專利名稱：使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，具體涉及一種使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法。
背景技術(shù)：
超級結(jié)器件的特征在于形成交替排列的P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層，利用 P型半導(dǎo)體薄層和N型半導(dǎo)體薄層耗盡，實(shí)現(xiàn)電荷相互補(bǔ)償?shù)脑?，使P型半導(dǎo)體薄層和N 型半導(dǎo)體薄層在高摻雜濃度下能實(shí)現(xiàn)高的擊穿電壓，從而同時(shí)獲得低導(dǎo)通電阻和高擊穿電壓。超級結(jié)器件結(jié)構(gòu)的一種形成方式是在N型外延層上開深溝槽，然后再填入P型外延，形成交替排列的P型和N型的結(jié)構(gòu)。在目前的工藝中，深溝槽刻蝕多采用干法刻蝕，比較容易對硅基板造成損傷，而且成本也比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，該方法對硅基板損傷較小，能保證后續(xù)的外延層生長質(zhì)量較好，減少PN結(jié)界面的缺陷，降低漏電流，且能保證深溝槽的垂直形貌和面內(nèi)形貌的均勻性，還可降低生產(chǎn)成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，包括如下步驟步驟一，在硅基板上成長外延層；步驟二，在硅片的正面和背面同時(shí)形成介質(zhì)膜；步驟三，正面用光刻膠定義圖形，用干法刻蝕的方法打開介質(zhì)膜；步驟四，去除光刻膠，利用介質(zhì)膜作為掩膜層，使用濕法各向異性刻蝕形成垂直的深溝槽結(jié)構(gòu)；步驟五，清洗后在深溝槽內(nèi)填充成長與步驟一的外延層類型相反的外延層，以形成交替排列的P型和N型的結(jié)構(gòu)；步驟六，使用化學(xué)機(jī)械拋光的方法進(jìn)行平坦化處理，停在介質(zhì)膜上；步驟七，利用濕法刻蝕去除正反面的介質(zhì)膜，即可形成P型和N型交替排列的結(jié)構(gòu)；步驟八，后續(xù)工藝采用成熟的縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體即可制備完整的超級結(jié)器件。在步驟一中，所述外延層的厚度在5-80微米之間。在步驟二中，所述形成介質(zhì)膜采用擴(kuò)散的方法形成熱氧化膜作為介質(zhì)膜，其厚度在1000埃-5000埃之間；或者采用低壓化學(xué)氣相沉淀工藝形成氧化膜或氮化膜作為介質(zhì)膜，氧化膜的厚度在2000埃-10000埃之間，氮化膜的厚度在100埃-500埃之間。在步驟一中所述硅基板為晶面取向110的硅基板，則在步驟三中，用光刻膠定義
4圖形，光刻板的設(shè)計(jì)圖形開口與111晶面對齊，該111晶面指晶面取向111，該111晶面是步驟四中深溝槽側(cè)面的晶面。在步驟四中，所述去除光刻膠采用灰化或者硫酸雙氧水混合物來去除光刻膠。在步驟四中，背面的介質(zhì)膜起到保護(hù)背面單晶硅的作用，正面形成垂直的深溝槽結(jié)構(gòu)，該深溝槽的深度為5-50微米；濕法藥液采用氫氧化鉀、四甲基氫氧銨或鄰苯二酚乙二胺的堿性溶液，與去離子水的重量百分比為"50% ；或者濕法藥液使用上述堿性溶液與異丙醇的混合藥液，異丙醇與堿性溶液的體積百分比比例為_30%。如果步驟一中成長的外延層是P型外延層，那么步驟五中成長的外延層是N型外延層；如果步驟一中成長的外延層是N型外延層，那么步驟五中成長的外延層是P型外延層。在步驟五中，所述清洗采用硫酸雙氧水+稀釋氫氟酸+氨水雙氧水+鹽酸雙氧水的濕法工藝。在步驟七中，如果介質(zhì)膜是氧化膜，濕法藥液使用緩沖氧化膜刻蝕劑或氫氟酸；如果介質(zhì)膜是氮化膜，濕法藥液使用熱磷酸。在步驟八中，后續(xù)工藝包括如下步驟A.使用離子注入的方式分別在特定圖形部分形成P胼區(qū)、N+胼區(qū)和P+源區(qū)；B.使用擴(kuò)散方式形成柵氧，再使用低壓化學(xué)氣相沉淀法淀積多晶硅，并進(jìn)行干法刻蝕，在特定圖形部分形成多晶硅柵電極；C.使用低壓化學(xué)氣相沉淀法、常壓化學(xué)氣相沉淀法或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉淀法形成層間介質(zhì)膜，層間介質(zhì)膜的種類是氧化膜，隨后進(jìn)行干法刻蝕，形成多晶硅和金屬電極的層間隔離以及源區(qū)和金屬電極的接觸孔；D.在硅片正面采用濺射物理氣相沉淀法形成正面源金屬電極；E.在硅片背面采用蒸發(fā)物理氣相沉淀法形成背面漏金屬電極。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明利用在單晶硅上由于晶面不同取向的面上濕法刻蝕速率差異形成的各向異性刻蝕，利用濕法刻蝕的方法在N型外延層上開垂直的深溝槽，通常在晶面取向110的硅基板上進(jìn)行各向異性的濕法刻蝕，可形成垂直的深溝槽，深溝槽側(cè)面的晶面為111，這樣做的好處如下1.濕法刻蝕對硅基板損傷較小，能保證后續(xù)的外延層生長質(zhì)量較好，減少PN結(jié)界面的缺陷，降低漏電流；2.濕法刻蝕的生產(chǎn)成本較低；3.濕法刻蝕是由晶面取向控制刻蝕速率的，可保證深溝槽的90度的垂直形貌和面內(nèi)形貌的均勻性。


圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖；其中，圖IA是本發(fā)明方法步驟(1)完成后的示意圖；圖IB是本發(fā)明方法步驟O)完成后的示意圖；圖IC是本發(fā)明方法步驟(3)完成后的示意圖；圖ID是本發(fā)明方法步驟完成后的示意圖；圖IE是本發(fā)明方法步驟(5)完成后的示意圖；圖IF是本發(fā)明方法步驟(6)完成后的示意5
圖IG是本發(fā)明方法步驟(7)完成后的示意圖；圖2是采用本發(fā)明方法制備的超級結(jié)器件的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1.是N型硅基板(110晶面)，2是N型外延層，3是介質(zhì)膜，4是光刻膠，5是 P型外延層，6是P胼區(qū)，7是N+胼區(qū)，8是P+源區(qū)，9是層間介質(zhì)膜，10是背面漏金屬電極， 11是正面源金屬電極，12是多晶硅，13是柵氧。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1和圖2所示，本發(fā)明使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法的具體步驟包括如下(1)在110晶面(晶面取向110)的N型硅基板1上成長N型外延層2，N型外延層2的厚度在5-80um(微米)之間，見圖IA ；(2)在硅片的正面和背面同時(shí)形成介質(zhì)膜3，可以使用擴(kuò)散的方法形成熱氧化膜作為介質(zhì)膜3，其厚度在1000埃-5000埃之間，也可使用LPCVD (低壓化學(xué)氣相沉淀工藝) 形成氧化膜或氮化膜作為介質(zhì)膜3，氧化膜的厚度在2000埃-10000埃之間，氮化膜的厚度可以在100埃-500埃之間，見圖IB ；(3)正面用光刻膠4定義圖形，光刻板的設(shè)計(jì)圖形開口與111晶面(晶面取向111， 見圖IC和圖ID中深溝槽側(cè)面的晶面)對齊，用干法刻蝕的方法打開介質(zhì)膜3，見圖IC ；(4)去除光刻膠4，可以使用ashing (灰化)或者SPM(硫酸雙氧水)混合物來去除光刻膠；利用介質(zhì)膜3作為掩膜層，使用濕法各向異性刻蝕形成垂直的深溝槽結(jié)構(gòu)，背面的介質(zhì)膜3起到保護(hù)背面單晶硅的作用，正面形成垂直的深溝槽結(jié)構(gòu)(深溝槽的深度可以為5um-50um)，濕法藥液可使用KOH(氫氧化鉀)，TMAH(四甲基氫氧銨)或EDP (鄰苯二酚乙二胺)等堿性溶液，與去離子水的重量百分比為_50%，濕法藥液也可以使用上述的堿性溶液與IPA (異丙醇)的混合藥液，IPA與堿性溶液的體積百分比比例為-30%，見圖ID ；(5)清洗(清洗采用硫酸雙氧水+稀釋氫氟酸+氨水雙氧水+鹽酸雙氧水的濕法工藝)和P型外延層5在深溝槽內(nèi)填充成長形成交替排列的P型和N型的結(jié)構(gòu)，見圖IE ；(6)使用化學(xué)機(jī)械拋光的方法進(jìn)行平坦化處理，停在介質(zhì)膜3上，見圖IF ；(7)利用濕法刻蝕去除正反面的介質(zhì)膜3，即可形成P型和N型交替排列的結(jié)構(gòu)， 如果介質(zhì)膜3是氧化膜，濕法藥液可使用BOE (緩沖氧化膜刻蝕劑)或HF (氫氟酸)，如果介質(zhì)膜3是氮化膜，濕法藥液可使用熱磷酸，見圖IG ；(8)后續(xù)工藝可采用成熟的縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體即可制備完整的超級結(jié)器件，見圖2。后續(xù)工藝的步驟具體如下A.使用離子注入的方式分別在特定圖形部分形成P胼區(qū)6 (可采用硼注入)，N+胼區(qū)7 (可采用磷或者砷注入)，P+源區(qū)8 (可采用硼注入)；B.使用擴(kuò)散方式形成柵氧13，再使用低壓化學(xué)氣相沉淀法淀積多晶硅12，并進(jìn)行干法刻蝕，在特定圖形部分形成多晶硅柵電極；C.使用低壓化學(xué)氣相沉淀法，常壓化學(xué)氣相沉淀法或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉淀法形成層間介質(zhì)膜9，層間介質(zhì)膜9的種類是氧化膜，隨后進(jìn)行干法刻蝕，形成多晶硅和金屬
6電極的層間隔離以及源區(qū)和金屬電極的接觸孔；D.在硅片正面采用濺射物理氣相沉淀法形成正面源金屬電極11 ；E.在硅片背面采用蒸發(fā)物理氣相沉淀法形成背面漏金屬電極10。本發(fā)明利用在單晶硅上由于晶面不同取向的面上濕法的各向異性刻蝕，利用濕法刻蝕的方法在N型外延層上開垂直的深溝槽，通常在晶面取向110的硅基板上進(jìn)行各向異性的濕法刻蝕，可形成垂直的深溝槽，深溝槽側(cè)面的晶面為111，這樣做的好處如下1.濕法刻蝕對硅基板損傷較小，能保證后續(xù)的外延層生長質(zhì)量較好，減少PN結(jié)界面的缺陷，降低漏電流；2.濕法刻蝕的生產(chǎn)成本較低；3.濕法刻蝕是由晶面取向控制刻蝕速率的，可保證深溝槽的90度的垂直形貌和面內(nèi)形貌的均勻性。
權(quán)利要求
1.一種使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，在硅基板上成長外延層；步驟二，在硅片的正面和背面同時(shí)形成介質(zhì)膜；步驟三，正面用光刻膠定義圖形，用干法刻蝕的方法打開介質(zhì)膜；步驟四，去除光刻膠，利用介質(zhì)膜作為掩膜層，使用濕法各向異性刻蝕形成垂直的深溝槽結(jié)構(gòu)；步驟五，清洗后在深溝槽內(nèi)填充成長與步驟一的外延層類型相反的外延層，以形成交替排列的P型和N型的結(jié)構(gòu)；步驟六，使用化學(xué)機(jī)械拋光的方法進(jìn)行平坦化處理，停在介質(zhì)膜上；步驟七，利用濕法刻蝕去除正反面的介質(zhì)膜，即可形成P型和N型交替排列的結(jié)構(gòu)；步驟八，后續(xù)工藝采用成熟的縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體即可制備完整的超級結(jié)器件。
2.如權(quán)利要求1所述的使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，其特征在于，在步驟一中，所述外延層的厚度在5-80微米之間。
3.如權(quán)利要求1所述的使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，其特征在于，在步驟二中，所述形成介質(zhì)膜采用擴(kuò)散的方法形成熱氧化膜作為介質(zhì)膜，其厚度在1000埃-5000埃之間；或者采用低壓化學(xué)氣相沉淀工藝形成氧化膜或氮化膜作為介質(zhì)膜，氧化膜的厚度在 2000埃-10000埃之間，氮化膜的厚度在100埃-500埃之間。
4.如權(quán)利要求1所述的使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，其特征在于，在步驟一中所述硅基板為晶面取向110的硅基板，則在步驟三中，用光刻膠定義圖形，光刻板的設(shè)計(jì)圖形開口與111晶面對齊，該111晶面指晶面取向111，該111晶面是步驟四中深溝槽側(cè)面的晶面。
5.如權(quán)利要求1所述的使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，其特征在于，在步驟四中，所述去除光刻膠采用灰化或者硫酸雙氧水混合物來去除光刻膠。
6.如權(quán)利要求1所述的使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，其特征在于，在步驟四中，背面的介質(zhì)膜起到保護(hù)背面單晶硅的作用，正面形成垂直的深溝槽結(jié)構(gòu)，該深溝槽的深度為5-50微米；濕法藥液采用氫氧化鉀、四甲基氫氧銨或鄰苯二酚乙二胺的堿性溶液，與去離子水的重量百分比為-50% ；或者濕法藥液使用上述堿性溶液與異丙醇的混合藥液，異丙醇與堿性溶液的體積百分比比例為_30%。
7.如權(quán)利要求1所述的使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，其特征在于，如果步驟一中成長的外延層是P型外延層，那么步驟五中成長的外延層是N型外延層；如果步驟一中成長的外延層是N型外延層，那么步驟五中成長的外延層是P型外延層。
8.如權(quán)利要求1所述的使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，其特征在于，在步驟五中，所述清洗采用硫酸雙氧水+稀釋氫氟酸+氨水雙氧水+鹽酸雙氧水的濕法工藝。
9.如權(quán)利要求1所述的使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，其特征在于，在步驟七中，如果介質(zhì)膜是氧化膜，濕法藥液使用緩沖氧化膜刻蝕劑或氫氟酸；如果介質(zhì)膜是氮化膜，濕法藥液使用熱磷酸。
10.如權(quán)利要求1所述的使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，其特征在于，在步驟八中，后續(xù)工藝包括如下步驟A.使用離子注入的方式分別在特定圖形部分形成P胼區(qū)、N+胼區(qū)和P+源區(qū)；B.使用擴(kuò)散方式形成柵氧，再使用低壓化學(xué)氣相沉淀法淀積多晶硅，并進(jìn)行干法刻蝕， 在特定圖形部分形成多晶硅柵電極；C.使用低壓化學(xué)氣相沉淀法、常壓化學(xué)氣相沉淀法或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉淀法形成層間介質(zhì)膜，層間介質(zhì)膜的種類是氧化膜，隨后進(jìn)行干法刻蝕，形成多晶硅和金屬電極的層間隔離以及源區(qū)和金屬電極的接觸孔；D.在硅片正面采用濺射物理氣相沉淀法形成正面源金屬電極；E.在硅片背面采用蒸發(fā)物理氣相沉淀法形成背面漏金屬電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用濕法刻蝕制備超級結(jié)器件的方法，包括一，在硅基板上成長外延層；二，在硅片的正反面形成介質(zhì)膜；三，正面用光刻膠定義圖形，干法刻蝕打開介質(zhì)膜；四，去除光刻膠，用介質(zhì)膜作為掩膜層，使用濕法各向異性刻蝕形成垂直的深溝槽；五，清洗后在深溝槽內(nèi)填充成長與步驟一外延層類型相反的外延層，以形成交替排列的P型和N型結(jié)構(gòu)；六，用化學(xué)機(jī)械拋光法進(jìn)行平坦化處理，停在介質(zhì)膜上；七，用濕法刻蝕去除正反面的介質(zhì)膜；八，后續(xù)工藝采用成熟的縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體即可制備完整的超級結(jié)器件。本發(fā)明對硅基板損傷較小，減少PN結(jié)界面缺陷，降低漏電流，且能保證深溝槽的垂直形貌和面內(nèi)形貌均勻性，還可降低生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L21/308GK102403216SQ20101027603
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者楊華 申請人:上海華虹Nec電子有限公司