一种深沟槽的硅外延填充方法
【专利摘要】本发明提供一种深沟槽的硅外延填充方法，所述方法包括以下步骤：在N型外延层上形成初始氧化层，所述初始氧化层的厚度不超过0.2um；在所述初始氧化层上形成介质层，所述介质层与所述初始氧化层形成复合介质层；去除所述复合介质层中对应于N型外延层上预形成深沟槽的位置的部分区域；在所述N型外延层上形成一个或多个深沟槽；去除所述介质层；在所述深沟槽内和所述初始氧化层表面形成P型外延层；去除所述初始氧化层的表面所在平面以上的所有P型外延层部分；去除所述初始氧化层。本发明能够制得表面较为平整的半导体器件，满足了工业化生产的需求。
【专利说明】
一种深沟槽的硅外延填充方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体芯片制造工艺技术领域，尤其涉及一种深沟槽的硅外延填充方法。【背景技术】
[0002]在超结金属-氧化层半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，M0SFET)的制造工艺中，首先需要在N型衬底1上外延生长的 N型外延层2表面生长初始氧化层3,如图1所示；随后在对应于N型外延层2需刻蚀出深沟槽的部分对初始氧化层3进行光刻刻蚀，见图2 ;然后在上述刻蚀处利用初始氧化层3作为阻挡层，继续对N型外延层2刻蚀出深沟槽4,如图3 ;进一步地，在被刻蚀出的深沟槽4 内和初始氧化层3表面外延生长P型外延层5,参见图4 ;最后对P型外延层5进行化学机械抛光，去除初始氧化层3上方的P型外延层5,如图5 ;最后去除掉所有残留的初始氧化层 3,得到硅外延填充表面，参见图6。
[0003]在上述深沟槽的硅外延填充步骤中，由于在N型外延层2中刻蚀出的深沟槽4很深，一般在35um以上，因此刻蚀深沟槽4时所需要的阻挡层即初始氧化层3就会有一定的厚度要求，这在后续P型外延层5生长完毕后，再进行P型外延层5的抛光和初始氧化层3 刻蚀时，就会使得P型外延层5在N型外延层2表面显著突出深沟槽的现象，致使M0SFET 的表面不够平整。而此时如果希望得到平整的硅表面，则需再次进行化学机械抛光，参见图 7,但如果这样，则会对N型外延层2的表面造成严重的损伤，大大影响所制成芯片的性能。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种深沟槽的硅外延填充方法，以解决现有技术中所制造的器件表面平整度不高的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种深沟槽的硅外延填充方法，所述方法包括以下步骤:
[0006]在N型外延层上形成初始氧化层，所述初始氧化层的厚度不超过0.2um ;
[0007]在所述初始氧化层上形成介质层，所述介质层与所述初始氧化层形成复合介质层；
[0008]去除所述复合介质层中对应于N型外延层上预形成深沟槽的位置的部分区域；
[0009]在所述N型外延层上形成一个或多个深沟槽；
[0010]去除所述介质层；
[0011]在所述深沟槽内和所述初始氧化层表面形成P型外延层；
[0012]去除所述初始氧化层的表面所在平面以上的所有P型外延层部分；
[0013]去除所述初始氧化层。
[0014]进一步地，所述去除所述复合介质层中对应于N型外延层上预形成深沟槽的位置的部分区域包括:
[0015]利用光刻刻蚀去除所述复合介质层中对应于N型外延层上预形成深沟槽的位置的部分区域。
[0016]进一步地，
[0017]所述在所述N型外延层上形成一个或多个深沟槽包括:利用保留的复合介质层作为屏蔽层，在所述N型外延层上刻蚀形成深沟槽；
[0018]和/或，所述深沟槽的深度为20um?80um ；
[0019]和/或，所述深沟槽的开口宽度为Ium?1um0
[0020]进一步地，所述去除所述介质层包括:
[0021 ] 通过湿法或干法刻蚀去除所述介质层。
[0022]进一步地，所述去除所述初始氧化层的表面所在平面以上的所有P型外延层部分包括:
[0023]通过化学机械抛光去除所述初始氧化层的表面所在平面以上的所有P型外延层部分。
[0024]进一步地，所述去除所述初始氧化层包括:
[0025]利用湿法或干法刻蚀去除所述初始氧化层。
[0026]进一步地，
[0027]所述初始氧化层的厚度范围为:0.05um?0.2um ；
[0028]和/或，所述初始氧化层的生长温度为900°C?1200°C。
[0029]进一步地，所述介质层包括:
[0030]氮化硅层，形成在所述初始氧化层之上；以及
[0031]二氧化硅层，形成在所述氮化硅层之上。
[0032]进一步地，
[0033]所述氮化娃层的生长温度为600 °C?900 °C，厚度为0.05um?0.5um ；
[0034]和/或，所述二氧化硅层的生长温度为600°C?1000°C，厚度为0.1um?2.0um。
[0035]进一步地，所述去除所述介质层包括:
[0036]利用湿法或干法刻蚀，去除所述二氧化硅层；
[0037]利用湿法或干法刻蚀，去除所述氮化硅层。
[0038]可见，在本发明所提供的深沟槽的硅外延填充方法中，利用夹心层的复合介质层结构作为阻挡层来进行深沟槽的刻蚀，既能够满足深沟槽刻蚀的条件需要，又不至于在P型外延层抛光及后续步骤中留下突出深沟槽的P型外延层凸起，能够制得表面较为平整的半导体器件，满足了工业化生产的需求。
【附图说明】
[0039]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]图1是现有技术中在N型外延层表面生长初始氧化层的示意图；
[0041]图2是现有技术中在对应于N型外延层需刻蚀出深沟槽的部分对初始氧化层进行光刻刻蚀的示意图；
[0042]图3是现有技术中对N型外延层刻蚀出深沟槽的示意图；
[0043]图4是现有技术中外延生长P型外延层的示意图；
[0044]图5是现有技术中对P型外延层进行化学机械抛光的示意图；
[0045]图6是现有技术中去除初始氧化层的示意图；
[0046]图7是现有技术中对硅表面再次进行抛光的示意图；
[0047]图8是本发明实施例深沟槽的硅外延填充方法的步骤示意图；
[0048]图9是本发明实施例1深沟槽的硅外延填充方法的步骤示意图；
[0049]图10是本发明实施例1在N型外延层上形成初始氧化层的示意图；
[0050]图11是本发明实施例1在初始氧化层上依次形成氮化硅层和二氧化硅层的示意图；
[0051]图12是本发明实施例1对复合介质层进行部分光刻刻蚀的示意图；
[0052]图13是本发明实施例1深沟槽的形成示意图；
[0053]图14是本发明实施例1去除二氧化硅层的示意图；
[0054]图15是本发明实施例1去除氮化硅层的示意图；
[0055]图16是本发明实施例1外延生长P型外延层的示意图；
[0056]图17是本发明实施例1对P型外延层进行化学机械抛光的示意图；
[0057]图18是本发明实施例1去除初始氧化层的示意图。【具体实施方式】
[0058]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]本发明首先提供一种深沟槽的硅外延填充方法，参见图8,包括以下步骤:
[0060]步骤801:在N型外延层上形成初始氧化层，所述初始氧化层的厚度不超过 0? 2um ;
[0061]步骤802:在所述初始氧化层上形成介质层，所述介质层与所述初始氧化层形成复合介质层；
[0062]步骤803:去除所述复合介质层中对应于N型外延层上预形成深沟槽的位置的部分区域；
[0063]步骤804:在所述N型外延层上形成一个或多个深沟槽；
[0064]步骤805:去除所述介质层；
[0065]步骤806:在所述深沟槽内和所述初始氧化层表面形成P型外延层；
[0066]步骤807:去除所述初始氧化层的表面所在平面以上的所有P型外延层部分；
[0067]步骤808:去除所述初始氧化层。
[0068]可选地，去除所述复合介质层中对应于N型外延层上预形成深沟槽的位置的部分区域可以包括:利用光刻刻蚀去除所述复合介质层中对应于N型外延层上预形成深沟槽的位置的部分区域。
[0069]可选地，在所述N型外延层上形成一个或多个深沟槽可以包括:利用保留的复合介质层作为屏蔽层，在所述N型外延层上刻蚀形成深沟槽；和/或，所述深沟槽的深度为20um?80um ;和/或，所述深沟槽的开口宽度为Ium?10um。
[0070]可选地，去除所述介质层可以包括:通过湿法或干法刻蚀去除所述介质层。
[0071]可选地，去除所述初始氧化层的表面所在平面以上的所有P型外延层部分可以包括:通过化学机械抛光去除所述初始氧化层的表面所在平面以上的所有P型外延层部分。
[0072]可选地，去除所述初始氧化层可以包括:利用湿法或干法刻蚀去除所述初始氧化层。
[0073]可选地，初始氧化层的厚度范围可以为:0.05um?0.2um ;和/或，初始氧化层的生长温度可以为900°C?1200°C。
[0074]可选地，介质层可以包括:氮化硅层，形成在所述初始氧化层之上；以及二氧化硅层，形成在所述氮化硅层之上。
[0075]可选地，氮化娃层的生长温度可以为600°C?900°C，厚度可以为0.05um?0.5um ；和/或，二氧化娃层的生长温度可以为600°C?1000°C，厚度可以为0.1um?2.0um。
[0076]可选地，去除介质层可以包括:利用湿法或干法刻蚀，去除所述二氧化硅层；利用湿法或干法刻蚀，去除所述氮化硅层。
[0077]实施例1:
[0078]本发明实施例1提供一种深沟槽的硅外延填充方法，分别利用形成在初始氧化层3之上的氮化硅层6以及二氧化硅层7来形成夹心的复合介质层，以使得最后制成的硅外延表面更加平整。参见图9，本实施例1具体包括如下步骤:
[0079]步骤901:在N型外延层上形成初始氧化层，该初始氧化层的厚度不超过0.2um。
[0080]参见图10，本步骤中，首先将在位于N型衬底I上的N型外延层2上形成初始氧化层3，但与现有技术不同的是，初始氧化层3的厚度非常薄，不超过0.2um。具体地，初始氧化层3的厚度范围为:0.05um?0.2um，生长温度为900°C?1200°C
[0081]步骤902:在初始氧化层上依次形成氮化硅层和二氧化硅层。
[0082]参见图11，本步骤中，氮化硅层6和二氧化硅层7的具体生长条件为:氮化硅层6的生长温度为600°C?900°C，厚度为0.05um?0.5um ; 二氧化硅层7的生长温度为600 °C?1000C，厚度为 0.1um ?2.0um0
[0083]其中，氮化娃层6和二氧化娃层7共同构成介质层，而初始氧化层3、氮化娃层6和二氧化硅层7构成复合介质层。
[0084]步骤903:去除复合介质层中对应于N型外延层上预形成深沟槽的位置的部分区域。
[0085]本步骤中，对复合介质层进行光刻刻蚀，去除掉其中对应于N型外延层2上预形成深沟槽的位置的部分区域，也即将N型外延层2表面预形成深沟槽的区域暴露出来，以便在后续步骤中进行深沟槽的刻蚀，参见图12。
[0086]步骤904:在N型外延层上形成一个或多个深沟槽。
[0087]本步骤中，如图13所示，利用复合介质层作为屏蔽层，进行N型外延层2上深沟槽4的刻蚀。经刻蚀，可以形成一个或多个深沟槽4，每个深沟槽的深度可以为20um?80um，开口宽度可以为Ium?10um。
[0088]由于所需要刻蚀的深度较深，刻蚀时间较长，因此所需的屏蔽层就要保持一定的厚度。本实施例1中的屏蔽层为复合介质层，包括了初始氧化层3、氮化硅层6和二氧化硅层7,因此总的厚度可以满足要求。
[0089]步骤905:去除二氧化硅层。
[0090]本步骤中，利用干法刻蚀或湿法刻蚀的方法去除二氧化硅层7,参见图14。
[0091]步骤906:去除氮化硅层。
[0092]本步骤中，利用干法刻蚀或湿法刻蚀的方法去除氮化硅层6,参见图15。
[0093]步骤907:在深沟槽内和初始氧化层表面形成P型外延层。
[0094]本步骤中，外延生长P型外延层5,使其填充深沟槽4内部并覆盖初始氧化层3的表面，参见图16。
[0095]步骤908:去除所述初始氧化层的表面所在平面以上的所有P型外延层部分。
[0096]本步骤中，参见图17,可以通过化学机械抛光将初始氧化层3的表面所在平面以上的所有P型外延层5部分磨掉。此处初始氧化层3可以起到停止层作用，也即当对P型外延层5进行化学机械抛光时，当研磨到初始氧化层3时，研磨的速率就会发生变化，这样就可以判断已经研磨到初始氧化层3的表面，可以停止研磨了。
[0097]步骤909:去除初始氧化层。
[0098]在本实施例1流程的最后，可以利用氢氟酸等腐蚀性物质腐蚀掉初始氧化层3,以得到包括N型外延层2和P型外延层5的娃表面，如图18所示。由于本实施例1中所形成的初始氧化层3很薄，厚度只有0.05um?0.2um，因此最终所得到的硅表面上的P型外延层 5突出N型外延层2表面的部分很小，可以得到相对平整的硅表面。
[0099]可见，在本发明实施例所提供的深沟槽的硅外延填充方法中，利用夹心层的复合介质层结构作为阻挡层来进行深沟槽的刻蚀，既能够满足深沟槽刻蚀的条件需要，又不至于在P型外延层抛光及后续步骤中留下突出深沟槽的P型外延层凸起，能够制得表面较为平整的半导体器件，满足了工业化生产的需求。
[0100]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种深沟槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:在N型外延层上形成初始氧化层，所述初始氧化层的厚度不超过0.2um ;在所述初始氧化层上形成介质层，所述介质层与所述初始氧化层形成复合介质层；去除所述复合介质层中对应于N型外延层上预形成深沟槽的位置的部分区域；在所述N型外延层上形成一个或多个深沟槽；去除所述介质层；在所述深沟槽内和所述初始氧化层表面形成P型外延层；去除所述初始氧化层的表面所在平面以上的所有P型外延层部分；去除所述初始氧化层。2.根据权利要求1所述的深沟槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述去除所述复合 介质层中对应于N型外延层上预形成深沟槽的位置的部分区域包括:利用光刻刻蚀去除所述复合介质层中对应于N型外延层上预形成深沟槽的位置的部 分区域。3.根据权利要求1所述的深沟槽的硅外延填充方法，其特征在于:所述在所述N型外延层上形成一个或多个深沟槽包括:利用保留的复合介质层作为屏 蔽层，在所述N型外延层上刻蚀形成深沟槽；和/或，所述深沟槽的深度为20um?80um ;和/或，所述深沟槽的开口宽度为lum?10um〇4.根据权利要求1所述的深沟槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述去除所述介质 层包括:通过湿法或干法刻蚀去除所述介质层。5.根据权利要求1所述的深沟槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述去除所述初始 氧化层的表面所在平面以上的所有P型外延层部分包括:通过化学机械抛光去除所述初始氧化层的表面所在平面以上的所有P型外延层部分。6.根据权利要求1所述的深沟槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述去除所述初始 氧化层包括:利用湿法或干法刻蚀去除所述初始氧化层。7.根据权利要求1?6中任一项所述的深沟槽的硅外延填充方法，其特征在于:所述初始氧化层的厚度范围为:〇.〇5um?0.2um ;和/或，所述初始氧化层的生长温度为900°C?1200°C。8.根据权利要求1?6中任一项所述的深沟槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述介 质层包括:氮化硅层，形成在所述初始氧化层之上；以及 二氧化硅层，形成在所述氮化硅层之上。9.根据权利要求8所述的深沟槽的硅外延填充方法，其特征在于:所述氮化娃层的生长温度为600°C?900°C，厚度为0.05um?0.5um ;和/或，所述二氧化硅层的生长温度为600°C?1000°C，厚度为0? lum?2.0um〇10.根据权利要求8所述的深沟槽的硅外延填充方法，其特征在于，所述去除所述介质 层包括:利用湿法或干法刻蚀，去除所述二氧化硅层；利用湿法或干法刻蚀，去除所述氮化硅层。
【文档编号】H01L21/02GK105990090SQ201510046489
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月29日
【发明人】马万里, 闻正锋
【申请人】北大方正集团有限公司, 深圳方正微电子有限公司