专利名称：用于填充沟槽的硅外延方法
技术领域：
本发明涉及一种硅外延方法，特别涉及一种用于填充高深宽比沟槽的硅外延方法。
背景技术：
超结结构的M0SFET器件的结构如图1所示，在硅衬底10上的外延层12内有沟槽 型的具有相反导电类型填充的外延沟道11，该导电型区域延生至外延层12上并在其内制 备有与外延层12具有相同导电类型的阱区13，阱区13上设有多晶硅，而在两个外延沟道上 方设有氧化硅层14及位于氧化硅层上的多晶硅16。一种常规的制造工艺(见图2)是首 先在衬底硅片1上生长一层外延层2，然后再在合适的位置进行注入掺杂形成离子注入区 3 ；然后再生长一层外延层4，再在前次相同的注入位置进行注入形成离子注入区5。这样多 次的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形成一完成的掺杂区7，这样完整的P(N)型外延沟道才算完 成。此方法存在的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。另外一种制造工艺是首先在硅衬底21上生长一层厚的硅外延层22，然后在此外 延层上形成一个沟槽23，再用于外延层22有相反掺杂的硅外延工艺生长硅25以填充沟槽 (见图3)。此方法存在两个难点首先是表面平滑的深沟槽刻蚀较困难；其次是传统的外延 很难填满没有空洞的沟槽。由于近年来刻蚀技术的发展，沟槽的刻蚀问题逐渐被克服。传 统外延是高温外延，温度一般在1050°C以上，生长控制方式是质量传输控制型，所以在填充 沟槽的时候，沟槽顶部生长较快而沟槽内部生长较慢，因此沟槽会封口较快，导致在沟槽内 部产生空洞。由于外延工艺的难点，第二种制造工艺还只是在开发阶段。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于填充沟槽的外延方法，其具有较好的沟 槽填充能力。为解决上述技术问题，本发明的用于填充沟槽的外延方法，在有硬掩膜的硅外延 层上刻蚀形成沟槽之后，采用如下工艺参数进行硅外延生长填充沟槽采用二氯二氢硅作 为外延生长的硅源，外延腔体内的工艺温度为800°C -950°C，外延时在所述外延腔体内加 入流量为50-600sccm氯化氢气体。本发明的用于填充沟槽的外延方法可以明显改善外延生长材料的沟槽填充能力。 传统外延方法来填充宽1. 0-5. 0 ii m，深10. 0-50. Oum的沟槽时，空洞的宽度一般在2. 0 y m 以上。而用本发明的方法进行相同尺寸沟槽的填充时，因为通过降低外延生长的温度，使外 延的生长速率控制主要为温度控制型；其次在主要外延步骤中加入刻蚀气体氯化氢，并调节二氯二氢硅与氯化氢的比例，使外延时沟槽顶部的净生长速度小于或等于沟槽内部的净 生长速度，从而抑制沟槽过早的封口，因此可以获得完全没有空洞的填充效果。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1为现有的超结结构的M0SFET器件结构；图2为现有的一种超结结构MOSFET P (N)型沟道的制造工艺流程；图3为现有的另一种超结结构MOSFET P (N)型沟道的制造工艺流程。
具体实施例方式本发明公开的是一种填充高深宽比沟槽的外延工艺方法，此沟槽应用于超级 结MOSFET。其主要特征是在衬底的外延层上沟槽刻蚀后保留硬掩膜，之后采用二氯二氢 硅(DCS)作为外延生长的硅源进行硅外延生长，外延温度设在低温外延区间，并用选择性 外延的方法，使沟槽内部硅正常生长、沟槽外部因有硬掩膜的保护不生长或生长较慢，使 沟槽封口较慢，从而提高外延的沟槽填充能力。此方法填充宽1. 0-5. 0 y m(微米)，深为 10. 0-50. 0 u m的沟槽，可以达到完全没有空洞的效果。本发明的用于填充沟槽的外延方法，在有硬掩膜的外延层上刻蚀形成沟槽之后， 采用如下工艺参数进行硅外延生长以填充沟槽采用二氯二氢硅作为硅外延生长的硅 源，外延腔体内的工艺温度为800°C -950°C，硅外延生长时在所述外延腔体内加入流量为 50-600sCCm氯化氢气体。上述的硬掩膜材料可为氧化硅或氮化硅。外延时其它工艺参数可 控制如下外延腔体内的压力为20-760托，二氯二氢硅(DCS)的流量为50-600sCCm，生长 时还可在外延腔体中加入硼烷或磷烷作为掺杂源。本发明的用于填充沟槽的硅外延方法，因为通过降低外延生长的温度，使外延的 生长速率控制主要为温度控制型；其次在主要外延步骤中加入刻蚀气体氯化氢，并调节二 氯二氢硅与氯化氢的比例，使外延时沟槽顶部的净生长速度小于或等于沟槽内部的净生长 速度，从而抑制沟槽过早的封口，因此可以获得完全没有空洞的填充效果。
权利要求
一种用于填充沟槽的硅外延方法，其特征在于，在有硬掩膜的硅外延层上刻蚀形成沟槽之后，采用如下工艺参数进行硅外延生长填充所述沟槽采用二氯二氢硅作为所述硅外延生长的硅源，外延腔体内的工艺温度为800℃-950℃，外延时在所述外延腔体内加入流量为50-600sccm氯化氢气体。
2.如权利要求1所述的硅外延方法，其特征在于所述沟槽的宽度为1.0-5.Oym，深度 为 10. 0-50. Oil m。
3.如权利要求1所述的硅外延方法，其特征在于所述硬掩膜为氧化硅或氮化硅。
4.如权利要求1所述的硅外延方法，其特征在于所述硅外延生长时外延腔体内的压 力为20-760托，所述硅源二氯二氢硅的流量为50-600sCCm，还在所述外延腔体内加入硼烷 或磷烷作为掺杂源。
全文摘要
本发明公开了一种用于填充沟槽的硅外延方法，在有硬掩膜的硅外延层上刻蚀形成沟槽之后，采用如下工艺参数进行硅外延生长填充所述沟槽采用二氯二氢硅作为硅外延生长的硅源，外延腔体内的工艺温度为800℃-950℃，外延时在所述外延腔体内加入流量为50-600sccm氯化氢气体。本发明的硅外延方法，可用于填充高深宽比的沟槽以形成没有空洞的填充效果。
文档编号H01L21/3065GK101866833SQ20091005707
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月16日 优先权日2009年4月16日
发明者刘继全, 张宏伟, 缪燕, 谢烜 申请人:上海华虹Nec电子有限公司