专利名称：沟槽形半导体结构的形成方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路中半导体工艺方法，具体涉及一种沟槽形半导体结构的形成方法。
背景技术：
多晶或非晶硅沟槽结构普遍应用在各种半导体器件中，如沟槽形MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半场效晶体管)和IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)中沟槽栅、射频半导体器件中的低电阻纵向导通通路等等。多晶或非晶硅沟槽一般放置在单晶硅中，由于晶体结构的差异，多晶或非晶硅和单晶硅的热膨胀系数有较大的差异，单晶硅的热膨胀系数在3. 0左右，而多晶或非晶硅的热膨胀系数在6. 0左右，所以带有多晶或非晶硅沟槽结构的器件在经历后续的热过程后容易产生较大的压力，特别是对集成度比较高的器件，由于其沟槽的密度比较大，其应力会更加明显；另外，大尺寸深沟槽的沟槽也会导致较大的应力出现。应力在半导体制造中一般是一个不好的现象，通常要加以避免，或尽量降低其应力，如应力过大会导致硅片变形从而导致硅片传送出现问题，还会导致后续工艺加工困难，工艺均匀性变差等；另外单晶硅内部的应力太大还会导致缺陷的产生，如滑移面、滑移线产生。所以如何降低多晶或非晶硅沟槽导致的器件应力是一个非常关键的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种沟槽形半导体结构的形成方法，以防止由于多晶或非晶硅的应力导致的硅内部的缺陷。为解决上述技术问题，本发明提供一种沟槽形半导体结构的形成方法，包括以下步骤
I)在硅衬底或硅外延上形成沟槽；2)全硅片进行热氧化膜生长，在沟槽顶部及侧壁形成氧化硅；3)利用含C的多晶硅或非晶硅填充沟槽，或者利用多晶SiC或非晶SiC填充沟槽；含C的多晶硅或非晶硅指的是C原子以间隙或替代Si原子的方式存在于多晶硅或非晶硅中，或者以无定形态存在于多晶硅或非晶硅中；多晶SiC或非晶SiC指的是SiC以多晶或非晶的形态存在；4)利用干法刻蚀或化学机械研磨方法去除沟槽顶部的多晶或非晶薄膜以及氧化硅。所述步骤I)中，采用各项异性的干法刻蚀，以光刻胶为掩模，在硅衬底或硅外延上预定区域刻蚀出沟槽，沟槽宽度为0. 1-5. 0微米，沟槽深度为0. 1-10微米。所述步骤2)中热氧化的温度为700-1300摄氏度，热氧化在O2，或H2O和O2的氛围下进行，在沟槽侧壁及顶部形成的氧化硅的厚度为0. 01-0. 5微米。所述步骤3)中采用化学气相沉积方法形成含C的多晶硅或非晶硅填充沟槽，或者采用化学气相沉积方法形成多晶SiC或非晶SiC填充沟槽，反应温度为400-1300摄氏度，压力为0. 01-760Torr。含C的多晶硅或非晶硅采用化学气相沉积的方法，以SiCH6(甲基硅烷)和SiH4 (硅烷)、DCS (二氯二氢硅)、TCS (三氯氢硅)中的至少一种作为反应物，以H2或N2作为载气，以AsH3、PH3或B2H6为掺杂剂，掺杂浓度为lE15-lE22atoms/cm3。多晶SiC或非晶SiC采用化学气相沉积的方法，以SiCH6作为反应物，以H2或N2作为载气，以AsH3、PH3或B2H6为掺杂剂，掺杂浓度为lE15-lE22atoms/cm3。此外，本发明还提供另一种沟槽形半导体结构的形成方法，包括以下步骤I)在硅衬底或硅外延上形成介质膜；2)在硅衬底或硅外延上形成沟槽；3)利用含C的多晶硅或非晶硅填充沟槽，或者利用多晶SiC或非晶SiC填充沟槽；含C的多晶硅或非晶硅指的是C原子以间隙或替代Si原子的方式存在于多晶硅或非晶硅中，或者以无定形态存在于多晶硅或非晶硅中；多晶SiC或非晶SiC指的是SiC以多晶或非晶的形态存在； 4)利用干法刻蚀或化学机械研磨方法去除沟槽顶部的多晶或非晶薄膜及介质膜。所述步骤I)中介质膜为SiO2, SiN, SiON中的至少一种,该介质膜采用化学气相沉积或热氧化方式生长，生长温度在300-1300摄氏度，生长压力在0. 01-760Torr ;该介质膜的厚度为0. 1-5.0微米。所述步骤2)沟槽刻蚀采用各项异性的干法刻蚀，以光刻胶为掩模，在预定区域刻蚀出沟槽，该沟槽的宽 度为0. 1-5. 0微米，该沟槽的深度为0. 1-10微米。所述步骤3)中采用化学气相沉积方法形成含C的多晶硅或非晶硅填充沟槽，或者采用化学气相沉积方法形成多晶SiC或非晶SiC填充沟槽，反应温度为400-1300摄氏度，压力为0. 01-760Torr。含C的多晶硅或非晶硅采用化学气相沉积的方法，以SiCH6和SiH4、DCS,TCS中的至少一种作为反应物，以H2或队作为载气，以AsH3、PH3或￥6为掺杂剂，掺杂浓度为lE15-lE22atomS/cm3。多晶SiC或非晶SiC采用化学气相沉积的方法，以SiCH6作为反应物，以H2或队作为载气，以AsH3、PH3或阳6为掺杂剂，掺杂浓度为lE15-lE22atoms/
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cm o多晶硅或非晶硅沟槽结构应力的产生是由于多晶硅或非晶硅与单晶硅热膨胀系数的差异导致的，所以如何降低多晶硅或非晶硅的热膨胀系数是解决应力问题的关键因素。考虑到以下材料的热膨胀系数
权利要求
1.一种沟槽形半导体结构的形成方法，其特征在于，包括以下步骤 1)在硅衬底或硅外延上形成沟槽； 2)全硅片进行热氧化膜生长，在沟槽顶部及侧壁形成氧化硅； 3)利用含C的多晶硅或非晶硅填充沟槽，或者利用多晶SiC或非晶SiC填充沟槽； 4)利用干法刻蚀或化学机械研磨方法去除沟槽顶部的多晶或非晶薄膜以及氧化硅。
2.如权利要求1所述的一种沟槽形半导体结构的形成方法，其特征在于，所述步骤I)中，采用各项异性的干法刻蚀，以光刻胶为掩模，在硅衬底或硅外延上预定区域刻蚀出沟槽，沟槽宽度为O. 1-5. O微米，沟槽深度为O. 1-10微米。
3.如权利要求1所述的一种沟槽形半导体结构的形成方法，其特征在于，所述步骤2)中热氧化的温度为700-1300摄氏度，热氧化在02，或H2O和O2的氛围下进行，在沟槽侧壁及顶部形成的氧化硅的厚度为O. 01-0. 5微米。
4.如权利要求1所述的一种沟槽形半导体结构的形成方法，其特征在于，所述步骤3)中采用化学气相沉积方法形成含C的多晶硅或非晶硅填充沟槽，或者采用化学气相沉积方法形成多晶SiC或非晶SiC填充沟槽，反应温度为400-1300摄氏度，压力为O. 01_760Torr。
5.如权利要求4所述的一种沟槽形半导体结构的形成方法，其特征在于，所述步骤3)中，含C的多晶硅或非晶硅采用化学气相沉积的方法，以SiCHf^P SiH4、DCS、TCS中的至少一种作为反应物，以H2或N2作为载气，以AsH3、PH3或B2H6为掺杂剂，掺杂浓度为lE15_lE22atoms /cm3。
6.如权利要求4所述的一种沟槽形半导体结构的形成方法，其特征在于，所述步骤3)中，多晶SiC或非晶SiC采用化学气相沉积的方法，以SiCH6作为反应物，以H2或N2作为载气，以AsH3、PH3或B2H6为掺杂剂，掺杂浓度为lE15-lE22atoms/cm3。
7.—种沟槽形半导体结构的形成方法，其特征在于，包括以下步骤 1)在硅衬底或硅外延上形成介质膜； 2)在硅衬底或硅外延上形成沟槽； 3)利用含C的多晶硅或非晶硅填充沟槽，或者利用多晶SiC或非晶SiC填充沟槽； 4)利用干法刻蚀或化学机械研磨方法去除沟槽顶部的多晶或非晶薄膜及介质膜。
8.如权利要求7所述的一种沟槽形半导体结构的形成方法，其特征在于，所述步骤I)中介质膜为Si02，SiN，Si0N中的至少一种，该介质膜采用化学气相沉积或热氧化方式生长，生长温度在300-1300摄氏度，生长压力在O. 01-760Torr ;该介质膜的厚度为O. 1-5. O微米。
9.如权利要求7所述的一种沟槽形半导体结构的形成方法，其特征在于，所述步骤2)沟槽刻蚀采用各项异性的干法刻蚀，以光刻胶为掩模，在预定区域刻蚀出沟槽，该沟槽的宽度为O. 1-5. O微米，该沟槽的深度为O. 1-10微米。
10.如权利要求7所述的一种沟槽形半导体结构的形成方法，其特征在于，所述步骤3)中采用化学气相沉积方法形成含C的多晶硅或非晶硅填充沟槽，或者采用化学气相沉积方法形成多晶SiC或非晶SiC填充沟槽，反应温度为400-1300摄氏度，压力为O. 01_760Torr。
11.如权利要求10所述的一种沟槽形半导体结构的形成方法，其特征在于，所述步骤3)中，含C的多晶硅或非晶硅采用化学气相沉积的方法，以SiCH6和SiH4、DCS、TCS中的至少一种作为反应物，以H2或N2作为载气，以AsH3、PH3或B2H6为掺杂剂，掺杂浓度为lE15_lE22atoms/cm3。
12.如权利要求10所述的一种沟槽形半导体结构的形成方法，其特征在于，所述步骤3)中，多晶SiC或非晶SiC采用化学气相沉积的方法，以SiCH6作为反应物，以H2或N2作为载气，以AsH3、PH3或B2H6为掺杂剂，掺杂浓度为lE15-lE22atoms/cm3。
全文摘要
本发明公开了沟槽形半导体结构的形成方法，本发明利用在多晶硅或非晶硅中掺入C填充沟槽，或者利用多晶SiC或非晶SiC以代替多晶硅或非晶硅填充沟槽，可以降低器件的应力，从而防止由于多晶或非晶硅的应力导致的硅内部的缺陷，可以获得低应力低缺陷密度的沟槽栅半导体结构或低电阻沟槽通路。
文档编号H01L21/02GK103035488SQ20121044283
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年11月7日
发明者刘继全 申请人:上海华虹Nec电子有限公司