一種深溝槽的硅外延填充方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種深溝槽的硅外延填充方法，所述方法包括以下步驟：在N型外延層上形成初始氧化層，所述初始氧化層的厚度不超過(guò)0.2um；在所述初始氧化層上形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層與所述初始氧化層形成復(fù)合介質(zhì)層；去除所述復(fù)合介質(zhì)層中對(duì)應(yīng)于N型外延層上預(yù)形成深溝槽的位置的部分區(qū)域；在所述N型外延層上形成一個(gè)或多個(gè)深溝槽；去除所述介質(zhì)層；在所述深溝槽內(nèi)和所述初始氧化層表面形成P型外延層；去除所述初始氧化層的表面所在平面以上的所有P型外延層部分；去除所述初始氧化層。本發(fā)明能夠制得表面較為平整的半導(dǎo)體器件，滿足了工業(yè)化生產(chǎn)的需求。
【專利說(shuō)明】
一種深溝槽的硅外延填充方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種深溝槽的硅外延填充方法。【背景技術(shù)】
[0002]在超結(jié)金屬-氧化層半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，M0SFET)的制造工藝中，首先需要在N型襯底1上外延生長(zhǎng)的 N型外延層2表面生長(zhǎng)初始氧化層3,如圖1所示；隨后在對(duì)應(yīng)于N型外延層2需刻蝕出深溝槽的部分對(duì)初始氧化層3進(jìn)行光刻刻蝕，見(jiàn)圖2 ;然后在上述刻蝕處利用初始氧化層3作為阻擋層，繼續(xù)對(duì)N型外延層2刻蝕出深溝槽4,如圖3 ;進(jìn)一步地，在被刻蝕出的深溝槽4 內(nèi)和初始氧化層3表面外延生長(zhǎng)P型外延層5,參見(jiàn)圖4 ;最后對(duì)P型外延層5進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，去除初始氧化層3上方的P型外延層5,如圖5 ;最后去除掉所有殘留的初始氧化層 3,得到硅外延填充表面，參見(jiàn)圖6。
[0003]在上述深溝槽的硅外延填充步驟中，由于在N型外延層2中刻蝕出的深溝槽4很深，一般在35um以上，因此刻蝕深溝槽4時(shí)所需要的阻擋層即初始氧化層3就會(huì)有一定的厚度要求，這在后續(xù)P型外延層5生長(zhǎng)完畢后，再進(jìn)行P型外延層5的拋光和初始氧化層3 刻蝕時(shí)，就會(huì)使得P型外延層5在N型外延層2表面顯著突出深溝槽的現(xiàn)象，致使M0SFET 的表面不夠平整。而此時(shí)如果希望得到平整的硅表面，則需再次進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，參見(jiàn)圖 7,但如果這樣，則會(huì)對(duì)N型外延層2的表面造成嚴(yán)重的損傷，大大影響所制成芯片的性能。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種深溝槽的硅外延填充方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中所制造的器件表面平整度不高的技術(shù)問(wèn)題。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種深溝槽的硅外延填充方法，所述方法包括以下步驟:
[0006]在N型外延層上形成初始氧化層，所述初始氧化層的厚度不超過(guò)0.2um ;
[0007]在所述初始氧化層上形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層與所述初始氧化層形成復(fù)合介質(zhì)層；
[0008]去除所述復(fù)合介質(zhì)層中對(duì)應(yīng)于N型外延層上預(yù)形成深溝槽的位置的部分區(qū)域；
[0009]在所述N型外延層上形成一個(gè)或多個(gè)深溝槽；
[0010]去除所述介質(zhì)層；
[0011]在所述深溝槽內(nèi)和所述初始氧化層表面形成P型外延層；
[0012]去除所述初始氧化層的表面所在平面以上的所有P型外延層部分；
[0013]去除所述初始氧化層。
[0014]進(jìn)一步地，所述去除所述復(fù)合介質(zhì)層中對(duì)應(yīng)于N型外延層上預(yù)形成深溝槽的位置的部分區(qū)域包括:
[0015]利用光刻刻蝕去除所述復(fù)合介質(zhì)層中對(duì)應(yīng)于N型外延層上預(yù)形成深溝槽的位置的部分區(qū)域。
[0016]進(jìn)一步地，
[0017]所述在所述N型外延層上形成一個(gè)或多個(gè)深溝槽包括:利用保留的復(fù)合介質(zhì)層作為屏蔽層，在所述N型外延層上刻蝕形成深溝槽；
[0018]和/或，所述深溝槽的深度為20um?80um ；
[0019]和/或，所述深溝槽的開(kāi)口寬度為Ium?1um0
[0020]進(jìn)一步地，所述去除所述介質(zhì)層包括:
[0021 ] 通過(guò)濕法或干法刻蝕去除所述介質(zhì)層。
[0022]進(jìn)一步地，所述去除所述初始氧化層的表面所在平面以上的所有P型外延層部分包括:
[0023]通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光去除所述初始氧化層的表面所在平面以上的所有P型外延層部分。
[0024]進(jìn)一步地，所述去除所述初始氧化層包括:
[0025]利用濕法或干法刻蝕去除所述初始氧化層。
[0026]進(jìn)一步地，
[0027]所述初始氧化層的厚度范圍為:0.05um?0.2um ；
[0028]和/或，所述初始氧化層的生長(zhǎng)溫度為900°C?1200°C。
[0029]進(jìn)一步地，所述介質(zhì)層包括:
[0030]氮化硅層，形成在所述初始氧化層之上；以及
[0031]二氧化硅層，形成在所述氮化硅層之上。
[0032]進(jìn)一步地，
[0033]所述氮化娃層的生長(zhǎng)溫度為600 °C?900 °C，厚度為0.05um?0.5um ；
[0034]和/或，所述二氧化硅層的生長(zhǎng)溫度為600°C?1000°C，厚度為0.1um?2.0um。
[0035]進(jìn)一步地，所述去除所述介質(zhì)層包括:
[0036]利用濕法或干法刻蝕，去除所述二氧化硅層；
[0037]利用濕法或干法刻蝕，去除所述氮化硅層。
[0038]可見(jiàn)，在本發(fā)明所提供的深溝槽的硅外延填充方法中，利用夾心層的復(fù)合介質(zhì)層結(jié)構(gòu)作為阻擋層來(lái)進(jìn)行深溝槽的刻蝕，既能夠滿足深溝槽刻蝕的條件需要，又不至于在P型外延層拋光及后續(xù)步驟中留下突出深溝槽的P型外延層凸起，能夠制得表面較為平整的半導(dǎo)體器件，滿足了工業(yè)化生產(chǎn)的需求。
【附圖說(shuō)明】
[0039]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0040]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中在N型外延層表面生長(zhǎng)初始氧化層的示意圖；
[0041]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中在對(duì)應(yīng)于N型外延層需刻蝕出深溝槽的部分對(duì)初始氧化層進(jìn)行光刻刻蝕的示意圖；
[0042]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)N型外延層刻蝕出深溝槽的示意圖；
[0043]圖4是現(xiàn)有技術(shù)中外延生長(zhǎng)P型外延層的示意圖；
[0044]圖5是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)P型外延層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的示意圖；
[0045]圖6是現(xiàn)有技術(shù)中去除初始氧化層的示意圖；
[0046]圖7是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)硅表面再次進(jìn)行拋光的示意圖；
[0047]圖8是本發(fā)明實(shí)施例深溝槽的硅外延填充方法的步驟示意圖；
[0048]圖9是本發(fā)明實(shí)施例1深溝槽的硅外延填充方法的步驟示意圖；
[0049]圖10是本發(fā)明實(shí)施例1在N型外延層上形成初始氧化層的示意圖；
[0050]圖11是本發(fā)明實(shí)施例1在初始氧化層上依次形成氮化硅層和二氧化硅層的示意圖；
[0051]圖12是本發(fā)明實(shí)施例1對(duì)復(fù)合介質(zhì)層進(jìn)行部分光刻刻蝕的示意圖；
[0052]圖13是本發(fā)明實(shí)施例1深溝槽的形成示意圖；
[0053]圖14是本發(fā)明實(shí)施例1去除二氧化硅層的示意圖；
[0054]圖15是本發(fā)明實(shí)施例1去除氮化硅層的示意圖；
[0055]圖16是本發(fā)明實(shí)施例1外延生長(zhǎng)P型外延層的示意圖；
[0056]圖17是本發(fā)明實(shí)施例1對(duì)P型外延層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的示意圖；
[0057]圖18是本發(fā)明實(shí)施例1去除初始氧化層的示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0058]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0059]本發(fā)明首先提供一種深溝槽的硅外延填充方法，參見(jiàn)圖8,包括以下步驟:
[0060]步驟801:在N型外延層上形成初始氧化層，所述初始氧化層的厚度不超過(guò) 0? 2um ;
[0061]步驟802:在所述初始氧化層上形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層與所述初始氧化層形成復(fù)合介質(zhì)層；
[0062]步驟803:去除所述復(fù)合介質(zhì)層中對(duì)應(yīng)于N型外延層上預(yù)形成深溝槽的位置的部分區(qū)域；
[0063]步驟804:在所述N型外延層上形成一個(gè)或多個(gè)深溝槽；
[0064]步驟805:去除所述介質(zhì)層；
[0065]步驟806:在所述深溝槽內(nèi)和所述初始氧化層表面形成P型外延層；
[0066]步驟807:去除所述初始氧化層的表面所在平面以上的所有P型外延層部分；
[0067]步驟808:去除所述初始氧化層。
[0068]可選地，去除所述復(fù)合介質(zhì)層中對(duì)應(yīng)于N型外延層上預(yù)形成深溝槽的位置的部分區(qū)域可以包括:利用光刻刻蝕去除所述復(fù)合介質(zhì)層中對(duì)應(yīng)于N型外延層上預(yù)形成深溝槽的位置的部分區(qū)域。
[0069]可選地，在所述N型外延層上形成一個(gè)或多個(gè)深溝槽可以包括:利用保留的復(fù)合介質(zhì)層作為屏蔽層，在所述N型外延層上刻蝕形成深溝槽；和/或，所述深溝槽的深度為20um?80um ;和/或，所述深溝槽的開(kāi)口寬度為Ium?10um。
[0070]可選地，去除所述介質(zhì)層可以包括:通過(guò)濕法或干法刻蝕去除所述介質(zhì)層。
[0071]可選地，去除所述初始氧化層的表面所在平面以上的所有P型外延層部分可以包括:通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光去除所述初始氧化層的表面所在平面以上的所有P型外延層部分。
[0072]可選地，去除所述初始氧化層可以包括:利用濕法或干法刻蝕去除所述初始氧化層。
[0073]可選地，初始氧化層的厚度范圍可以為:0.05um?0.2um ;和/或，初始氧化層的生長(zhǎng)溫度可以為900°C?1200°C。
[0074]可選地，介質(zhì)層可以包括:氮化硅層，形成在所述初始氧化層之上；以及二氧化硅層，形成在所述氮化硅層之上。
[0075]可選地，氮化娃層的生長(zhǎng)溫度可以為600°C?900°C，厚度可以為0.05um?0.5um ；和/或，二氧化娃層的生長(zhǎng)溫度可以為600°C?1000°C，厚度可以為0.1um?2.0um。
[0076]可選地，去除介質(zhì)層可以包括:利用濕法或干法刻蝕，去除所述二氧化硅層；利用濕法或干法刻蝕，去除所述氮化硅層。
[0077]實(shí)施例1:
[0078]本發(fā)明實(shí)施例1提供一種深溝槽的硅外延填充方法，分別利用形成在初始氧化層3之上的氮化硅層6以及二氧化硅層7來(lái)形成夾心的復(fù)合介質(zhì)層，以使得最后制成的硅外延表面更加平整。參見(jiàn)圖9，本實(shí)施例1具體包括如下步驟:
[0079]步驟901:在N型外延層上形成初始氧化層，該初始氧化層的厚度不超過(guò)0.2um。
[0080]參見(jiàn)圖10，本步驟中，首先將在位于N型襯底I上的N型外延層2上形成初始氧化層3，但與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，初始氧化層3的厚度非常薄，不超過(guò)0.2um。具體地，初始氧化層3的厚度范圍為:0.05um?0.2um，生長(zhǎng)溫度為900°C?1200°C
[0081]步驟902:在初始氧化層上依次形成氮化硅層和二氧化硅層。
[0082]參見(jiàn)圖11，本步驟中，氮化硅層6和二氧化硅層7的具體生長(zhǎng)條件為:氮化硅層6的生長(zhǎng)溫度為600°C?900°C，厚度為0.05um?0.5um ; 二氧化硅層7的生長(zhǎng)溫度為600 °C?1000C，厚度為 0.1um ?2.0um0
[0083]其中，氮化娃層6和二氧化娃層7共同構(gòu)成介質(zhì)層，而初始氧化層3、氮化娃層6和二氧化硅層7構(gòu)成復(fù)合介質(zhì)層。
[0084]步驟903:去除復(fù)合介質(zhì)層中對(duì)應(yīng)于N型外延層上預(yù)形成深溝槽的位置的部分區(qū)域。
[0085]本步驟中，對(duì)復(fù)合介質(zhì)層進(jìn)行光刻刻蝕，去除掉其中對(duì)應(yīng)于N型外延層2上預(yù)形成深溝槽的位置的部分區(qū)域，也即將N型外延層2表面預(yù)形成深溝槽的區(qū)域暴露出來(lái)，以便在后續(xù)步驟中進(jìn)行深溝槽的刻蝕，參見(jiàn)圖12。
[0086]步驟904:在N型外延層上形成一個(gè)或多個(gè)深溝槽。
[0087]本步驟中，如圖13所示，利用復(fù)合介質(zhì)層作為屏蔽層，進(jìn)行N型外延層2上深溝槽4的刻蝕。經(jīng)刻蝕，可以形成一個(gè)或多個(gè)深溝槽4，每個(gè)深溝槽的深度可以為20um?80um，開(kāi)口寬度可以為Ium?10um。
[0088]由于所需要刻蝕的深度較深，刻蝕時(shí)間較長(zhǎng)，因此所需的屏蔽層就要保持一定的厚度。本實(shí)施例1中的屏蔽層為復(fù)合介質(zhì)層，包括了初始氧化層3、氮化硅層6和二氧化硅層7,因此總的厚度可以滿足要求。
[0089]步驟905:去除二氧化硅層。
[0090]本步驟中，利用干法刻蝕或濕法刻蝕的方法去除二氧化硅層7,參見(jiàn)圖14。
[0091]步驟906:去除氮化硅層。
[0092]本步驟中，利用干法刻蝕或濕法刻蝕的方法去除氮化硅層6,參見(jiàn)圖15。
[0093]步驟907:在深溝槽內(nèi)和初始氧化層表面形成P型外延層。
[0094]本步驟中，外延生長(zhǎng)P型外延層5,使其填充深溝槽4內(nèi)部并覆蓋初始氧化層3的表面，參見(jiàn)圖16。
[0095]步驟908:去除所述初始氧化層的表面所在平面以上的所有P型外延層部分。
[0096]本步驟中，參見(jiàn)圖17,可以通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光將初始氧化層3的表面所在平面以上的所有P型外延層5部分磨掉。此處初始氧化層3可以起到停止層作用，也即當(dāng)對(duì)P型外延層5進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，當(dāng)研磨到初始氧化層3時(shí)，研磨的速率就會(huì)發(fā)生變化，這樣就可以判斷已經(jīng)研磨到初始氧化層3的表面，可以停止研磨了。
[0097]步驟909:去除初始氧化層。
[0098]在本實(shí)施例1流程的最后，可以利用氫氟酸等腐蝕性物質(zhì)腐蝕掉初始氧化層3,以得到包括N型外延層2和P型外延層5的娃表面，如圖18所示。由于本實(shí)施例1中所形成的初始氧化層3很薄，厚度只有0.05um?0.2um，因此最終所得到的硅表面上的P型外延層 5突出N型外延層2表面的部分很小，可以得到相對(duì)平整的硅表面。
[0099]可見(jiàn)，在本發(fā)明實(shí)施例所提供的深溝槽的硅外延填充方法中，利用夾心層的復(fù)合介質(zhì)層結(jié)構(gòu)作為阻擋層來(lái)進(jìn)行深溝槽的刻蝕，既能夠滿足深溝槽刻蝕的條件需要，又不至于在P型外延層拋光及后續(xù)步驟中留下突出深溝槽的P型外延層凸起，能夠制得表面較為平整的半導(dǎo)體器件，滿足了工業(yè)化生產(chǎn)的需求。
[0100]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種深溝槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:在N型外延層上形成初始氧化層，所述初始氧化層的厚度不超過(guò)0.2um ;在所述初始氧化層上形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層與所述初始氧化層形成復(fù)合介質(zhì)層；去除所述復(fù)合介質(zhì)層中對(duì)應(yīng)于N型外延層上預(yù)形成深溝槽的位置的部分區(qū)域；在所述N型外延層上形成一個(gè)或多個(gè)深溝槽；去除所述介質(zhì)層；在所述深溝槽內(nèi)和所述初始氧化層表面形成P型外延層；去除所述初始氧化層的表面所在平面以上的所有P型外延層部分；去除所述初始氧化層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深溝槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述去除所述復(fù)合 介質(zhì)層中對(duì)應(yīng)于N型外延層上預(yù)形成深溝槽的位置的部分區(qū)域包括:利用光刻刻蝕去除所述復(fù)合介質(zhì)層中對(duì)應(yīng)于N型外延層上預(yù)形成深溝槽的位置的部 分區(qū)域。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深溝槽的硅外延填充方法，其特征在于:所述在所述N型外延層上形成一個(gè)或多個(gè)深溝槽包括:利用保留的復(fù)合介質(zhì)層作為屏 蔽層，在所述N型外延層上刻蝕形成深溝槽；和/或，所述深溝槽的深度為20um?80um ;和/或，所述深溝槽的開(kāi)口寬度為lum?10um〇4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深溝槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述去除所述介質(zhì) 層包括:通過(guò)濕法或干法刻蝕去除所述介質(zhì)層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深溝槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述去除所述初始 氧化層的表面所在平面以上的所有P型外延層部分包括:通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光去除所述初始氧化層的表面所在平面以上的所有P型外延層部分。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深溝槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述去除所述初始 氧化層包括:利用濕法或干法刻蝕去除所述初始氧化層。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的深溝槽的硅外延填充方法，其特征在于:所述初始氧化層的厚度范圍為:〇.〇5um?0.2um ;和/或，所述初始氧化層的生長(zhǎng)溫度為900°C?1200°C。8.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的深溝槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述介 質(zhì)層包括:氮化硅層，形成在所述初始氧化層之上；以及 二氧化硅層，形成在所述氮化硅層之上。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的深溝槽的硅外延填充方法，其特征在于:所述氮化娃層的生長(zhǎng)溫度為600°C?900°C，厚度為0.05um?0.5um ;和/或，所述二氧化硅層的生長(zhǎng)溫度為600°C?1000°C，厚度為0? lum?2.0um〇10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的深溝槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述去除所述介質(zhì) 層包括:利用濕法或干法刻蝕，去除所述二氧化硅層；利用濕法或干法刻蝕，去除所述氮化硅層。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK105990090SQ201510046489
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年1月29日
【發(fā)明人】馬萬(wàn)里, 聞?wù)h
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