专利名称：填充高深宽比沟槽的外延工艺方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种填充高深宽比沟槽的外延工艺 方法。
背景技术：
超结结构的MOSFET (金属氧化物半导体场效应管)，由于其构造特殊，导通电阻非 常低，耐高压，发热量低，打破了传统功率MOSFET理论极限。超结结构的MOSFET P(N)型沟道传统的制造工艺方法是首先在衬底硅片上生长 一层外延层，然后再在合适的位置进行注入掺杂；然后再生长一层外延层，再在前次相同的 注入位置进行注入。经过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扩散，这样完整的P (N)型外延沟道才算完成。采用上述方 法的缺点是成本较高。另外一种制造工艺方法是首先在衬底上生长一层厚的硅外延层，然后在此外延 层上形成一个沟槽，再用掺杂适当的外延工艺填充沟槽。由于沟槽开口处外延的生长速率 要快于沟槽内部外延的生长速率，因此这种方式很容易产生空洞，而且空洞的位置不易控 制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种填充高深宽比沟槽的外延工艺方法，能够有 效控制空洞出现的位置甚至使空洞消失。为解决上述技术问题，本发明的填充高深宽比沟槽的外延工艺方法包括如下步 骤步骤一、在衬底硅片上进行外延生长，形成一层外延层；步骤二、在所述外延层上进行第一次沟槽光刻；步骤三、进行沟槽刻蚀，沟槽的刻蚀深度达到工艺所需的最大深度；步骤四、在所述沟槽内涂布化学填充材料，填充深度应大于等于沟槽深度；步骤五、化学填充材料刻蚀，刻蚀深度应与后续第二次刻蚀的沟槽深度相当；步骤六、进行第二次沟槽光刻，第二次光刻的沟槽宽度大于第一次光刻的沟槽宽 度；步骤七、进行第二次沟槽刻蚀，形成台阶式沟槽结构，刻蚀深度根据工艺需求确 定；步骤八、去除沟槽内的化学填充材料；步骤九、在所述沟槽内进行N型外延生长，填充所述沟槽。采用本发明的方法，在高深宽比的沟槽外延填充工艺中，通过控制调整台阶式沟 槽的台阶之间的高度差可以控制空洞出现的位置，甚至能使空洞完全消失。
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1-7是本发明的方法工艺流程一实施例示意图；图8是本发明的方法流程图。
具体实施例方式本发明所述的高深宽比沟槽是指沟槽的宽度为1. 0 5. 0 μ m ；深度为10. 0 50. Ομ 的沟槽。参见图8所示，在本发明的一实施例中形成并填充两层台阶的台阶式沟槽的N型 外延工艺具体实施方法如下步骤一、结合图1所示，在衬底硅片上进行P型外延生长，形成一层外延层。步骤二、在所述外延层的上表面涂光刻胶，进行第一次小尺寸沟槽光刻。所述小尺 寸沟槽是指深沟槽(10. 0 50. 0 μ m)所对应期望的1. 0 5. 0 μ m宽度的沟槽。步骤三、以光刻胶为掩模进行沟槽刻蚀形成沟槽，沟槽的刻蚀深度达到工艺所需 的最大深度(结合图2所示)。步骤四、结合图3所示，去除所述光刻胶，在所述沟槽内以及所述外延层的上表面 涂布化学填充材料，填充深度应大于等于沟槽深度。步骤五、结合图4所示，刻蚀所述化学填充材料，刻蚀深度应与后续第二次刻蚀的 沟槽深度相当。步骤六、在所述外延层的上表面涂光刻胶，进行第二次大尺寸沟槽光刻。所述大尺 寸沟槽是指深沟槽(10. 0 50. 0 μ m)所对应期望的，比所述小尺寸沟槽的宽度大0. 005 10. Oym的沟槽。步骤七、以光刻胶为掩模进行第二次沟槽刻蚀，形成台阶式沟槽结构，例如如图5 所示的两层台阶的台阶式沟槽结构，沟槽刻蚀深度根据工艺需求确定，然后去除所述光刻 胶。步骤八、参见图6所示，去除沟槽内的化学填充材料。步骤九、结合图7所示，在所述沟槽内进行N型外延生长，填充所述沟槽。所述台阶式沟槽的形成方式可以采用多步光刻加刻蚀的方式实施。所述多步光刻 可采用同一块掩模板，通过调节光刻时的能量、焦平面和光刻胶种类来达到形成不同尺寸 沟槽的目的。所述台阶式沟槽的形成方式为，越小尺寸的沟槽开口刻蚀深度越深，越大尺寸的 沟槽开口刻蚀深度越浅。所述台阶式沟槽的形成方式为，先通过光刻加刻蚀形成较小尺寸的沟槽，再在形 成的沟槽上通过光刻加刻蚀形成较大尺寸的沟槽。所述台阶式沟槽的形成方式为，先通过光刻加刻蚀形成较大尺寸的沟槽，再在形 成的沟槽上通过光刻加刻蚀形成较小尺寸的沟槽。所述台阶式沟槽至少为两层，即至少需要通过两次光刻加刻蚀形成。所述台阶式沟槽各台阶之间的高度差及开口的大小根据工艺的需求进行调整。所述台阶式沟槽各台阶的高度差通过调整刻蚀时间的方式来控制。
所述台阶式沟槽的N型外延生长填充所述沟槽，可在填充前先进行表面氧化，再 湿法去除表面氧化物达到使沟槽表面平滑的目的。以上通过具体实施方式
对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的 限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，例如， 具体实施例步骤一中的外延生长，也可以是N型外延生长等，这些也应视为本发明的保护 范围。
权利要求
1.一种填充高深宽比沟槽的外延工艺方法，包括如下步骤 步骤一、在衬底硅片上进行外延生长，形成一层外延层； 步骤二、在所述外延层上进行第一次沟槽光刻；步骤三、进行沟槽刻蚀，沟槽的刻蚀深度达到工艺所需的最大深度； 其特征在于，还包括，步骤四、在所述沟槽内涂布化学填充材料，填充深度应大于等于沟槽深度； 步骤五、化学填充材料刻蚀，刻蚀深度应与后续第二次刻蚀的沟槽深度相当； 步骤六、进行第二次沟槽光刻，第二次光刻的沟槽宽度大于第一次光刻的沟槽宽度； 步骤七、进行第二次沟槽刻蚀，形成台阶式沟槽结构，刻蚀深度根据工艺需求确定； 步骤八、去除沟槽内的化学填充材料； 步骤九、在所述沟槽内进行N型外延生长，填充所述沟槽。
2.如权利要求1所述的外延工艺方法，其特征在于所述高深宽比沟槽是指沟槽的宽 度为1. 0 5. 0 μ m ；深度为10. 0 50. 0 μ m的沟槽。
3.如权利要求1所述的外延工艺方法，其特征在于所述台阶式沟槽采用多步光刻加 刻蚀的方式实施。
4.如权利要求3所述的外延工艺方法，其特征在于所述多步光刻采用同一块掩模板， 通过调节光刻时的能量、焦平面和光刻胶种类形成不同尺寸沟槽。
5.如权利要求1所述的外延工艺方法，其特征在于所述台阶式沟槽的形成方式为，越 小尺寸的沟槽开口刻蚀深度越深，越大尺寸的沟槽开口刻蚀深度越浅。
6.如权利要求1所述的外延工艺方法，其特征在于所述台阶式沟槽的形成方式为，先 通过光刻加刻蚀形成较小尺寸的沟槽，再在形成的沟槽上通过光刻加刻蚀形成较大尺寸的 沟槽。
7.如权利要求1所述的外延工艺方法，其特征在于所述台阶式沟槽的形成方式为，先 通过光刻加刻蚀形成较大尺寸的沟槽，再在形成的沟槽上通过光刻加刻蚀形成较小尺寸的 沟槽。
8.如权利要求1所述的外延工艺方法，其特征在于所述台阶式沟槽至少为两层，即至 少需要通过两次光刻加刻蚀形成。
9.如权利要求1所述的外延工艺方法，其特征在于所述台阶式沟槽各台阶之间的高 度差及开口的大小根据工艺的需求进行调整。
10.如权利要求1所述的外延工艺方法，其特征在于所述台阶式沟槽各台阶的高度差 通过调整刻蚀时间的方式来控制。
11.如权利要求1所述的外延工艺方法，其特征在于在N型外延生长填充所述台阶式 沟槽前先进行表面氧化，再湿法去除表面氧化物。
全文摘要
本发明公开了一种填充高深宽比沟槽的外延工艺方法，在衬底硅片上进行外延生长，形成一层外延层；在所述外延层上进行第一次沟槽光刻；进行沟槽刻蚀，沟槽的刻蚀深度达到工艺所需的最大深度；在所述沟槽内涂布化学填充材料，填充深度应大于等于沟槽深度；化学填充材料刻蚀，刻蚀深度应与后续第二次刻蚀的沟槽深度相当；进行第二次沟槽光刻，第二次光刻的沟槽宽度大于第一次光刻的沟槽宽度；进行第二次沟槽刻蚀，形成台阶式沟槽结构，刻蚀深度根据工艺需求确定；去除沟槽内的化学填充材料；在所述沟槽内进行N型外延生长，填充所述沟槽。本发明能够有效控制空洞出现的位置甚至使空洞消失。
文档编号H01L21/336GK102082082SQ20091020187
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者吴鹏, 阚欢 申请人:上海华虹Nec电子有限公司