深沟槽多晶硅形成方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法,特别是涉及一种深沟槽多晶硅形成方法。
背景技术
在射频横向扩散型金属氧化场效应管(RFLDMOS)的结构中,为了完全形成低电阻的源衬通路,提高RFLDMOS工作频率,需要形成深沟槽多晶硅作为所述RFLDMOS器件为源衬通路。由于没有高剂量的原位掺杂的多晶硅工艺,现有深沟槽多晶硅形成方法一般采用分多次多晶硅淀积并分别进行离子注入的方法,如图1所述是现有深沟槽多晶硅形成方法的多晶硅回刻工艺的流程图,包括如下步骤:
步骤一、采用氧化硅硬掩膜做掩模在硅衬底上形成深沟槽。
步骤二、在所述硅衬底上形成第一层多晶硅,所述第一层多晶硅同时形成于所述深沟槽的内壁和所述深沟槽外的所述氧化硅硬掩膜表面。
步骤三、对所述第一层多晶硅进行第一次离子注入,能为垂直注入或带角度注入。
步骤四、在所述第一层多晶硅上生长第二层多晶硅。
步骤五、对所述第二层多晶硅进行第二次离子注入,能为垂直注入或带角度注入。
步骤六、循环重复所述步骤四和所述步骤五的多晶硅生长工艺和离子注入工艺直到所述深沟槽被多层多晶硅填满。所述氧化硅硬掩膜上部区域为平坦区域、形成于所述平坦区域的所述多层多晶硅呈平坦结构;所述深沟槽内部及其上部区域为深沟槽区域、形成于所述深沟槽区域所述多层多晶硅呈凹陷结构。
步骤七、对所述多层多晶硅进行回刻的工艺。所述多层多晶硅的回刻工艺包括:自然氧化层刻蚀工艺,用于去除所述多层多晶硅最顶层表面的自然氧化层;多晶硅主刻蚀工艺,用于去除所述平坦区域的所述多层多晶硅;多晶硅过刻蚀工艺,用于对所述深沟槽区域中的所述多层多晶硅进行过刻蚀并在所述深沟槽保留满足工艺厚度条件的多晶硅。最后进行高温推阱兼激活,使得所述深沟槽中的多晶硅充满了高掺杂的载流子。
现有深沟槽多晶硅形成方法中由于形成所述多层多晶硅时在各层多晶硅形成后都要进行离子注入工艺,即在每两层多晶硅淀积之间相隔有时间差,而多晶硅的两步淀积时间超过30分钟就会形成15到20左右厚度的自然氧化层,所以现有深沟槽多晶硅形成方法中由步骤一至步骤六所形成的所述多层多晶硅的各层多晶硅表面也即每两层多晶硅间都会形成一层自然氧化层。如图2所示,是采用现有深沟槽多晶硅形成方法的步骤一至六形成的深沟槽多晶硅实例一结构示意图;包括:硅衬底1,所述硅衬底1可以为硅外延层;形成于所述硅衬底1上的氧化硅硬掩膜2;形成于深沟槽和所述氧化层硬掩膜2上的多层多晶硅,所述多层多晶硅包括了两层多晶硅即第一层多晶硅3和第二层多晶硅4,在所述第一层多晶硅3和所述第二层多晶硅4的接触面形成有第一层自然氧化层5。
现有深沟槽多晶硅形成方法的步骤七的对所述多层多晶硅进行回刻的工艺中,并未考虑到各层所述多晶硅表面的自然氧化层的影响,只是单独进行多晶硅的刻蚀、并未采用刻蚀氧化层的工艺对所述自然氧化层进行刻蚀;这样产生的一个问题是,在所述深沟槽区域中的自然氧化层呈纵向结构,在步骤七的刻蚀过程中所述深沟槽区域中的自然氧化层暴露出来后,所暴露出来的自然氧化层就会形成后续多晶硅刻蚀的侧向掩膜,在被所述自然氧化层保护的地方会形成多晶硅尖刺。如图3所示,是采用现有深沟槽多晶硅形成方法的步骤七后形成的深沟槽多晶硅实例一结构示意图;可知,平坦区域上也即所述氧化硅硬掩膜2上的所述多层多晶硅都以去除;所述深沟槽区域的所述多层多晶硅也都刻蚀到了等于或低于所述硅衬底1的硅表面;但是由于在步骤七中,现有技术中没有针对所述第一层自然氧化层5的单独刻蚀,在所述深沟槽区域的所述第一层自然氧化层5呈纵向结构即和所述深沟槽的深度方向相同,当所述深沟槽区域的所述第一层自然氧化层5暴露出来后,所述暴露出来的所述第一层自然氧化层5就会成为后续的所述多层多晶硅刻蚀的侧向掩模,最终会形成多晶硅尖刺6。因为所形成的所述深沟槽多晶硅上部最后还要形成接触孔并形成接触,所述多晶硅尖刺6的存在会使后续的形成不良接触。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种深沟槽多晶硅形成方法,能去除多晶硅尖刺。
为解决上述技术问题,本发明提供的深沟槽多晶硅形成方法,包括如下步骤:
步骤一、采用氧化硅硬掩膜做掩模在硅衬底上形成深沟槽。
步骤二、在所述硅衬底上形成第一层多晶硅,所述第一层多晶硅同时形成于所述深沟槽的内壁和所述深沟槽外的所述氧化硅硬掩膜表面。
步骤三、对所述第一层多晶硅进行第一次离子注入。
步骤四、在所述第一层多晶硅上生长第二层多晶硅。
步骤五、对所述第二层多晶硅进行第二次离子注入。
步骤六、循环重复所述步骤四和所述步骤五的多晶硅生长工艺和离子注入工艺直到所述深沟槽被多层多晶硅填满;所述氧化硅硬掩膜上部区域为平坦区域、形成于所述平坦区域的所述多层多晶硅呈平坦结构;所述深沟槽内部及其上部区域为深沟槽区域、形成于所述深沟槽区域所述多层多晶硅呈凹陷结构。
步骤七、对所述多层多晶硅进行回刻的工艺;所述步骤七包括如下步骤:
步骤7a、第一次自然氧化层刻蚀工艺,将形成于最顶层多晶硅表面的最顶层自然氧化层去除。
步骤7b、第一次多晶硅主刻蚀,对所述多层多晶硅进行刻蚀,当形成于所述平坦区域的所述最顶层多晶硅刻蚀完后结束所述第一次多晶硅主刻蚀。
步骤7c、第二次自然氧化层刻蚀工艺,将形成于所述平坦区域的次顶层多晶硅表面的次顶层自然氧化层以及在所述深沟槽区域中暴露出来的自然氧化层去除。
步骤7d、循环重复所述步骤7b的第一次多晶硅主刻蚀和所述步骤7c的第二次自然氧化层刻蚀工艺对剩余的所述多层多晶硅以及形成于所述多层多晶硅的各层间的自然氧化层进行刻蚀;每次重复所述第一次多晶硅主刻蚀时都同时刻蚀所述平坦区域的所述多层多晶硅的一层以及所述深沟槽区域所暴露出的所述多层多晶硅;最后一次之前的各次重复所述第一次多晶硅主刻蚀的结束标志为各次刻蚀所对应的所述平坦区域的被刻蚀层完全被去除;最后一次重复所述第一次多晶硅主刻蚀的结束标志为所述平坦区域的所述第一层多晶硅的剩余厚度大于500埃;各次重复所述步骤7c的所述第二次自然氧化层刻蚀工艺分别去除前次所述第一次多晶硅主刻蚀后暴露在所述平坦区域的所述多层多晶硅的表面的自然氧化层以及暴露于所述深沟槽区域的自然氧化层。
步骤7f、第一次多晶硅过刻蚀,对所述平坦区域中剩余的所述第一层多晶硅和所述深沟槽区域中剩余的所述多层多晶硅进行刻蚀,当所述平坦区域剩余的所述第一层多晶硅完全去除时结束所述第一次多晶硅过刻蚀。
步骤7g、第三次自然氧化层刻蚀工艺,将暴露于所述深沟槽区域的自然氧化层去除。
步骤7h、第二次多晶硅过刻蚀,对所述深沟槽区域中剩余的所述多层多晶硅进行刻蚀并去除部分所述多层多晶硅。
步骤7i、循环重复步骤7g和步骤7h,直到所述深沟槽中的所述多层多晶硅厚度达到要求;每次所述第二次多晶硅过刻蚀都对所述深沟槽区域中的剩余的所述多层多晶硅进行刻蚀并去除部分所述多层多晶硅;每次所述第三次自然氧化层刻蚀工艺对前次所述第二次多晶硅过刻蚀完后暴露于所述深沟槽区域的自然氧化层进行去除。
上述步骤中、所述第一次自然氧化层刻蚀工艺的刻蚀气体包括CF4、刻蚀时间为5秒~20秒。所述第一次多晶硅主刻蚀的刻蚀气体包括主刻蚀气体CL2、SF6和辅助气体He和O2。所述第二次自然氧化层刻蚀工艺的刻蚀气体包括CF4。步骤7f中所述第一次多晶硅过刻蚀的刻蚀气体包括主刻蚀气体CL2、HBr,采用终点检测的方法控制所述第一次多晶硅过刻蚀的结束条件。所述第三次自然氧化层刻蚀工艺的刻蚀气体包括CF4。所述第二次多晶硅过刻蚀的刻蚀气体包括主刻蚀气体CL2、HBr。
本发明方法通过在所述多层多晶硅回刻的干法刻蚀工艺中反复掺入氧化膜刻蚀步骤,能够刻蚀各次多晶硅刻蚀后所暴露出来的自然氧化层,从而消除了各次多晶硅刻蚀后所暴露出来的自然氧化层对后续的多晶硅刻蚀工艺影响,从而也就能避免多晶硅尖刺的形成。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1是现有深沟槽多晶硅形成方法的多晶硅回刻工艺的流程图;
图2是采用现有深沟槽多晶硅形成方法的步骤一至六形成的深沟槽多晶硅实例一结构示意图;
图3是采用现有深沟槽多晶硅形成方法的步骤七后形成的深沟槽多晶硅实例一结构示意图;
图4是本发明深沟槽多晶硅形成方法的多晶硅回刻工艺的流程图;
图5是采用本发明实施例深沟槽多晶硅形成方法的步骤七后形成的深沟槽多晶硅实例一结构示意图。
具体实施方式
如图4所示,是本发明深沟槽多晶硅形成方法的多晶硅回刻工艺的流程图;如图2所示是采用本发明实施例深沟槽多晶硅形成方法的步骤一至六形成的深沟槽多晶硅实例一结构示意图,和现有技术中的步骤一至步骤六相同;如图5所示,是采用本发明实施例深沟槽多晶硅形成方法的步骤七后形成的深沟槽多晶硅实例一结构示意图。本发明实施例深沟槽多晶硅形成方法,包括如下步骤:
步骤一、采用氧化硅硬掩膜2做掩模在硅衬底1上形成深沟槽。
步骤二、在所述硅衬底1上形成第一层多晶硅3,所述第一层多晶硅3同时形成于所述深沟槽的内壁和所述深沟槽外的所述氧化硅硬掩膜2表面。
步骤三、对所述第一层多晶硅3进行第一次离子注入。
步骤四、在所述第一层多晶硅3上生长第二层多晶硅4。
步骤五、对所述第二层多晶硅4进行第二次离子注入。
步骤六、循环重复所述步骤四和所述步骤五的多晶硅生长工艺和离子注入工艺直到所述深沟槽被多层多晶硅填满;所述氧化硅硬掩膜上部区域为平坦区域、形成于所述平坦区域的所述多层多晶硅呈平坦结构;所述深沟槽内部及其上部区域为深沟槽区域、形成于所述深沟槽区域所述多层多晶硅呈凹陷结构。本发明实施例中由于两层多晶硅就能将所述深沟槽填满,故步骤六的循环重复次数为0。
步骤七、对所述多层多晶硅进行回刻的工艺;所述步骤七包括如下步骤:
步骤7a、第一次自然氧化层刻蚀工艺,将形成于最顶层多晶硅表面的最顶层自然氧化层去除。在本实施例中所述最顶层多晶硅即为所述第二层多晶硅4。所述第一次自然氧化层刻蚀工艺的刻蚀气体包括CF4、刻蚀时间为5秒~20秒。
步骤7b、第一次多晶硅主刻蚀,对所述多层多晶硅进行刻蚀,当形成于所述平坦区域的所述第二层多晶硅4刻蚀完后结束所述第一次多晶硅主刻蚀。所述第一次多晶硅主刻蚀的刻蚀气体包括主刻蚀气体CL2、SF6和辅助气体He和O2。
步骤7c、第二次自然氧化层刻蚀工艺,将形成于所述平坦区域的次顶层多晶硅即所述第一层多晶硅3表面的次顶层自然氧化层即所述第一层自然氧化层5以及在所述深沟槽区域中暴露出来的自然氧化层即所述深沟槽区域中的所述第一层自然氧化层5去除。所述第二次自然氧化层刻蚀工艺的刻蚀气体包括CF4。
步骤7d、循环重复所述步骤7b的第一次多晶硅主刻蚀和所述步骤7c的第二次自然氧化层刻蚀工艺对剩余的所述多层多晶硅以及形成于所述多层多晶硅的各层间的自然氧化层进行刻蚀。在本发明实施例中由于所述多层多晶硅为两层结构,故本步骤的循环重复次数为1次,且该次重复第一次多晶硅主刻蚀的结束标志为所述平坦区域的所述第一层多晶硅3的剩余厚度大于500埃。
步骤7f、第一次多晶硅过刻蚀,对所述平坦区域中剩余的所述第一层多晶硅3和所述深沟槽区域中剩余的所述多层多晶硅进行刻蚀,当所述平坦区域剩余的所述第一层多晶硅3完全去除时结束所述第一次多晶硅过刻蚀。所述第一次多晶硅过刻蚀的刻蚀气体包括主刻蚀气体CL2、HBr,采用终点检测的方法控制所述第一次多晶硅过刻蚀的结束条件。
步骤7g、第三次自然氧化层刻蚀工艺,将暴露于所述深沟槽区域的自然氧化层去除。所述第三次自然氧化层刻蚀工艺的刻蚀气体包括CF4。
步骤7h、第二次多晶硅过刻蚀,对所述深沟槽区域中剩余的所述多层多晶硅即所述第一层多晶硅3和所述第二层多晶硅4进行刻蚀并去除部分所述多层多晶硅。所述第二次多晶硅过刻蚀的刻蚀气体包括主刻蚀气体CL2、HBr。
步骤7i、循环重复步骤7g和步骤7h,直到所述深沟槽中的所述多层多晶硅厚度达到要求,在本发明实施例中所述深沟槽中的所述多层多晶硅的顶面位置等于或低于所述硅衬底1的硅表面位置。每次所述第二次多晶硅过刻蚀都对所述深沟槽区域中的剩余的所述多层多晶硅进行刻蚀并去除部分所述多层多晶硅;每次所述第三次自然氧化层刻蚀工艺对前次所述第二次多晶硅过刻蚀完后暴露于所述深沟槽区域的自然氧化层进行去除。
如图5所示,采用本发明实施例深沟槽多晶硅形成方法后消除了现有技术中存在的多晶硅尖刺。
以上通过具体实施例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,这些也应视为本发明的保护范围。