000A,若所 述形成阻挡层33厚度太厚容易导致杂质扩散不佳，而阻止层33太薄则不容易阻挡液态掺 杂源对半导体衬底裸露区的腐蚀，上述阻挡层33的厚度则有利于同时实现利于杂质扩散 以及阻挡腐蚀两方面的效果。优选方案中，所述阻挡层33为二氧化硅，采用高温生长氧化 层的方式形成阻挡层33,所述高温生长氧化层的温度范围为1000?1200度，采用高温生长 的方式形成阻挡层33有利于对沟槽内壁进行修复。
[0050] 结合图4和图8所示，执行步骤S14,采用与半导体衬底30的掺杂类型相反的液态 掺杂源进行扩散，所述液态掺杂源34a覆盖阻挡层33表面，并在沟槽32周围的半导体衬底 中形成与半导体衬底30的掺杂类型相反的掺杂区34b，进而形成P\N区交替出现的结构。
[0051] 其中，所述与半导体衬底掺杂类型相反的液态掺杂源，指的是当半导体衬底掺杂 类型为P型时液态掺杂源的掺杂类型为N型，当半导体衬底掺杂类型为N型时液态掺杂源 的掺杂类型为P型。例如，当液态掺杂源的掺杂类型为N型时，包括三氯氧磷；当液态掺杂 源的掺杂类型为P型时，包括硼酸或三溴化硼。可根据需要掺杂区域的目标浓度来选择合 适浓度的液态掺杂源，液态掺杂源越浓、掺杂时间越长则可以得到更浓的掺杂浓度，可根据 产品耐压等参数需求来调整退火的温度和时间，从而达到掺杂区的目标结深。本实施例中， 所述扩散工艺在氮气和氧气的氛围下在炉管中进行，温度范围为900?1250度，经过扩散 后掺杂区34b的方块电阻Rs范围为0. 5?23ohm/ □。可知，所谓液态掺杂源指的是掺杂 源的初始状态是液态，经过扩散工艺加热后其会挥发成气体，被氮气携带覆盖在硅片表面， 即，液态掺杂源在氮气的携带下以蒸汽的形式积聚在阻挡层33表面，并较好的渗入沟槽内 部（液态掺杂源可以填满沟槽也可以不填满沟槽），形成液态掺杂源在半导体衬底上的预 饱和，最终在沟槽32周围的半导体衬底中形成与半导体衬底掺杂类型相反的掺杂区34b。 扩散过程中通入氧气，可以减少液态掺杂源对硅晶格的损伤，还可以促进掺杂杂质的分解， 利于掺杂源的扩散和在硅晶格中再分布。
[0052] 结合图4和图9所示，执行步骤S15,去除所述阻挡层33、液态掺杂源34a以及介 质层31。通过此步骤，可防止液态掺杂源的残留物对硅晶格产生破坏，也可避免液态掺杂源 的残留物导致其他区域的沾污。本实施例中采用含HF的腐蚀液漂洗尽液态掺杂源的残留 物。
[0053] 结合图4和图10-11所示，执行步骤S16,在所述沟槽中以及半导体衬底30表面 沉积填充材料36a，并对所述半导体衬底30的表面进行平坦化处理，去除所述半导体衬底 30表面的填充材料，以在所述沟槽32中形成填充层36。可采用填充性较佳的介质材料进 行沟槽填充，可以使沟槽内部填充没有缺陷，无缝隙或空洞，所述填充性较佳的填充材料例 如是比硅填充性更佳的二氧化硅或者非掺杂多晶硅。可采用化学机械研磨或者采用回刻工 艺对所述对半导体衬底30表面进行平坦化处理。即形成了表面平坦、半导体衬底无缺陷、 缝隙或空洞的P\N区交替出现的结构。在此结构基础上，还可进行常规的功率器件工艺步 骤，如体加浓区、栅极多晶、发射区、接触孔及金属引线后即可形成完整的超结器件，此处不 再赘述。
[0054] 上述以超结金属氧化物半导体场效应晶体管制作过程为例详细说明了本发明，可 以理解的是，还可以将上述方法运用于具有沟槽且需要在半导体衬底中形成掺杂区的大功 率晶体管、IGBT和MEMS等产品中。
[0055] 如图5-11所示，本发明还提供一种半导体器件，包括：具有特定掺杂类型的半导 体衬底30 ;形成于所述半导体衬底30中的沟槽32 ;形成于所述沟槽30周围的半导体衬底 中与所述半导体衬底30的掺杂类型相反的掺杂区34b;以及形成于所述沟槽32中的填充 层36。
[0056] 其中，所述填充层36是比硅填充性更佳的二氧化硅或者非掺杂多晶硅。本发明采 用液态掺杂源形成了掺杂区，因而可采用具有良好填充性能的介质材料填充沟槽，形成没 有缝隙或空洞的填充层，从而避免器件漏电，保证器件的高压性能和可靠性要求。以超结结 构如超结金属氧化物半导体场效应晶体管为例，只需要整体半导体衬底中出现了P\N结交 替的结构，即完成了超结结构，沟槽中形成的填充层可以不参与器件的使用，而且此结构的 掺杂区基本是等比例外扩，g卩外围的掺杂区是稳定的，可以得到和纯硅填充一样效果的电 流、电场分布。
[0057] 综上所述，本发明在特定掺杂类型的半导体衬底上形成沟槽后，先生长一层介质 层，并采用液态掺杂源进行扩散工艺形成P\N区交替出现的结构，再采用具有良好填充性 能的介质材料进行填充，使沟槽填充区完好，形成没有缝隙或空洞的沟槽，避免缺陷、器件 漏电，保证器件的高压性能和可靠性要求，由于采用此方法可以实现沟槽内的无缝隙填充， 因此对沟槽的倾斜度没有苛刻要求，倾斜度可以根据产品要求做到无限接近90度甚至大 于90度，使刻槽工艺更简单，更利于实现满足产品要求的器件结构。
[0058] 虽然已经通过示例性实施例对本发明进行了详细说明，但是本领域的技术人员应 该理解，以上示例性实施例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技 术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发 明的范围由所附权利要求来限定。
【主权项】
1. 一种半导体器件形成方法，其特征在于，包括： 提供具有特定渗杂类型的半导体衬底； 在所述半导体衬底上形成介质层； 刻蚀所述介质层和半导体衬底形成沟槽； 在所述沟槽内壁W及介质层上形成阻挡层； 采用与所述半导体衬底的渗杂类型相反的液态渗杂源进行扩散工艺，所述液态渗杂源 覆盖所述阻挡层表面，并在所述沟槽周围的半导体衬底中形成与所述半导体衬底的渗杂类 型相反的渗杂区； 去除所述阻挡层、液态渗杂源W及介质层；W及 在所述沟槽中形成填充层。
2. 如权利要求1所述的半导体器件形成方法，其特征在于，所述阻挡层是二氧化娃。
3. 如权利要求2所述的半导体器件形成方法，其特征在于，所述阻挡层的厚度范围为 ioA?ioooA。
4. 如权利要求2所述的半导体器件形成方法，其特征在于，采用高温生长工艺形成所 述阻挡层，所述高温生长工艺的温度范围为1000?1200度。
5. 如权利要求1所述的半导体器件形成方法，其特征在于，所述半导体衬底的渗杂类 型为P型时，所述液态渗杂源的渗杂类型为N型；所述半导体衬底的渗杂类型为N型时，所 述液态渗杂源的渗杂类型为P型。
6. 如权利要求1所述的半导体器件形成方法，其特征在于，所述扩散工艺在氮气和氧 气的氛围下进行，温度范围为900?1250度。
7. 如权利要求6所述的半导体器件形成方法，其特征在于，经过扩散工艺后渗杂区的 方块电阻范围为0. 5?23ohm/ □。
8. 如权利要求1所述的半导体器件形成方法，其特征在于，在所述沟槽中形成填充层 的步骤包括： 在所述沟槽中W及半导体衬底表面沉积填充材料；W及 对所述半导体衬底的表面进行平坦化处理，去除所述半导体衬底表面的填充材料，W 在所述沟槽中形成填充层。
9. 如权利要求8所述的半导体器件形成方法，其特征在于，所述填充层是二氧化娃或 者非渗杂多晶娃。
10. 如权利要求8所述的半导体器件形成方法，其特征在于，采用化学机械研磨工艺或 者回刻工艺对所述对半导体衬底表面进行平坦化处理。
11. 如权利要求1至9中任一项所述的半导体器件形成方法，其特征在于，所述半导体 器件是超结金属氧化物半导体场效应晶体管。
12. -种半导体器件，其特征在于，包括： 具有特定渗杂类型的半导体衬底； 形成于所述半导体衬底中的沟槽； 形成于所述沟槽周围的半导体衬底中与所述半导体衬底的渗杂类型相反的渗杂区；W 及 形成于所述沟槽中的填充层。
13. 如权利要求12所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体衬底的渗杂类型为P型 时，所述液态渗杂源的渗杂类型为N型；所述半导体衬底的渗杂类型为N型时，所述液态渗 杂源的渗杂类型为P型。
14. 如权利要求12所述的半导体器件，其特征在于，所述填充层是二氧化娃或者非渗 杂多晶娃。
15. 如权利要求12所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件是超结金属氧化 物半导体场效应晶体管。
【专利摘要】本发明提供了一种半导体器件及其形成方法，在特定掺杂类型的半导体衬底上形成沟槽后，采用与半导体衬底的掺杂类型相反的液态掺杂源进行扩散，所述液态掺杂源覆盖阻挡层表面，并在沟槽周围的半导体衬底中形成与半导体衬底的掺杂类型相反的掺杂区，无需采用工艺复杂、技术难度较大的常规外延掺杂工艺，降低了工艺难度。另外，本发明在形成掺杂区后，采用填充性较佳的介质材料进行沟槽填充，有利于形成没有缝隙或空洞的填充层，使沟槽内部填充没有缺陷，降低了对沟槽刻蚀工艺的要求，保证器件的高压性能和可靠性要求。
【IPC分类】H01L21-336, H01L29-06, H01L29-36, H01L29-78
【公开号】CN104599972
【申请号】CN201410799354
【发明人】杨彦涛, 赵金波, 江宇雷, 陈文伟, 杨雪
【申请人】成都士兰半导体制造有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月19日