專利名稱：形成超級結(jié)mosfet的pn柱層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，特別涉及一種形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法。
背景技術(shù)：
超級結(jié)MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半場效應(yīng)晶體管)采用新的耐壓層結(jié)構(gòu)，利用一系列的交替排列的P型和N型半導(dǎo)體薄層結(jié)構(gòu)(或稱為PN柱層)充當(dāng)超級結(jié)，在截止?fàn)顟B(tài)且較低電壓下就將P型和N型區(qū)耗盡，實現(xiàn) 電荷相互補(bǔ)償，從而使N型區(qū)在高摻雜濃度下實現(xiàn)高的擊穿電壓，同時獲得低導(dǎo)通電阻，打破了傳統(tǒng)功率MOSFET理論的極限，因此這種新的耐壓層結(jié)構(gòu)在高壓器件中受到越來越多的重視。超級結(jié)MOSFET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)(或稱為PN柱層)的形成。所述PN柱層制作方法可以分為兩種一是利用多次外延成長-光刻-注入來獲得交替的P型和N型摻雜區(qū)；二是首先在硅襯底上生長一層厚的摻雜硅外延層，然后在此摻雜娃外延層上形成深溝槽，再用與摻雜娃外延層有相反摻雜的娃外延填充深溝槽。第一種方法不僅工藝復(fù)雜，成本高，而且實現(xiàn)難度大。第二種方法中，由于溝槽為深溝槽，高寬比較大(通常大于3，例如一般600V器件中，深溝槽的高寬比約為9到16)，并且由于在溝槽內(nèi)部反應(yīng)物濃度的差異，溝槽頂部硅外延的生長速率總是大于溝槽底部硅外延的生長速率，所以硅外延填充后在深溝槽內(nèi)部一般會有較大的空洞和其他外延缺陷存在，而較大的空洞和其它缺陷都會對器件的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，在形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層時，能避免硅外延填充后在溝槽內(nèi)部產(chǎn)生較大的空洞和其他外延缺陷。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法，包括以下步驟—.在娃襯底上生長一層厚度大于等于10微米的摻雜娃外延層,在所述摻雜娃外延層上形成硬掩膜；二.用光刻膠作為介質(zhì)膜，刻蝕出所述硬掩膜的窗口，所述窗口的寬度小于所述摻雜娃外延層的厚度的三分之一；三.用濕法刻蝕在所述窗口處的摻雜娃外延層,刻蝕出第一溝槽；所述第一溝槽的深度為所述窗口的寬度的O. 5 I倍；四.用干法各向異性刻蝕方法刻蝕所述第一溝槽下的摻雜娃外延層,刻蝕出第二溝槽，所述第二溝槽的寬度與所述窗口的寬度一致；五·去除所述硬掩膜；六.用與所述摻雜娃外延層有相反摻雜的娃外延填充由所述第一溝槽及第二溝槽共同組成的深溝槽。 所述窗口的寬度并大于等于O. 2微米。
所述硬掩膜可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一種或多種。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了另一種形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法，包括以下步驟—.在娃襯底上生長一層厚度大于等于10微米的摻雜娃外延層,在所述摻雜娃外延層上生長第一硬掩膜；二 .在所述第一硬掩膜之上生長和第一硬掩膜不相同第二硬掩膜；三.用光刻膠作為介質(zhì)膜，刻蝕出由第一硬掩膜及第二硬掩膜共同組成的硬掩膜的窗口，所述窗口的寬度小于所述摻雜娃外延層的厚度的三分之一；四.用濕法刻蝕在所述窗口處的摻雜硅外延層，刻蝕出第一溝槽；所述第一溝槽的深度為所述窗口的寬度的O. 5 I倍；
·
五.用干法各向異性刻蝕方法刻蝕所述第一溝槽下的摻雜娃外延層,刻蝕出第二溝槽，所述第二溝槽的寬度與所述窗口的寬度一致；六.在第二硬掩膜保護(hù)下，用濕法刻蝕第一硬掩膜，使第一硬掩膜的開口寬度與相對應(yīng)的第一溝槽的頂部寬度一致；七.去除所述第二硬掩膜；八.用與所述摻雜硅外延層有相反摻雜的硅外延填充由所述第一溝槽及第二溝槽共同組成的深溝槽。所述窗口的寬度并大于等于O. 2微米。較佳的，所述第一硬掩膜為氮化硅，所述第二硬掩膜為氧化硅。本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法，采用濕法刻蝕和干法刻蝕結(jié)合的工藝，即在摻雜硅外延層上形成硬掩模后，用介質(zhì)膜刻蝕把硬掩模窗口打開，然后用濕法刻蝕在窗口處刻蝕出第一溝槽，再用干法各向異性刻蝕方法刻蝕出第二溝槽；由于濕法刻蝕的特殊形貌一碗口狀，所以最終形成的深溝槽頂部形貌為碗口狀，即可以形成頂部寬度越來越大的深溝槽，所以在用與所述摻雜硅外延層有相反摻雜的硅外延填充由所述第一溝槽及第二溝槽共同組成的深溝槽時，不會由于溝槽頂部和溝槽底部硅外延生長速率的差異而發(fā)生過早封口的問題，避免了硅外延填充后在溝槽內(nèi)部產(chǎn)生較大的空洞和其他外延缺陷。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖I是本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第一實施方式形成硬掩膜的示意圖；圖2是本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第一實施方式硬掩膜開窗的示意圖；圖3是本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第一實施方式刻蝕出第一溝槽的不意圖；圖4是本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第一實施方式刻蝕出第二溝槽的不意圖；圖5是本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第一實施方式去除硬掩膜的示意圖；圖6是本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第二實施方式生長第一硬掩膜的示意圖；圖7是本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第二實施方式生長第二硬掩膜的示意圖；圖8是本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第二實施方式硬掩膜開窗的示意圖；圖9是本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第二實施方式刻蝕出第一溝槽的不意圖；圖10是本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第二實施方式刻蝕出第二溝槽的不意圖； 圖11是本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第二實施方式刻蝕第一硬掩膜的示意圖；圖12是本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第二實施方式去除第二硬掩膜的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第一實施方式如圖I到5所示，包括以下步驟一 .首先在娃襯底I上生長一層厚的(大于等于10微米)摻雜娃外延層2,在所述摻雜硅外延層2上形成硬掩膜5，如圖I所示；所述硬掩膜5可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一種或多種；二.用光刻膠作為介質(zhì)膜,刻蝕出所述硬掩膜5的窗口 6,如圖2所不,所述窗口的寬度小于所述摻雜娃外延層2的厚度的三分之一,并大于等于O. 2微米；三.用濕法刻蝕在所述窗口 6處的摻雜娃外延層2,刻蝕出第一溝槽7 ;第一溝槽7的深度(第一溝槽7底部到所述硬掩膜5下表面的最大距離)為所述窗口 6的寬度的
O.5 I倍，如圖3所示；四.用干法各向異性刻蝕方法刻蝕所述第一溝槽7下的摻雜娃外延層2,刻蝕出第二溝槽8，第二溝槽8的寬度與所述窗口 6的寬度一致，如圖4所示；五.去除所述硬掩膜5，如圖5所示；六.用與所述摻雜娃外延層有相反摻雜的娃外延填充由所述第一溝槽7及第二溝槽8共同組成的深溝槽。本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法第二實施方式如圖6到12所示，包括以下步驟一 .首先在娃襯底I上生長一層厚的(大于等于10微米)摻雜娃外延層2,在所述摻雜娃外延層2上生長第一硬掩膜9 (如氮化娃)，如圖6所不；二.在第一硬掩膜9之上生長和第一硬掩膜9 (如氮化硅)不相同第二硬掩膜10(如氧化硅)，如圖7所示；三.用光刻膠作為介質(zhì)膜，刻蝕出由第一硬掩膜9及第二硬掩膜10共同組成的硬掩膜的窗口 6,如圖8所不,所述窗口 6的寬度小于所述摻雜娃外延層2的厚度的三分之一，并大于等于O. 2微米；四.用濕法刻蝕在所述窗口 6處的摻雜娃外延層2,刻蝕出第一溝槽7 ;第一溝槽7的深度(第一溝槽7底部到所述第一硬掩膜9下表面的最大距離)為所述窗口 6的寬度的O. 5 I倍，如圖9所示； 五.用干法各向異性刻蝕方法刻蝕所述第一溝槽7下的摻雜娃外延層2,刻蝕出第二溝槽8，第二溝槽8的寬度與所述窗口 6的寬度一致，如圖10所示； 六.在第二硬掩膜10保護(hù)下，用濕法刻蝕第一硬掩膜9，使第一硬掩膜9的開口寬度與相對應(yīng)的第一溝槽7的頂部寬度一致，如圖11所示；七.去除所述第二硬掩膜10，如圖12所示；八.用與所述摻雜娃外延層有相反摻雜的娃外延填充由所述第一溝槽7及第二溝槽8共同組成的深溝槽。本發(fā)明的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法，采用濕法刻蝕和干法刻蝕結(jié)合的工藝，即在摻雜硅外延層上形成硬掩模后，用介質(zhì)膜刻蝕把硬掩模窗口打開，然后用濕法刻蝕在窗口處刻蝕出第一溝槽，再用干法各向異性刻蝕方法刻蝕出第二溝槽；由于濕法刻蝕的特殊形貌一碗口狀，所以最終形成的深溝槽頂部形貌為碗口狀，即可以形成頂部寬度越來越大的深溝槽，所以在用與所述摻雜硅外延層有相反摻雜的硅外延填充由所述第一溝槽及第二溝槽共同組成的深溝槽時，不會由于溝槽頂部和溝槽底部硅外延生長速率的差異而發(fā)生過早封口的問題，避免了硅外延填充后在溝槽內(nèi)部產(chǎn)生較大的空洞和其他外延缺陷。
權(quán)利要求
1.一種形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法，其特征在于，包括以下步驟 一.在娃襯底上生長一層厚度大于等于10微米的摻雜娃外延層,在所述摻雜娃外延層上形成硬掩膜； 二.用光刻膠作為介質(zhì)膜，刻蝕出所述硬掩膜的窗口，所述窗口的寬度小于所述摻雜娃外延層的厚度的三分之一； 三.用濕法刻蝕在所述窗口處的摻雜娃外延層，刻蝕出第一溝槽；所述第一溝槽的深度為所述窗口的寬度的O. 5 I倍； 四.用干法各向異性刻蝕方法刻蝕所述第一溝槽下的摻雜硅外延層，刻蝕出第二溝槽，所述第二溝槽的寬度與所述窗口的寬度一致； 五.去除所述硬掩膜； 六.用與所述摻雜娃外延層有相反摻雜的娃外延填充由所述第一溝槽及第二溝槽共同組成的深溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法，其特征在于，所述窗口的寬度并大于等于O. 2微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法，其特征在于，所述硬掩膜為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一種或多種。
4.一種形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法，其特征在于，包括以下步驟 一.在娃襯底上生長一層厚度大于等于10微米的摻雜娃外延層,在所述摻雜娃外延層上生長第一硬掩膜； 二.在所述第一硬掩膜之上生長和第一硬掩膜不相同第二硬掩膜； 三.用光刻膠作為介質(zhì)膜，刻蝕出由第一硬掩膜及第二硬掩膜共同組成的硬掩膜的窗口，所述窗口的寬度小于所述摻雜娃外延層的厚度的三分之一； 四.用濕法刻蝕在所述窗口處的摻雜硅外延層，刻蝕出第一溝槽；所述第一溝槽的深度為所述窗口的寬度的O. 5 I倍； 五.用干法各向異性刻蝕方法刻蝕所述第一溝槽下的摻雜娃外延層，刻蝕出第二溝槽，所述第二溝槽的寬度與所述窗口的寬度一致； 六.在第二硬掩膜保護(hù)下，用濕法刻蝕第一硬掩膜，使第一硬掩膜的開口寬度與相對應(yīng)的第一溝槽的頂部寬度一致； 七.去除所述第二硬掩膜； 八.用與所述摻雜娃外延層有相反摻雜的娃外延填充由所述第一溝槽及第二溝槽共同組成的深溝槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法，其特征在于，所述窗口的寬度并大于等于O. 2微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法，其特征在于，所述第一硬掩膜氮化硅，所述第二硬掩膜為氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種形成超級結(jié)MOSFET的PN柱層的方法，采用濕法刻蝕和干法刻蝕結(jié)合的工藝，即在摻雜硅外延層上形成硬掩模后，用介質(zhì)膜刻蝕把硬掩模窗口打開，然后用濕法刻蝕在窗口處刻蝕出第一溝槽，再用干法各向異性刻蝕方法刻蝕出第二溝槽；由于濕法刻蝕的特殊形貌——碗口狀，所以最終形成的深溝槽頂部形貌為碗口狀，所以在用與所述摻雜硅外延層有相反摻雜的硅外延填充由所述第一溝槽及第二溝槽共同組成的深溝槽時，不會由于溝槽頂部和溝槽底部硅外延生長速率的差異而發(fā)生過早封口的問題，避免了硅外延填充后在溝槽內(nèi)部產(chǎn)生較大的空洞和其他外延缺陷。
文檔編號H01L21/308GK102856200SQ201110177878
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者劉繼全 申請人:上海華虹Nec電子有限公司