CN103000519B

CN103000519B - 去除超级结高压器件外延沉积过程中产生的硅脊的方法

Info

Publication number: CN103000519B
Application number: CN201110267044.7A
Authority: CN
Inventors: 钱志刚; 程晓华
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: CN103000519A

Abstract

本发明公开了一种去除超级结高压器件外延沉积过程中产生的硅脊的方法，包括如下步骤：1)在硅片表面淀积一层氧化膜和/或氮化膜；2)在硅片上刻蚀一个深沟槽；3)以单晶硅或多晶硅填充所述深沟槽；4)采用化学机械研磨工艺对硅片表面进行平坦化处理，以所述氧化膜和/或氮化膜作为研磨阻挡层；5)采用刻蚀工艺将深沟槽两侧的氧化膜和/或氮化膜部分回刻，以使硅脊露出；6)采用刻蚀工艺将此硅脊刻蚀去除。本发明能达到去除在外延过程中由于引入刻蚀性气体而在氧化层中所造成的底部切口中的单晶硅的目的，为后续的栅极多晶硅和栅极氧化层沉积提供了良好的表面形貌，从而可避免硅脊对后续的工艺产生影响，避免影响器件的某些电学性能。

Description

去除超级结高压器件外延沉积过程中产生的硅脊的方法

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造工艺，尤其涉及一种超级结高压器件结构的制备工艺，具体涉及一种去除超级结高压器件外延沉积过程中产生的硅脊的方法。

背景技术

在现今的半导体技术中，深沟槽结构应用较为广泛。如作为隔绝结构以隔绝不同操作电压的电子器件，及应用于超级结结构半导体器件中作为P-N结通过耗尽态的电荷平衡达到高击穿电压性能等。对于后者超级结金属氧化物半导体场效应晶体管，通常超级结MOS晶体管制造过程中刻蚀和填充深沟槽的方法是：在n+型硅衬底上生长一层n-型外延层(单晶硅)，然后在该外延层上刻蚀深沟槽，然后再用p型单晶硅填充该深沟槽，最后用化学机械研磨(CMP)工艺进行表面平坦化。此时该深沟槽结构作为p型半导体柱，该深沟槽结构的两侧作为n型半导体柱，即得到了纵向交替排列的p型和n型半导体柱。该方法中将n型硅与p型硅交换，效果不变。

上述方法中，是在硅材料中刻蚀深沟槽，深沟槽中填充的也是硅材料，这便使CMP工艺无法区分沟槽内外结构，有可能直接研磨到硅衬底，从而影响器件的某些电学性能。与此类似地，当在某种半导体材料中刻蚀深沟槽，随后又采用相同的半导体材料填充该深沟槽，再用CMP工艺对硅片表面进行平坦化处理时，都会出现无法控制CMP工艺停止点的问题。

因此在超级结结构的制备工艺中，通常会在硅衬底上沉积一层氧化膜或氮化膜作为CMP工艺的停止层(stop layer)。如采用氮化膜作为停止层，仍需要在硅衬底和氮化膜之间沉积一层氧化膜做缓冲层(buffer layer)，来减小应力。

在单晶硅选择性外延过程中，需要改善填充性而引入的刻蚀性气体会导致深沟槽两侧的裸露出的单晶硅衬底以及上部氧化层的横向刻蚀并产生底部切口，此时切口里的硅衬底露出，随后又会被硅外延所填充。由于这部分外延层存在于氧化膜下表面，和硅衬底形成一体，水平方向沿背向沟槽的部分延伸，在平坦化过程中难以去除。在后续氧化膜去除工艺，如果填充在这部分切口里面的外延层没有被去除，就会在沟槽的两侧形成硅脊，会给后续的工艺产生影响，从而影响器件的某些电学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种去除超级结高压器件外延沉积过程中产生的硅脊的方法，以达到去除在外延过程中由于引入刻蚀性气体而在氧化层中所造成的底部切口中的单晶硅的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供一种去除超级结高压器件外延沉积过程中产生的硅脊的方法。在化学机械研磨工艺表面平坦化后，使用湿法刻蚀将深槽上的氧化膜横向刻蚀一部分，以使硅脊露出，然后用干法刻蚀将此硅脊去除。该方法包括如下步骤：

1)在硅片表面淀积一层氧化膜和/或氮化膜；

2)在硅片上刻蚀一个深沟槽；

3)以单晶硅或多晶硅填充所述深沟槽；

4)采用化学机械研磨工艺对硅片表面进行平坦化处理，以所述氧化膜和/或氮化膜作为研磨阻挡层；

5)采用刻蚀工艺将深沟槽两侧的氧化膜和/或氮化膜部分回刻，以使硅脊露出；

6)采用刻蚀工艺将此硅脊刻蚀去除。

步骤1)中，所述氧化膜和/或氮化膜的厚度为1000～1500埃，其采用LPCVD工艺、或PECVD工艺淀积。

步骤2)中，所述深沟槽的深度为10～100μm，宽度为1～10μm；所述深沟槽采用干法刻蚀工艺刻蚀。

步骤3)中，所述深沟槽的填充采用单晶硅外延生长工艺；或者所述深沟槽的填充采用LPCVD工艺淀积多晶硅；或者所述深沟槽的填充是先在硅片表面外延生长一层单晶硅，再以LPCVD工艺填充多晶硅。

步骤4)中，至少将所述填充深沟槽的单晶硅或多晶硅研磨至与所述氧化膜和/或氮化膜的上表面齐平，所述填充深沟槽的单晶硅或多晶硅的上表面等于或低于所述氧化膜和/或氮化膜的上表面。

步骤5)中，所述的氧化膜和/或氮化膜回刻工艺为湿法刻蚀工艺，所述刻蚀药液为对氧化膜和氮化膜都具有刻蚀性的药液，刻蚀掉的氧化膜和/或氮化膜的厚度为400～900埃，剩余的氧化膜和/或氮化膜的厚度为600～800埃。

所述刻蚀药液为缓冲氢氟酸，该缓冲氢氟酸药液的浓度为0.01％-20％，优选0.5-15％；所述氮化膜的刻蚀时间比氧化膜长50～100％。

步骤6)中，所述的硅刻蚀工艺为湿法或干法刻蚀工艺，刻蚀掉的硅外延厚度为500～2000埃。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供一种去除超级结高压器件外延沉积过程中产生的硅脊的方法。在化学机械研磨工艺表面平坦化后，使用湿法刻蚀将深槽上的氧化膜横向刻蚀一部分，以使硅脊露出，然后用干法刻蚀将此硅脊去除。通过本发明工艺流程可以去除硅脊，为后续的栅极多晶硅和栅极氧化层沉积提供了良好的表面形貌，从而可避免硅脊对后续的工艺产生影响，避免影响器件的某些电学性能。

附图说明

图1是本发明方法的工艺流程图；

图2是本发明方法中每一步骤完成后的结构示意图；其中，图2A是步骤1完成后的结构示意图；图2B是步骤2完成后的结构示意图；图2C是步骤3完成后的结构示意图；图2D是步骤4完成后的结构示意图；图2E是步骤5完成后的结构示意图；图2F是步骤6完成后的结构示意图；

图3是本发明方法步骤3选择性外延沉积后的形貌图；

图4是本发明方法步骤4化学机械研磨后的硅脊的形貌图；

图5是本发明方法步骤6刻蚀去除硅脊之后的形貌图。

图中附图标记说明：

1为硅衬底，2为氧化膜和/或氮化膜，3为掺杂的单晶硅或多晶硅。。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种去除超级结高压器件外延沉积过程中产生的硅脊的方法，以达到去除在外延过程中由于引入刻蚀性气体而在氧化层中所造成的底部切口中的单晶硅的目的。如图1和图2所示，本发明方法具体包括如下步骤：

步骤1.如图2A所示，在硅片表面(即硅衬底1上)淀积氧化膜和/或氮化膜2，氧化层或氮化膜的厚度为1000～1500埃，其所用工艺可以为LPCVD工艺(低压化学气相沉积工艺)、或PECVD工艺(等离子体化学气相沉积工艺)。

步骤2.如图2B所示，在硅片上刻蚀一个深沟槽，采用干法刻蚀工艺，所述深沟槽的深度为10～100μm，宽度为1～10μm。

步骤3.如图2C所示，以单晶硅或多晶硅3填充所述深沟槽，深沟槽的填充采用单晶硅外延生长工艺；或者深沟槽的填充采用LPCVD工艺(低压化学气相沉积工艺)淀积多晶硅；或者深沟槽的填充是先在硅片表面外延生长一层单晶硅，再以LPCVD工艺填充多晶硅。由于硅选择性外延的过程中引入了刻蚀性气体，会在外延过程中在氧化膜和/或氮化膜2底部形成切口进而被单晶硅或多晶硅3填充，选择性外延沉积后的(底部切口)形貌见图3。

步骤4.如图2D所示，采用化学机械研磨工艺对硅片表面进行平坦化处理，以所述氧化膜和/或氮化膜2作为研磨阻挡层，至少将所述填充深沟槽的单晶硅或多晶硅3研磨至与所述氧化膜和/或氮化膜2的上表面齐平，所述填充深沟槽的单晶硅或多晶硅3的上表面等于或低于所述氧化膜和/或氮化膜2的上表面。化学机械研磨后的硅脊的形貌见图4。

步骤5.如图2E所示，采用刻蚀工艺将深沟槽两侧的氧化膜和/或氮化膜2部分回刻，以使硅脊露出。氧化膜和/或氮化膜2回刻工艺可以为湿法刻蚀工艺，所述刻蚀药液可为对氧化膜和氮化膜都具有刻蚀性的药液，如缓冲氢氟酸；缓冲氢氟酸药液的浓度为0.01％-20％，优选0.5-15％，刻蚀掉的氧化膜和/或氮化膜的厚度为400～900埃，剩余的氧化膜和/或氮化膜的厚度为600～800埃。由于缓冲氢氟酸药液对氮化膜和氧化膜的刻蚀速率略有差异，需保证足够的刻蚀量，所以氮化膜的刻蚀时间会比氧化膜长50～100％。

步骤6.如图2F所示，采用刻蚀工艺将此硅脊刻蚀。硅刻蚀工艺为湿法或干法刻蚀工艺，刻蚀掉的硅外延厚度为500～2000埃。刻蚀去除硅脊之后的形貌见图5。

由于硅选择性外延的过程中引入了刻蚀性气体，会在外延过程中在氧化物或氮化物底部形成切口进而被硅填充，本发明方法是在传统工艺中加入一步湿法刻蚀使氧化膜和/或氮化膜横向推进一部分，使硅脊露出，再用干法刻蚀将其去除，为后续的栅极多晶硅和栅极氧化层沉积提供了良好的表面形貌，从而可避免硅脊对后续的工艺产生影响，避免影响器件的某些电学性能。

Claims

1.一种去除超级结高压器件外延沉积过程中产生的硅脊的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在硅片表面淀积一层氧化膜和/或氮化膜；

2)在硅片上刻蚀一个深沟槽；

3)以单晶硅和/或多晶硅填充所述深沟槽；

6)采用刻蚀工艺将此硅脊刻蚀去除。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述氧化膜和/或氮化膜的厚度为1000～1500埃，其采用LPCVD工艺、或PECVD工艺淀积。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述深沟槽的深度为10～100μm，宽度为1～10μm；所述深沟槽采用干法刻蚀工艺刻蚀。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述深沟槽的填充采用单晶硅外延生长工艺；或者所述深沟槽的填充采用LPCVD工艺淀积多晶硅；或者所述深沟槽的填充是先在硅片表面外延生长一层单晶硅，再以LPCVD工艺填充多晶硅。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中，至少将所述填充深沟槽的单晶硅或多晶硅研磨至与所述氧化膜和/或氮化膜的上表面齐平，所述填充深沟槽的单晶硅或多晶硅的上表面等于或低于所述氧化膜和/或氮化膜的上表面。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中，所述刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀药液为对氧化膜和氮化膜都具有刻蚀性的药液，刻蚀掉的氧化膜和/或氮化膜的厚度为400～900埃，剩余的氧化膜和/或氮化膜的厚度为600～800埃。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述刻蚀药液为缓冲氢氟酸，该缓冲氢氟酸药液的浓度为0.01％-20％；所述氮化膜的刻蚀时间比氧化膜长50～100％。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述缓冲氢氟酸药液的浓度为0.5-15％。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6)中，所述的刻蚀工艺为湿法或干法刻蚀工艺，刻蚀掉的硅脊厚度为500～2000埃。