，且使溝槽底部的摻雜濃度高于溝槽內(nèi)其余部位的摻雜濃度。在上述兩種技術(shù)方案中步驟一中所述外延層的生長(zhǎng)厚度為1. 0-100. 0 μ m。步驟二中所述溝槽的寬度為0. 2-10. Oym,深度為0. 8-98. Oym0步驟三中所述硅外延生長(zhǎng)的溫度為800-1300攝氏度，壓力為0. 01-760托。步驟三中所述硅源氣體為一氯氫硅、二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯氫硅中的至少一種。步驟三中所述鹵化物氣體為氯化氫和氟化氫中的至少一種。步驟三中所述摻雜氣體為硼烷、磷烷和砷烷中的至少一種?，F(xiàn)有技術(shù)中，在超級(jí)結(jié)交替的P型和N型半導(dǎo)體薄層形成過(guò)程中，由于溝槽底部未接觸到襯底硅片，在溝槽內(nèi)填充均勻摻雜反型外延，使溝槽底部以下外延層不能被完全耗盡，從而導(dǎo)致?lián)舸╇妷旱慕档汀２捎帽景l(fā)明的方法可以獲得在溝槽內(nèi)摻雜不均勻的硅外延層，即溝槽底部的硅外延生長(zhǎng)的摻雜濃度高，在遠(yuǎn)離溝槽底部的硅外延生長(zhǎng)的摻雜濃度低；這樣在器件工作時(shí)，溝槽兩側(cè)外延層被耗盡的同時(shí)，溝槽底部以下的外延層也被耗盡，從而可以提高器件的擊穿電壓。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1是超級(jí)結(jié)MOS管單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有的第一種交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層制造方法示意圖；圖3是現(xiàn)有的第二種交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層制造方法示意圖；圖4-8是本發(fā)明的方法制造工藝流程示意圖；圖9是本發(fā)明的方法工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式在進(jìn)行硅外延生長(zhǎng)填充溝槽的過(guò)程中，采用硅源氣體、氫氣、鹵化物氣體和摻雜氣體的混合氣體在所述溝槽內(nèi)進(jìn)行反型硅外延生長(zhǎng)，填充該溝槽。由于鹵化物氣體對(duì)硅的刻蝕作用，則能使溝槽底部側(cè)壁的硅外延生長(zhǎng)速率大于溝槽頂部側(cè)壁硅外延生長(zhǎng)的速率。在本發(fā)明中，通過(guò)調(diào)節(jié)硅源氣體和鹵化物氣體的流量以及其他工藝參數(shù)(例如溫度，壓力，氫氣流量等)，使硅外延生長(zhǎng)在溝槽底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率高于溝槽頂部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率。由于溝槽底部外延生長(zhǎng)速率高，硅外延層首先在溝槽底部生長(zhǎng)起來(lái)；在硅外延生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)在不同的時(shí)間段改變摻雜氣體(例如硼烷)的流量或其他工藝參數(shù)(例如溫度，壓力，氫氣流量等)使靠近溝槽底部的硅外延層的摻雜濃度高于遠(yuǎn)離溝槽底部的硅外延層的摻雜濃度。典型的做法是在硅外延生長(zhǎng)初期，通入相對(duì)比較高的摻雜氣體的流量，使外延生長(zhǎng)初期具有高的摻雜濃度；一定時(shí)間后，降低摻雜氣體的流量，使在后期生長(zhǎng)的硅外延層具有相對(duì)低的摻雜濃度。由于硅外延生長(zhǎng)初期形成的硅外延層靠近溝槽底部，而硅外延生長(zhǎng)的后期形成的硅外延層遠(yuǎn)離溝槽底部，因此溝槽內(nèi)填充的硅外延層從摻雜濃度上分為兩層即靠近溝槽底部的下層硅外延層和遠(yuǎn)離溝槽底部的上層硅外延層。當(dāng)然，硅外延生長(zhǎng)也可以分兩步進(jìn)行，第一步，開(kāi)始進(jìn)行硅外延生長(zhǎng)時(shí)，使溝槽底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率遠(yuǎn)大于溝槽頂部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率，并形成位于溝槽內(nèi)下部的下層硅外延層；第二步，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，使溝槽頂部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率接近溝槽底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率，并形成位于溝槽內(nèi)上部的上層硅外延層；下層硅外延層的摻雜濃度高于上層外延層的摻雜濃度。設(shè)溝槽的寬度為m，溝槽之間的間距為w，槽底部距襯底硅片的距離為t2 ；上層硅外延層的平均厚度為tl，下層硅外延層的摻雜濃度為xl，上層硅外延層的摻雜濃度為 x2(參見(jiàn)圖6-8)；根據(jù)超級(jí)結(jié)原理，上述參數(shù)應(yīng)滿足關(guān)系式xl/x2= l+mt2/wtl。優(yōu)選地， tl/t2 = m/w 且 xl = 2x2。下面結(jié)合圖9，通過(guò)以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施實(shí)例1采用具有高摻雜的N型雜質(zhì)襯底硅片51。在該襯底硅片51上生長(zhǎng)低摻雜的N型厚外延層52 (參見(jiàn)圖4)，外延層52的厚度在40. 0 μ m-50. 0 μ m之間。在外延層52的上表面生長(zhǎng)一層或幾層氧化硅作為溝槽刻蝕的掩膜，在外延層52中刻蝕出深度為35. 0-50. Oym 的溝槽55(參見(jiàn)圖5)。溝槽刻蝕后氧化硅掩膜可以去除也可以保留。如果保留氧化硅掩膜，在后續(xù)的硅外延生長(zhǎng)填充溝槽55的過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整硅源流量和鹵化物氣體流量的比例，可以達(dá)到硅不在氧化硅表面上生長(zhǎng)的效果。溝槽55刻蝕后，用P型硅外延生長(zhǎng)工藝填充溝槽55。用P型硅外延生長(zhǎng)工藝填充溝槽55時(shí)，采用硅源氣體、氫氣、鹵化氫氣體和摻雜氣體的混合氣體在溝槽55內(nèi)進(jìn)行外延生長(zhǎng)。不同的硅源氣體，應(yīng)采用不同的生長(zhǎng)溫度和不同的壓力含氯越高的硅源氣體，反應(yīng)溫度應(yīng)越高，壓力也應(yīng)相應(yīng)升高，否則容易有晶格缺陷產(chǎn)生。調(diào)節(jié)硅源氣體和鹵化氫氣體流量的比列以及其他工藝參數(shù)，使硅外延生長(zhǎng)在溝槽55 底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率快，在溝槽55頂部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率慢。在硅外延生長(zhǎng)初期，通入高的摻雜氣體的流量，使初始形成的外延層具有高的摻雜濃度(參見(jiàn)圖6)；隨后降低摻雜氣體的流量，使其在后期形成的外延層具有低的摻雜濃度(參見(jiàn)圖7)。完全填充溝槽55后，由于外延的過(guò)剩生長(zhǎng)，溝槽55處的表面高度一般會(huì)高于其他地方，所以最后用化學(xué)機(jī)械研磨方法對(duì)硅片表面進(jìn)行平坦化(參見(jiàn)圖8)。深溝槽刻蝕的掩膜所用的氧化硅膜可以高溫氧化形成，也可以是CVD淀積形成， 還可以二者兼有。掩膜還可以是氮化物膜，氮氧化物膜，或者是氧化物膜、氮化物膜和氮氧化物膜中的兩種或三種。溝槽刻蝕后P型硅外延生長(zhǎng)前掩膜可以是全部保留，也可以是部分保留，還可以全部不保留。
若P型硅外延生長(zhǎng)時(shí)有硬掩膜保留，則此硬掩膜可以在外延后去除，也可以保留到化學(xué)機(jī)械研磨，作為化學(xué)機(jī)械研磨的阻擋層，在化學(xué)機(jī)械研磨后去除。實(shí)施實(shí)例2采用具有高摻雜的N型雜質(zhì)襯底硅片51，在此襯底硅片51上生長(zhǎng)低摻雜的N型厚外延層52 (參見(jiàn)圖4)，外延層52的厚度在40. 0 μ m-50. 0 μ m之間。在外延層52的上表面生長(zhǎng)一層或幾層氧化硅作為溝槽刻蝕的掩膜，在外延層52中刻蝕出深度為35. 0-50. 0 μ m 溝槽55 (參見(jiàn)圖5)。溝槽刻蝕后氧化硅掩膜可以去除也可以保留。如果保留氧化硅掩膜，在后續(xù)的硅外延生長(zhǎng)填充溝槽55的過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整硅源流量和鹵化物氣體流量的比例，可以達(dá)到硅不在氧化硅表面上生長(zhǎng)的效果。溝槽55刻蝕后，用P型硅外延生長(zhǎng)工藝填充溝槽55。用P型硅外延生長(zhǎng)工藝填充溝槽55時(shí)，采用硅源氣體、氫氣、鹵化氫氣體和摻雜氣體的混合氣體在溝槽55內(nèi)進(jìn)行外延生長(zhǎng)。不同的硅源氣體，應(yīng)采用不同的生長(zhǎng)溫度和不同的壓力含氯越高的硅源氣體，反應(yīng)溫度應(yīng)越高，壓力也應(yīng)相應(yīng)升高，否則容易有晶格缺陷產(chǎn)生。調(diào)節(jié)硅源氣體和鹵化氫氣體流量的比列以及其他工藝參數(shù)，使硅外延生長(zhǎng)初期外延膜在溝槽55底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率顯著高于溝槽55頂部側(cè)壁，且通入高的摻雜氣體的流量， 使其在溝槽55底部形成的外延層具有高的摻雜濃度(參見(jiàn)圖6)；隨后調(diào)整硅源氣體和鹵化物氣體的流量，提高溝槽55頂部側(cè)壁外延的生長(zhǎng)速率，同時(shí)降低摻雜氣體的流量，使其在后期形成的遠(yuǎn)離溝槽底部的外延層具有低的摻雜濃度(參見(jiàn)圖7)。完全填充溝槽55后， 由于外延的過(guò)剩生長(zhǎng)，溝槽55處的表面高度一般會(huì)高于其他地方，所以最后用化學(xué)機(jī)械研磨方法對(duì)硅片表面進(jìn)行平坦化(參見(jiàn)圖8)。深溝槽刻蝕的掩膜所用的氧化硅膜可以高溫氧化形成，也可以是CVD淀積形成， 還可以二者兼有。掩膜還可以是氮化物膜、氮氧化物膜，或者是氧化物膜、氮化物膜和氮氧化物膜中的兩種或三種。溝槽刻蝕后硅外延生長(zhǎng)前掩膜可以是全部保留，也可以是部分保留，還可以全部不保留。若外延生長(zhǎng)時(shí)有硬掩膜保留，則此硬掩膜可以在外延后去除，也可以保留到化學(xué)機(jī)械研磨，作為化學(xué)機(jī)械研磨的阻擋層，在化學(xué)機(jī)械研磨后去除。實(shí)施實(shí)例3采用具有高摻雜的N型雜質(zhì)襯底硅片51，在該襯底硅片51上生長(zhǎng)低摻雜的N型厚外延層52 (參見(jiàn)圖4)，外延層52的厚度在40. 0 μ m-50. 0 μ m之間。在外延層52的上表面生長(zhǎng)一層或幾層氧化硅膜，該氧化硅膜可以避免后續(xù)的硅外延填充時(shí)硅外延在溝槽表面生長(zhǎng)，防止溝槽在填充過(guò)程中過(guò)早的封口，從而降低溝槽填充的難度。用光刻膠作為溝槽刻蝕的掩膜，在外延層52中刻蝕出深度為35. 0-50. Oym的溝槽55 (參見(jiàn)圖5)。溝槽55刻蝕后去除光刻膠。用P型硅外延生長(zhǎng)工藝填充溝槽55。用P型硅外延生長(zhǎng)工藝填充溝槽55時(shí)，采用硅源氣體、氫氣、鹵化物氣體和摻雜氣體的混合氣體進(jìn)行外延生長(zhǎng)。通過(guò)調(diào)整硅源氣體流量和鹵化物氣體流量的比例，可以達(dá)到硅不在氧化硅表面上生長(zhǎng)的效果。不同的硅源氣體，應(yīng)采用不同的生長(zhǎng)溫度和不同的壓力含氯越高的硅源氣體，反應(yīng)溫度應(yīng)越高，壓力也應(yīng)相應(yīng)升高，否則容易有晶格缺陷產(chǎn)生。 調(diào)節(jié)硅源氣體和商化氫氣體流量的比列以及其他工藝參數(shù)，使硅外延在溝槽底部生長(zhǎng)速率快，在溝槽頂部生長(zhǎng)速率慢。在硅外延生長(zhǎng)初期，通入高的摻雜氣體的流量，使初始形成的外延層具有高的摻雜濃度(參見(jiàn)圖6)；隨后降低摻雜氣體的流量，使其在后期形成的外延層具有低的摻雜濃度(參見(jiàn)圖7)。在完全填充溝槽55后，由于外延的過(guò)剩生長(zhǎng)，溝槽55 處的表面高度一般會(huì)高于其他地方，所以最后用化學(xué)機(jī)械研磨方法對(duì)硅片表面進(jìn)行平坦化 (參見(jiàn)圖8)。溝槽55表面的氧化硅膜可以高溫氧化形成，也可以是CVD淀積形成，還可以二者兼有。氧化硅膜還可以被氮化物膜、氮氧化物膜，或者是氧化物膜、氮化物膜和氮氧化物膜中的一種、兩種或三種代替。溝槽外延填充后氧化物膜、氮化物膜或氮氧化物膜可以去除， 也可以保留到化學(xué)機(jī)械研磨，作為化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)的阻擋層。實(shí)施實(shí)例4采用具有高摻雜的N型雜質(zhì)襯底硅片51，在該襯底硅片51上生長(zhǎng)低摻雜的N型厚外延層(參見(jiàn)圖4)，外延層的厚度在40.0 μ m-50. Oym之間。在外延層52的上表面生長(zhǎng)一層或幾層氧化硅膜，該氧化硅膜可以避免后續(xù)的硅外延填充時(shí)硅外延在溝槽表面生長(zhǎng)，防止溝槽在填充過(guò)程中過(guò)早的封口，從而降低溝槽填充的難度。用光刻膠作為溝槽刻蝕的掩膜，在外延層52中刻蝕出深度為35. 0-50. 0 μ m溝槽55 (參見(jiàn)圖5)。溝槽55刻蝕后去除光刻膠。用P型硅外延生長(zhǎng)工藝填充溝槽55。用P型硅外延生長(zhǎng)工藝填充溝槽55時(shí)，采用硅源氣體、氫氣、鹵化氫氣體和摻雜氣體的混合氣體進(jìn)行外延生長(zhǎng)。不同的硅源氣體，應(yīng)采用不同的生長(zhǎng)溫度和不同的壓力 含氯越高的硅源氣體，反應(yīng)溫度應(yīng)越高，壓力也應(yīng)相應(yīng)升高，否則容易有晶格缺陷產(chǎn)生。調(diào)節(jié)硅源氣體和商化氫氣體流量的比列以及其他工藝參數(shù)，使硅外延生長(zhǎng)初期外延膜在溝槽 55底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率顯著高于溝槽55頂部側(cè)壁，且通入高的摻雜氣體的流量，使其在溝槽底部形成的外延層具有高的摻雜濃度(參見(jiàn)圖6)；隨后調(diào)整硅源氣體和鹵化氫氣體的流量，提高溝槽頂部側(cè)壁外延的生長(zhǎng)速率，同時(shí)降低摻雜氣體的流量，使其在后期形成的遠(yuǎn)離溝槽底部的外延層具有低的摻雜濃度(參見(jiàn)圖7)。完全填充溝槽后，由于外延的過(guò)剩生長(zhǎng)， 溝槽55處的表面高度一般會(huì)高于其他地方，所以最后用化學(xué)機(jī)械研磨方法對(duì)硅片表面進(jìn)行平坦化(參見(jiàn)圖8)。深溝槽刻蝕的掩膜所用的氧化硅膜可以高溫氧化形成，也可以是CVD淀積形成， 還可以二者兼有。掩膜還可以是氮化物膜、氮氧化物膜，或者是氧化物膜、氮化物膜和氮氧化物膜中的兩種或三種。溝槽刻蝕后硅外延生長(zhǎng)前掩膜可以是全部保留，也可以是部分保留，或者全部不保留。若外延生長(zhǎng)時(shí)有硬掩膜保留，則此硬掩膜可以在外延后去除，也可以保留到化學(xué)機(jī)械研磨，作為化學(xué)機(jī)械研磨的阻擋層，在化學(xué)機(jī)械研磨后去除。實(shí)施實(shí)例5采具有高摻雜的N型雜質(zhì)襯底硅片51，在該襯底硅片51上生長(zhǎng)低摻雜的N型厚外延層52 (參見(jiàn)圖4)，外延層52的厚度在40. 0 μ m-50. 0 μ m之間。用光刻膠作為溝槽刻蝕的掩模，然后在外延層52中刻蝕出深度為35. 0-50. 0 μ m溝槽55 (參見(jiàn)圖5)。溝槽55刻蝕后去除光刻膠。采用硅源氣體、氫氣、鹵化氫氣體和摻雜氣體(P型)的混合氣體進(jìn)行外延生長(zhǎng)。不同的硅源氣體，應(yīng)采用不同的生長(zhǎng)溫度和不同的壓力含氯越高的硅源氣體，反應(yīng)溫度應(yīng)越高，壓力也應(yīng)相應(yīng)升高，否則容易有晶格缺陷產(chǎn)生。調(diào)節(jié)硅源氣體和鹵化氫氣體流量的比列以及其他工藝參數(shù)，使硅外延在溝槽底部生長(zhǎng)速率快，在溝槽頂部生長(zhǎng)速率慢。在硅外延生長(zhǎng)初期，通入高的摻雜氣體的流量，使初始形成的外延層具有高的摻雜濃度(參見(jiàn)圖6)；隨后降低摻雜氣體的流量，使其在后期形成的外延層具有低的摻雜濃度(參見(jiàn)圖7)。在完全溝槽填充后，由于外延的過(guò)剩生長(zhǎng)，溝槽處的表面高度一般會(huì)高于其他地方，所以最后用化學(xué)機(jī)械研磨方法對(duì)硅片表面進(jìn)行平坦化(參見(jiàn)圖8)。實(shí)施實(shí)例6采具有高摻雜的N型雜質(zhì)襯底硅片51，在該襯底硅片51上生長(zhǎng)低摻雜的N型厚外延層52 (參見(jiàn)圖4)，外延層52的厚度在40.0μπι-50.0μπι之間。用光刻膠作為溝槽刻蝕的掩模，然后在外延層52中刻蝕出深度為35. 0-50. 0 μ m溝槽55 (參見(jiàn)圖5)。溝槽刻蝕后去除光刻膠。采用硅源氣體、氫氣、鹵化氫氣體和摻雜氣體(P型)的混合氣體進(jìn)行外延生長(zhǎng)。不同的硅源氣體，應(yīng)采用不同的生長(zhǎng)溫度和不同的壓力含氯越高的硅源氣體，反應(yīng)溫度應(yīng)越高，壓力也應(yīng)相應(yīng)升高，否則容易有晶格缺陷產(chǎn)生。調(diào)節(jié)硅源氣體和鹵化氫氣體流量的比列以及其他工藝參數(shù)，使硅外延生長(zhǎng)初期外延膜在溝槽底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率顯著高于溝槽頂部側(cè)壁，且通入高的摻雜氣體的流量，使其在溝槽底部形成的外延層具有高的摻雜濃度(參見(jiàn)圖6)；隨后調(diào)整硅源氣體和鹵化氫氣體的流量，提高溝槽頂部側(cè)壁外延的生長(zhǎng)速率，同時(shí)降低摻雜氣體的流量，使其在后期形成的遠(yuǎn)離溝槽底部的外延層具有低的摻雜濃度(參見(jiàn)圖7)。在完全溝槽填充后，由于外延的過(guò)剩生長(zhǎng)，溝槽處的表面高度一般會(huì)高于其他地方，所以最后用化學(xué)機(jī)械研磨方法對(duì)硅片表面進(jìn)行平坦化(參見(jiàn)圖8)。上述實(shí)施例中硅外延層52也可以是P型，則相應(yīng)硅外延填充應(yīng)是N型。上述實(shí)施例中溝槽深度以及硅外延層52的表述僅作為典型實(shí)施例說(shuō)明用，不代表本專利所保護(hù)的范圍；溝槽深度在35. 0-50. Oym之外的溝槽和外延層52厚度在 40. 0-50. Oym之外的外延層也在本專利的保護(hù)之列。上述實(shí)施例中溝槽內(nèi)外延層的不同摻雜濃度的獲得也可通過(guò)其他方法，例如溫度、壓力、硅源氣體的流量等。只要是溝槽內(nèi)外延層摻雜濃度呈梯度不均勻分布，即溝槽底部摻雜濃度高，溝槽其他部分摻雜濃度低，則都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
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權(quán)利要求
1.一種形成交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，在襯底硅片上生長(zhǎng)一層N型外延層；步驟二，在所述N型外延層上形成溝槽；步驟三，采用硅源氣體、氫氣、商化物氣體和摻雜氣體的混合氣體在所述溝槽內(nèi)進(jìn)行P 型硅外延生長(zhǎng)，填充該溝槽；進(jìn)行P型硅外延生長(zhǎng)時(shí)，在溝槽底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率大于溝槽頂部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率， 且使溝槽底部的摻雜濃度高于溝槽內(nèi)其余部位的摻雜濃度。
2.一種形成交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，在襯底硅片上生長(zhǎng)一層P型外延層；步驟二，在所述P型外延層上形成溝槽；步驟三，采用硅源氣體、氫氣、商化物氣體和摻雜氣體的混合氣體在所述溝槽內(nèi)進(jìn)行N 型硅外延生長(zhǎng)，填充該溝槽；進(jìn)行N型硅外延生長(zhǎng)時(shí)，在溝槽底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率大于溝槽頂部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率， 且使溝槽底部的摻雜濃度高于溝槽內(nèi)其余部位的摻雜濃度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于還包括步驟四，用化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)溝槽表面進(jìn)行平坦化。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟一中所述外延層的生長(zhǎng)厚度為 1. 0-100. 0 μ m。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟二中所述溝槽的寬度為 0. 2-10. Oym,深度為0. 8-98. 0 μ M,且溝槽的深度小于步驟一中外延層的厚度。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟三中所述硅外延生長(zhǎng)的溫度為 800-1300攝氏度，壓力為0. 01-760托。
7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟三中所述硅源氣體為一氯氫硅、二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯氫硅中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟三中所述鹵化物氣體為氯化氫和氟化氫中的至少一種。
9.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟三中所述摻雜氣體為硼烷、磷烷和砷烷中的至少一種。
10.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟三中在所述溝槽內(nèi)進(jìn)行的硅外延生長(zhǎng)分兩步實(shí)施，Α、開(kāi)始進(jìn)行硅外延生長(zhǎng)時(shí)，使溝槽底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率遠(yuǎn)大于溝槽頂部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率，并形成位于溝槽內(nèi)下部的下層硅外延層；B、經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，使溝槽頂部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率接近溝槽底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率，并形成位于溝槽內(nèi)上部的上層硅外延層； 下層硅外延層的摻雜濃度高于上層外延層的摻雜濃度。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于設(shè)溝槽的寬度為m，溝槽之間的間距為w， 溝槽底部距襯底硅片的距離為t2 ；上層硅外延層的平均厚度為tl，下層硅外延層的摻雜濃度為xl，上層硅外延層的摻雜濃度為x2 ；則xl/x2 = l+mt2/wtl ；優(yōu)選地，tl/t2 = m/w且 xl = 2x2。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種形成交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層的方法，在襯底硅片上生長(zhǎng)一層外延層；在所述外延層上形成溝槽；采用硅源氣體、氫氣、鹵化物氣體和摻雜氣體的混合氣體在所述溝槽內(nèi)進(jìn)行反型硅外延生長(zhǎng)，填充該溝槽；進(jìn)行硅外延生長(zhǎng)時(shí)，在溝槽底部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率大于溝槽頂部側(cè)壁的生長(zhǎng)速率，且使溝槽底部的摻雜濃度高于溝槽內(nèi)其余部位的摻雜濃度。本發(fā)明能使溝槽底部以下的外延層被耗盡，提高器件的擊穿電壓。適用于超級(jí)結(jié)MOS器件。
文檔編號(hào)H01L21/18GK102254796SQ20101018011
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者劉繼全, 肖勝安 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司