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合介質(zhì)層；去除所述復合介質(zhì)層中對應于N型外延層上預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或多個深溝槽；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體器件，滿足了工業(yè)化生產(chǎn)的需求。
【專利說明】
一種深溝槽的硅外延填充方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及半導體芯片制造工藝技術(shù)領域，尤其涉及一種深溝槽的硅外延填充方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在超結(jié)金屬-氧化層半導體場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，M0SFET)的制造工藝中，首先需要在N型襯底1上外延生長的 N型外延層2表面生長初始氧化層3,如圖1所示；隨后在對應于N型外延層2需刻蝕出深溝槽的部分對初始氧化層3進行光刻刻蝕，見圖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N型外延層2刻蝕出深溝槽4,如圖3 ;進一步地，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P型外延層5,參見圖4 ;最后對P型外延層5進行化學機械拋光，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時所需要的阻擋層即初始氧化層3就會有一定的厚度要求，這在后續(xù)P型外延層5生長完畢后，再進行P型外延層5的拋光和初始氧化層3 刻蝕時，就會使得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。而此時如果希望得到平整的硅表面，則需再次進行化學機械拋光，參見圖 7,但如果這樣，則會對N型外延層2的表面造成嚴重的損傷，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)問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，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合介質(zhì)層；
[0008]去除所述復合介質(zhì)層中對應于N型外延層上預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或多個深溝槽；
[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]進一步地，所述去除所述復合介質(zhì)層中對應于N型外延層上預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合介質(zhì)層中對應于N型外延層上預形成深溝槽的位置的部分區(qū)域。
[0016]進一步地，
[0017]所述在所述N型外延層上形成一個或多個深溝槽包括:利用保留的復合介質(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，所述深溝槽的開口寬度為Ium?1um0
[0020]進一步地，所述去除所述介質(zhì)層包括:
[0021 ] 通過濕法或干法刻蝕去除所述介質(zhì)層。
[0022]進一步地，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]通過化學機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溫度為900°C?1200°C。
[0029]進一步地，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]進一步地，
[0033]所述氮化娃層的生長溫度為600 °C?900 °C，厚度為0.05um?0.5um ；
[0034]和/或，所述二氧化硅層的生長溫度為600°C?1000°C，厚度為0.1um?2.0um。
[0035]進一步地，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，在本發(fā)明所提供的深溝槽的硅外延填充方法中，利用夾心層的復合介質(zhì)層結(jié)構(gòu)作為阻擋層來進行深溝槽的刻蝕，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體器件，滿足了工業(yè)化生產(chǎn)的需求。
【附圖說明】
[0039]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，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型外延層表面生長初始氧化層的示意圖；
[0041]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中在對應于N型外延層需刻蝕出深溝槽的部分對初始氧化層進行光刻刻蝕的示意圖；
[0042]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中對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P型外延層的示意圖；
[0044]圖5是現(xiàn)有技術(shù)中對P型外延層進行化學機械拋光的示意圖；
[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)中對硅表面再次進行拋光的示意圖；
[0047]圖8是本發(fā)明實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)明實施例1對復合介質(zhì)層進行部分光刻刻蝕的示意圖；
[0052]圖13是本發(fā)明實施例1深溝槽的形成示意圖；
[0053]圖14是本發(fā)明實施例1去除二氧化硅層的示意圖；
[0054]圖15是本發(fā)明實施例1去除氮化硅層的示意圖；
[0055]圖16是本發(fā)明實施例1外延生長P型外延層的示意圖；
[0056]圖17是本發(fā)明實施例1對P型外延層進行化學機械拋光的示意圖；
[0057]圖18是本發(fā)明實施例1去除初始氧化層的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0058]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[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 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合介質(zhì)層；
[0062]步驟803:去除所述復合介質(zhì)層中對應于N型外延層上預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或多個深溝槽；
[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，去除所述復合介質(zhì)層中對應于N型外延層上預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合介質(zhì)層中對應于N型外延層上預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或多個深溝槽可以包括:利用保留的復合介質(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，所述深溝槽的開口寬度為Ium?10um。
[0070]可選地，去除所述介質(zhì)層可以包括:通過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:通過化學機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]實施例1:
[0078]本發(fā)明實施例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來形成夾心的復合介質(zhì)層，以使得最后制成的硅外延表面更加平整。參見圖9，本實施例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0.2um。
[0080]參見圖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0.2um。具體地，初始氧化層3的厚度范圍為:0.05um?0.2um，生長溫度為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]參見圖11，本步驟中，氮化硅層6和二氧化硅層7的具體生長條件為:氮化硅層6的生長溫度為600°C?900°C，厚度為0.05um?0.5um ; 二氧化硅層7的生長溫度為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)成復合介質(zhì)層。
[0084]步驟903:去除復合介質(zhì)層中對應于N型外延層上預形成深溝槽的位置的部分區(qū)域。
[0085]本步驟中，對復合介質(zhì)層進行光刻刻蝕，去除掉其中對應于N型外延層2上預形成深溝槽的位置的部分區(qū)域，也即將N型外延層2表面預形成深溝槽的區(qū)域暴露出來，以便在后續(xù)步驟中進行深溝槽的刻蝕，參見圖12。
[0086]步驟904:在N型外延層上形成一個或多個深溝槽。
[0087]本步驟中，如圖13所示，利用復合介質(zhì)層作為屏蔽層，進行N型外延層2上深溝槽4的刻蝕。經(jīng)刻蝕，可以形成一個或多個深溝槽4，每個深溝槽的深度可以為20um?80um，開口寬度可以為Ium?10um。
[0088]由于所需要刻蝕的深度較深，刻蝕時間較長，因此所需的屏蔽層就要保持一定的厚度。本實施例1中的屏蔽層為復合介質(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，參見圖17,可以通過化學機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，也即當對P型外延層5進行化學機械拋光時，當研磨到初始氧化層3時，研磨的速率就會發(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，可以得到相對平整的硅表面。
[0099]可見，在本發(fā)明實施例所提供的深溝槽的硅外延填充方法中，利用夾心層的復合介質(zhì)層結(jié)構(gòu)作為阻擋層來進行深溝槽的刻蝕，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體器件，滿足了工業(yè)化生產(chǎn)的需求。
[0100]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
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合介質(zhì)層；去除所述復合介質(zhì)層中對應于N型外延層上預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或多個深溝槽；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，所述去除所述復合 介質(zhì)層中對應于N型外延層上預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合介質(zhì)層中對應于N型外延層上預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或多個深溝槽包括:利用保留的復合介質(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:通過化學機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溫度為900°C?1200°C。8.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項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】H01L21/02GK105990090SQ201510046489
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月29日
【發(fā)明人】馬萬里, 聞正鋒
【申請人】北大方正集團有限公司, 深圳方正微電子有限公司