深沟槽的硅外延填充方法技术

本发明专利技术公开了一种深沟槽的硅外延填充方法，可应用于超级结MOSFEFT，该方法包括以下步骤：1)在硅衬底上生长一层N型外延层；2)在该N型外延层上生长一层介质膜；3)以该介质膜为掩模，在该N型外延层上刻蚀出沟槽；4)进行硅外延生长，用P型硅外延填充沟槽；5)对硅片表面进行平坦化；6)重复一次步骤4)和5)，进行第二次硅外延生长和硅片表面的平坦化。该硅外延填充方法通过两次反型硅外延生长和硅片表面平坦化工艺，获得了在沟槽内无空洞或较小空洞的硅外延层，从而提高了超级结MOSFET器件的击穿电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，特别是涉及一种应用于超级结MOSFET的。
技术介绍
图I是超级结结构的MOSFET(金氧半场效晶体管)器件的结构示意图，如该图所示，在N+硅衬底I上的N型外延层2内有沟槽型的具有相反导电类型填充的P型外延层3，该区域顶部从外向内依次被P阱区5、N+源区6、P+注入层7包围。在两个沟槽型的P型外延层3之间、N型外延层2之上设有多晶娃4,多晶娃4上设有层间介质8,然后源金属电极9覆盖整个层间介质8和P型外延层3。N+娃衬底I背面有背面金属电极(漏极)10。该器件主要的难点是交替排列的P型和N型半导体薄层结构的形成。该结构形成工艺有两种，第一种工艺如图2所示首先，在硅衬底I上生长一层外延层11，然后再在合适的位置进行注入掺杂形成离子注入区12 ;然后再生长一层外延层11，再在前次相同的注入位置进行注入形成离子注入区12。这样多次地循环外延生长和注入，直至外延厚度达到所需要的沟道深度。最后再在炉管进行注入掺杂区扩散，使多个离子注入区12形成一完整的掺杂区13，这样完整的P(N)型薄层才算完成。此方法存在以下问题首先是成本较高，外延和注入都是半导体制造中成本较高的工艺，特别是外延，在一般的半导体制造中一般只有一次；其次是工艺难以控制，几次的外延生长要求相同的电阻率，相同的膜质量，对工艺的稳定性方面要求较高；另外每次注入都要求在相同的位置，对注入的对准、精度方面都要求很高。另外一种制造工艺，如图3所示，是首先在硅衬底I上生长一层厚的N型外延层2，然后在此N型外延层2上形成一个沟槽14，再用与N型外延层2有相反掺杂的P型硅外延填充沟槽14。此工艺的难点是深沟槽的填充，一般很难保证沟槽填充后没有空洞存在。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种，它可以提高超级结MOSFET器件的击穿电压。为解决上述技术问题，本专利技术的，包括以下步骤I)在娃衬底上生长一层N型外延层；2)在该N型外延层上生长一层介质膜；3)以该介质膜为掩模，在该N型外延层上刻蚀出沟槽；4)进行硅外延生长，用P型硅外延填充沟槽；5)对硅片表面进行平坦化；6)重复一次步骤4)和5)，进行第二次硅外延生长和硅片表面的平坦化。步骤2)中，所述介质膜可以为氧化硅或氮化硅。步骤3)中，所述沟槽的宽度为O. 2 10. O μ m，深度为O. 8 100. O μ m。步骤4)中，可以采用硅源气体、卤化物和掺杂气体的混合气体进行硅外延生长。步骤5)中，可以采用化学机械研磨方法对硅片表面进行平坦化。本专利技术的，通过两次反型硅外延生长和硅片表面平坦化工艺，获得了在沟槽内无空洞或较小空洞的的硅外延层，从而提高了超级结MOSFET器件的击穿电压。附图说明图I是超级结结构的MOS晶体管单元示意图；图2是现有的一种交替排列的P型和N型半导体薄层制造工艺；图3是现有的另一种交替排列的P型和N型半导体薄层制造工艺；图4是本专利技术实施例一的工艺流程示意图，其中，图4-A为沟槽刻蚀后的示意图，图4-B为第一次硅外延生长后的示意图，图4-C为第一次化学机械研磨后的示意图，图4-D为第二次硅外延生长后的示意图，图4-E是第二次化学机械研磨后的示意图；图5是本专利技术实施例二的工艺流程示意图，其中，图5-A为沟槽刻蚀后的示意图，图5-B为第一次娃外延生长后的不意图，图5-C为第一次化学机械研磨后的不意图，图5-D为第二次硅外延生长后的示意图，图5-E是第二次化学机械研磨后的示意图。图中附图标记说明如下I :娃衬底2 N型外延层3 P型外延层4:多晶硅5 :P 阱区6:N+源区7 P+ 注入层8:层间介质9 源金属电极10:背面金属电极11:外延层12:离子注入区13:掺杂区14:沟槽15:掩模16:空洞具体实施例方式为对本专利技术的
技术实现思路
、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下实施例一请参阅图4所示,本专利技术实施例一的深沟槽的娃外延填充方法,包括以下步骤步骤一，在具有高掺杂N型杂质的硅衬底I上生长一层厚的低掺杂N型外延层2，然后，在该N型外延层2上生长一层介质膜(氧化娃或氮化娃)作为刻蚀深沟槽的掩模15,刻蚀出深度为35. O 50. O μ m的沟槽14 (图4-A)，刻蚀后，掩模15全部或部分保留。步骤二，用硅源气体、卤化氢和掺杂气体的混合气体进行第一次硅外延生长，用P型硅外延完全填充沟槽14 (图4-B)。卤化氢对硅具有刻蚀作用，可以抑制硅外延过快生长，提高硅外延生长工艺对沟槽的填充能力。步骤三，用化学机械研磨方法对硅片表面进行第一次平坦化，把位于沟槽14顶部的空洞16暴露出来(图4-C)。第一次平坦化后，沟槽14顶部位于掩模15下方。步骤四，用硅源气体、卤化氢和掺杂气体的混合气体在沟槽14内部或顶部进行第二次硅外延生长，用P型硅外延填充暴露出来的空洞16 (图4-D)。步骤五，用化学机械研磨方法对硅片表面进行第二次平坦化(图4-E)，最终完成深沟槽14的硅外延填充。实施例二 请参阅图5所示，本专利技术另一实施例的，包括以下步骤步骤一，与上述实施例一中的步骤一完全相同，刻蚀结果见图5-A。步骤二，用硅源气体、卤化氢和掺杂气体的混合气体进行第一次硅外延生长，用P型硅外延部分填充沟槽14 (图5-B)。步骤三，如图5-C所示，用化学机械研磨方法对硅片表面进行第一次平坦化，去除掩模14顶部生长的全部单晶或多晶硅(掩模未全部去除)，以降低沟槽14剩余部分的深宽比，从而降低沟槽14填充的难度，使得空洞产生的几率大大降低。步骤四，用硅源气体、卤化氢和掺杂气体的混合气体在沟槽14内部或顶部进行第二次硅外延生长，用P型硅外延完全填充(包括过填充)沟槽14 (图5-D)。步骤五，用化学机械研磨方法对硅片表面进行第二次平坦化(图5-E)，最终完成深沟槽14的硅外延填充。权利要求1.一种，其特征在于，包括以下步骤1)在娃衬底上生长一层N型外延层；2)在该N型外延层上生长一层介质膜；3)以该介质膜为掩模，在该N型外延层上刻蚀出沟槽；4)进行硅外延生长，用P型硅外延填充沟槽；5)对硅片表面进行平坦化；6)重复一次步骤4)和5)，进行第二次硅外延生长和硅片表面的平坦化。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述介质膜为氧化硅或氮化硅。3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述沟槽的宽度为O.2 10. Oym,深度为 O. 8 100. O μ m。4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤4)中，采用硅源气体、卤化物和掺杂气体的混合气体进行硅外延生长。5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤5)中，采用化学机械研磨方法对硅片表面进行平坦化。全文摘要本专利技术公开了一种，可应用于超级结MOSFEFT，该方法包括以下步骤1)在硅衬底上生长一层N型外延层；2)在该N型外延层上生长一层介质膜；3)以该介质膜为掩模，在该N型外延层上刻蚀出沟槽；4)进行硅外延生长，用P型硅外延填充沟槽；5)对硅片表面进行平坦化；6)重复一次步骤4)和5)，进行第二次硅外延生长和硅片表面的平坦化。该硅外延填充方法通过两次反型硅外延生长和硅片表面平坦化工艺，获得了在沟槽内无空洞或较小空洞的硅外延层，从而提高了超级结MOSFET器件的击穿电压。文档编号H01L21/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深沟槽的硅外延填充方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在硅衬底上生长一层N型外延层；2)在该N型外延层上生长一层介质膜；3)以该介质膜为掩模，在该N型外延层上刻蚀出沟槽；4)进行硅外延生长，用P型硅外延填充沟槽；5)对硅片表面进行平坦化；6)重复一次步骤4)和5)，进行第二次硅外延生长和硅片表面的平坦化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继全，肖胜安，季伟，于源源，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：