專利名稱：刻蝕和填充深溝槽的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體集成電路制造工藝。
背景技術：
通常將深度在10 μ m以上的溝槽稱為深溝槽，深溝槽結(jié)構在現(xiàn)今的半導體技術中得到較為廣泛的應用。例如，深溝槽可作為隔離結(jié)構以隔絕不同操作電壓的電子器件。又如，深溝槽可應用于超級結(jié)MOS晶體管(super junction MOSFET)，作為PN結(jié)通過耗盡態(tài)的電荷平衡達到高擊穿電壓性能。超級結(jié)MOS晶體管制造過程中刻蝕和填充深溝槽的方法，是在ρ型硅襯底上生長一層η型外延層(單晶硅)，然后在該外延層上刻蝕深溝槽，然后再用ρ型單晶硅填充該深溝槽，最后用化學機械研磨(CMP)工藝進行表面平坦化。此時該深溝槽結(jié)構作為ρ型半導體柱，該深溝槽結(jié)構的兩側(cè)作為η型半導體柱，即得到了縱向交替排列的ρ型和η型半導體柱。該方法中將η型硅與ρ型硅交換，效果不變。上述方法中，是在硅材料中刻蝕深溝槽，深溝槽中填充的也是硅材料，這便使CMP 工藝無法區(qū)分溝槽內(nèi)外結(jié)構，有可能直接研磨到硅襯底，從而影響器件的某些電學性能。與此類似地，當在某種半導體材料中刻蝕深溝槽，隨后又采用相同的半導體材料填充該深溝槽，隨后又采用CMP工藝對硅片表面進行平坦化處理時，都會出現(xiàn)無法控制CMP 工藝停止點的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題提供一種刻蝕和填充深溝槽的方法，該方法可以保護硅襯底，達到較好的工藝控制效果。為解決上述技術問題，本發(fā)明刻蝕和填充深溝槽的方法包括如下步驟第1步，在硅片表面淀積ONO (氧化硅-氮化硅-氧化硅，oxide-nitride-oxide) 層；第2步，在硅片上刻蝕一個深溝槽，以所述ONO層最上方的氧化硅作為刻蝕阻擋層；第3步，去除所述ONO層最上方的氧化硅和中間的氮化硅；第4步，以單晶硅或多晶硅填充所述深溝槽；第5步，采用化學機械研磨工藝對硅片表面進行平坦化處理，以所述ONO層最下方的氧化硅作為研磨阻擋層；第6步，去除所述ONO層最下方的氧化硅。本發(fā)明刻蝕和填充深溝槽的方法，可以在硅片的同時，達到較好的工藝控制效果。


圖1是本發(fā)明刻蝕和填充深溝槽的方法的流程圖加 圖2f是本發(fā)明刻蝕和填充深溝槽的方法的各步驟硅片剖面示意圖。圖中附圖標記說明1為硅襯底；2為外延層；3為ONO層；31為氧化硅；32為氮化硅；33為氧化硅；4 為深溝槽；5為單晶硅。
具體實施例方式請參閱圖1，本發(fā)明刻蝕和填充深溝槽的方法包括如下步驟第1步，請同時參閱圖加，在硅片表面淀積ONO層3。所述硅片可以是硅襯底1，也可以是硅襯底1及其上方的外延層2。圖加中示意性地表示為后者，其中外延層2的厚度優(yōu)選為10 100 μ m。所述ONO層3具體包括位于下方的氧化硅31、位于中間的氮化硅32、位于上方的氧化硅33，總體呈三明治結(jié)構。其中氧化硅31的厚度優(yōu)選為10 5000A，氮化硅32的厚度優(yōu)選為10 5000A，氧化硅33的厚度優(yōu)選為10 30000A。所述ONO層3的淀積工藝即先在硅片表面淀積一層氧化硅31，再在硅片表面淀積一層氮化硅32，再在硅片表面淀積一層氧化硅33，這樣氧化硅31、氮化硅32和氧化硅33 一起構成了 ONO層3。各子層的淀積可采用APCVD (常壓化學氣相淀積)工藝、LPCVD (低壓化學氣相淀積)工藝、或PECVD (等離子體增強化學氣相淀積)工藝等。第2步，請同時參閱圖2b，在硅片上刻蝕一個深溝槽4，以所述ONO層3最上方的氧化硅33作為刻蝕阻擋層。所述深溝槽4的深度大于或等于10 μ m。優(yōu)選的，所述深溝槽4的深度。為10 100 μ m,寬度為1 10 μ m。深溝槽4的底部可以在外延層2中，也可以在硅襯底1中，也可以在外延層2與硅襯底1的交界面處。例如，采用光刻和刻蝕工藝刻蝕溝槽4。先在硅片表面旋涂一層光刻膠，曝光、顯影后暴露出刻蝕窗口(即溝槽4的位置)。然后以干法刻蝕工藝至少去除刻蝕窗口中的氧化硅33，也可以同時去除刻蝕窗口中的氮化硅32和/或氧化硅31。接著去除光刻膠，此時已由氧化硅33作為側(cè)壁形成一個淺溝槽。在該淺溝槽中以干法刻蝕工藝刻蝕，直至刻蝕到外延層2和/或硅襯底1中，達到預定的深溝槽深度。在光刻膠去除后的刻蝕過程中，氧化硅 33作為刻蝕阻擋層。第3步，請同時參閱圖2c，去除所述ONO層3最上方的氧化硅33和中間的氮化硅 32。優(yōu)選地，先去除氧化硅33，此時氮化硅32作為氧化硅31的保護層，確保氧化硅31 不會受到刻蝕工藝(包括干法刻蝕、濕法腐蝕)的影響，仍然保持較好的膜厚均勻性；然后再去除氮化硅32。例如，采用干法刻蝕工藝去除氧化硅33和氮化硅32。又如，采用濕法腐蝕工藝分別去除氧化硅33和氮化硅32。常用的氧化硅的腐蝕藥液為氫氟酸，常用的氮化硅的腐蝕藥液為熱磷酸。還可以先采用干法刻蝕工藝去除氧化硅33，再采用濕法腐蝕工藝去除氮化硅 32 ；或者先采用濕法腐蝕工藝去除氧化硅33，再采用干法刻蝕工藝去除氮化硅32。如果采用濕法去除氧化硅33，由于深溝槽4貫穿了 ONO層3，因此氧化硅31靠近深溝槽4的部位也會受到側(cè)向侵蝕。這樣在去除氮化硅32后，深溝槽4的兩側(cè)壁上方會暴露出部分的硅，如圖2c所示。第4步，請同時參閱圖2d，填充深溝槽4。填充材料硅5可以是單晶硅，也可以是多晶硅。例如，在硅片表面采用外延生長工藝生長一層單晶硅5，該單晶硅5至少將深溝槽 4填充滿。又如，采用LPCVD工藝在硅片表面淀積一層多晶硅5，該多晶硅5至少將深溝槽 4填充滿。又如，在硅片表面先采用外延生長工藝生長一層單晶硅，再以LPCVD工藝淀積一層多晶硅，所述的單晶硅和多晶硅一起至少將深溝槽4填充滿。第5步，請同時參閱圖2e，采用化學機械研磨工藝對硅片表面進行平坦化處理，以所述ONO層3最下方的氧化硅31作為研磨阻擋層。這一步中，至少將硅5研磨至與氧化硅31的上表面齊平，即只在深溝槽4中保留有單晶硅4作為填充物，而將氧化硅31上方的硅去除干凈。實際上由于研磨液對不同半導體材料的選擇比，深溝槽4中的硅5的上表面會稍低于氧化硅31的上表面，如圖2e所示。第6步，請同時參閱圖2f，去除氧化硅31。這一步可以采用干法刻蝕工藝和/或濕法腐蝕工藝，與第3步類似。本發(fā)明刻蝕和填充深溝槽的方法，創(chuàng)新性地在刻蝕深溝槽前先在硅片表面形成 ONO層。所述ONO層最上方的氧化硅作為刻蝕深溝槽時的刻蝕阻擋層。所述ONO層中間的氮化硅作為最下方氧化硅的保護層，確保其不會受到刻蝕工藝的影響，仍然保持較好的膜厚均勻性。所述ONO層最下方的氧化硅作為填充深溝槽后研磨填充物時的研磨阻擋層，由于這一層氧化硅的厚度均勻，并且未被刻蝕工藝破壞，因此有利于CMP工藝控制，并且保證了 CMP工藝不會傷害其下方的硅片，從而達到較好的工藝控制效果。如果在刻蝕深溝槽前僅先在硅片表面形成一層氧化硅，這一層氧化硅既作為刻蝕深溝槽時的刻蝕阻擋層，又作為填充深溝槽后研磨填充物時的研磨阻擋層。那么這一層氧化硅在作為刻蝕阻擋層時，其膜厚和均勻性會受到工藝的波動而變化，，因此在作為研磨阻擋層時不利于CMP工藝的控制。采用本發(fā)明所述方法之后，所述ONO層最下方的氧化硅可以根據(jù)工藝和器件要求進行調(diào)整，總體而言可以比傳統(tǒng)工藝更薄。較小的厚度有利于減少前述濕法腐蝕工藝時出現(xiàn)的側(cè)向侵蝕現(xiàn)象，從而提高器件的性能和可靠性。
權利要求
1.一種刻蝕和填充深溝槽的方法，其特征是，包括如下步驟第1步，在硅片表面淀積ONO層；第2步，在硅片上刻蝕一個深溝槽，以所述ONO層最上方的氧化硅作為刻蝕阻擋層；第3步，去除所述ONO層最上方的氧化硅和中間的氮化硅；第4步，以單晶硅或多晶硅填充所述深溝槽；第5步，采用化學機械研磨工藝對硅片表面進行平坦化處理，以所述ONO層最下方的氧化硅作為研磨阻擋層；第6步，去除所述ONO層最下方的氧化硅。
2.根據(jù)權利要求1所述的刻蝕和填充深溝槽的方法，其特征是，所述方法第1步中，所述硅片為硅襯底；或者所述硅片為硅襯底上生長一層外延層，所述外延層的厚度為10 ΙΟΟμπι。
3.根據(jù)權利要求1所述的刻蝕和填充深溝槽的方法，其特征是，所述方法第1步中， 淀積ONO層采用APCVD工藝、LPCVD工藝、或PECVD工藝，所述ONO層包括位于下方的厚度為10 5000Α的氧化硅、位于中間的厚度為10 5000Α的氮化硅、位于上方的厚度為 10 30000Α的氧化硅。
4.根據(jù)權利要求1所述的刻蝕和填充深溝槽的方法，其特征是，所述方法第2步中，所述深溝槽的深度為10 100 μ m,寬度為1 10 μ m。
5.根據(jù)權利要求1所述的刻蝕和填充深溝槽的方法，其特征是，所述方法第3步中，去除所述ONO層最上方的氧化硅和中間的氮化硅采用干法刻蝕工藝和/或濕法腐蝕工藝；當采用濕法腐蝕工藝去除所述ONO層最上方的氧化硅時，所述ONO層最下方的氧化硅會受到側(cè)向侵蝕，使得所述深溝槽兩側(cè)壁暴露出部分的硅。
6.根據(jù)權利要求1所述的刻蝕和填充深溝槽的方法，其特征是，所述方法第3步中，先去除所述ONO層最上方的氧化硅，此時所述ONO層中間的氮化硅作為所述ONO層最下方的氧化硅的保護層；然后去除所述ONO層中間的氮化硅。
7.根據(jù)權利要求1所述的刻蝕和填充深溝槽的方法，其特征是，所述方法第4步中，深溝槽的填充采用單晶硅外延生長工藝；或者深溝槽的填充采用LPCVD工藝淀積多晶硅；或者深溝槽的填充是先在硅片表面外延生長一層單晶硅，再以LPCVD工藝填充多晶娃。
8.根據(jù)權利要求1所述的刻蝕和填充深溝槽的方法，其特征是，所述方法第5步中，至少將所述填充深溝槽的硅研磨至與所述ONO層最下方的氧化硅的上表面齊平，所述填充深溝槽的硅的上表面等于或低于所述ONO層最下方的氧化硅的上表面。
9.根據(jù)權利要求1所述的刻蝕和填充深溝槽的方法，其特征是，所述方法第6步中，去除所述ONO層最下方的氧化硅采用干法刻蝕工藝和/或濕法腐蝕工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種刻蝕和填充深溝槽的方法，包括如下步驟第1步，在硅片表面淀積ONO層；第2步，在硅片上刻蝕一個深溝槽，以所述ONO層最上方的氧化硅作為刻蝕阻擋層；第3步，去除所述ONO層最上方的氧化硅和中間的氮化硅；第4步，以單晶硅或多晶硅填充所述填充深溝槽；第5步，采用化學機械研磨工藝對硅片表面進行平坦化處理，以所述ONO層最下方的氧化硅作為研磨阻擋層。第6步，去除所述ONO層最下方的氧化硅。本發(fā)明刻蝕和填充深溝槽的方法，可以在保護硅襯底硅片的同時，達到較好的工藝控制效果。
文檔編號H01L21/762GK102280402SQ20101020046
公開日2011年12月14日 申請日期2010年6月12日 優(yōu)先權日2010年6月12日
發(fā)明者程曉華, 肖勝安 申請人:上海華虹Nec電子有限公司