CN104658889B - 两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法，包括如下步骤：步骤一、提供外延硅片。步骤二、采用第一层光罩同时定义出位于有源区和对准标记区域的第一和二深沟槽的图案，第二深沟槽的宽度大于第一深沟槽的宽度。步骤三、采用干法刻蚀工艺进行刻蚀同时形成第一和二深沟槽。步骤四、进行第一次外延填充将第一深沟槽完全填充并在第二深沟槽顶部形成第一凹槽。步骤五、进行第二次外延生长并在第二深沟槽的正上方表面形成由凹槽组成的对准标记。本发明能提高双外延层后的对准标记信号强度以及能降低制造成本。

Description

两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法。

背景技术

两次沟槽型超级结器件需要采用两层硅外延层，并分别在两层硅外延层中形成深沟槽并填充，上下两层硅外延层的深沟槽要对准并使填充于上下两层深沟槽中的外延层能叠加从而形成P型薄层和N型薄层交替排列的超级结结构。如图1A至图1D所示，是现有两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法的各步骤中器件结构示意图；现有两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、如图1A所示，提供一在顶部形成有第一硅外延层101的外延硅片；第一硅外延层101上包括由有源区和对准标记区域。所述有源区为用于形成超级结器件的区域，对准标记区域用于形成对准标记。

步骤二、如图1A所示，采用第一层光罩定义出位于有源区中的深沟槽102的图案；所述深沟槽102包括多个并和所述深沟槽102之间的所述第一硅外延层101形成交替排列结构。

步骤三、如图1A所示，采用干法刻蚀工艺对所述第一硅外延层101进行刻蚀同时形成所述深沟槽102。

步骤四、如图1B所示，进行外延生长将所述深沟槽102完全填充；采用化学机械研磨工艺将所述有源区表面的多晶硅去除。

步骤五、如图1C所示，采用第二层光罩在对准标记区域定义出对准标记图案，采用刻蚀工艺形成第一凹槽104。

步骤六、如图1D所示，进行外延生长形成第二硅外延层105，在所述第一凹槽104的正上方的所述第二硅外延层105的表面处形成有第二凹槽106，所述第二凹槽106随着所述第一凹槽104的轮廓变化，由所述第二凹槽106作为所述对准标记。

后续需要采用所述第二凹槽106作为对准标记在第二硅外延层105中形成和深沟槽102对准的沟槽并填充外延层从而在第二硅外延层105中也形成P型薄层和N型薄层交替排列，第一硅外延层101和第二硅外延层105中形成P型薄层和N型薄层分别叠加在一起形成两次沟槽型超级结结构。

现有技术中，在第一硅外延层101表面形成的对准标记即第一凹槽104需要单独采用一层光罩，不仅工艺成本高，而且第一凹槽104的光刻和第一层光罩定义的深沟槽102之间易产生对准不良的问题；另外，现有两次沟槽型超级结器件中需要在第一硅外延层101表面再形成第二硅外延层102，采用现有技术定义的第一凹槽104尺寸较小，当形成第二硅外延层102后，形成的第二凹槽106会在第一凹槽104的基础上进一步的缩小，甚至会消失，达不到作为对准标记的要求，使后续光刻工艺对准标记信号较弱甚至无法实现对准。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法，能提高双外延层后的对准标记信号强度以及能降低制造成本。

为解决上述技术问题，本发明提供的两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法包括如下步骤：

步骤一、提供一在顶部形成有第一硅外延层的外延硅片。

步骤二、采用第一层光罩同时定义出位于有源区中的第一深沟槽的图案和位于对准标记区域的第二深沟槽的图案，所述有源区为用于形成超级结器件的区域，所述对准标记区域为用于形成对准标记；所述第一深沟槽包括多个并和所述第一深沟槽之间的所述第一硅外延层形成交替排列结构；所述第二深沟槽包括至少一个，所述第二深沟槽的宽度大于所述第一深沟槽的宽度。

步骤三、采用干法刻蚀工艺对所述第一硅外延层进行刻蚀同时形成所述第一深沟槽和所述第二深沟槽，利用不同宽度的深沟槽刻蚀的微负载效应使刻蚀后所述第二深沟槽的深度大于所述第一深沟槽的深度。

步骤四、进行第一次外延填充，所述第一次外延填充将所述第一深沟槽完全填充，所述第一次外延填充未将所述第二深沟槽填满并在所述第二深沟槽顶部形成第一凹槽；由填充于所述第一深沟槽中的所述第一次外延和所述第一深沟槽之间的所述第一硅外延层形成位于所述第一硅外延层中的P型薄层和N型薄层交替排列结构。

步骤五、进行第二次外延生长形成第二硅外延层，在所述第二深沟槽的正上方的所述第二硅外延层的表面处形成有第二凹槽，所述第二凹槽随着所述第一凹槽的轮廓变化，由所述第二凹槽作为所述对准标记。

进一步的改进是，所述第一硅外延层的厚度10微米至70微米，电阻率为0.5欧姆·米至5欧姆·米。

进一步的改进是，所述第一深沟槽的宽度为1微米至15微米，所述第二深沟槽的宽度为5微米至30微米。

进一步的改进是，步骤三刻蚀后所述第一深沟槽的深度为10微米至65微米。

进一步的改进是，所述第二硅外延层的厚度10微米至70微米，电阻率为0.5欧姆·米至5欧姆·米。

进一步的改进是，步骤四的所述第一次外延填充为非选择性外延生长填充。

进一步的改进是，步骤五的所述第二次外延生长为非选择性外延生长。

进一步的改进是，还包括：

步骤六、以所述第二凹槽作为所述对准标记在所述第二硅外延层中进行光刻刻蚀形成第三深沟槽，所述第三深沟槽和所述第一深沟槽对准。

步骤七、在所述第三深沟槽中填充外延层，由填充于所述第三深沟槽中的外延层和所述第三深沟槽之间的所述第二硅外延层形成位于所述第二硅外延层中的P型薄层和N型薄层交替排列结构；位于所述第一硅外延层中的P型薄层和位于所述第二硅外延层中的P型薄层叠加在一起、位于所述第一硅外延层中的N型薄层和位于所述第二硅外延层中的N型薄层叠加在一起形成位于整个所述第一硅外延层和所述第二硅外延层中的P型薄层和N型薄层交替排列结构。

本发明在第一硅外延层上不需要单独采用一层光罩来定义底层对准标记凹槽，而是在定义有源区的第一深沟槽时在对准标记区域定义比第一深沟槽更宽的第二深沟槽，利用刻蚀的微负载效应，微负载效应是指沟槽宽度越宽时刻蚀的深度也会越深，这样干法刻蚀之后会形成比第一深沟槽更深的第二深沟槽，而之后对第一深沟槽进行外延填充时会自动在第二深沟槽顶部形成以用于底层对准标记的第一凹槽；第二硅外延层形成后会自动在第一凹槽顶部形成第二凹槽。由于本发明形成的第一凹槽的尺寸较大，故形成的第二凹槽的尺寸也会保持较大值，具有较大尺寸的第二凹槽作为对准标记能提高双外延层后的对准标记信号强度；同时，本发明的第一凹槽和第二凹槽都不需要采用额外的光刻工艺和刻蚀以及填充工艺，能降低制造成本。

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1A-图1D是现有两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法的各步骤中器件结构示意图；

图2是本发明实施例两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法的流程图；

图3A-图3C是现有两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法的各步骤中器件结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明实施例两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法的流程图；如图3A至图3C所示，是现有两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法的各步骤中器件结构示意图。本发明实施例两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法包括如下步骤：

步骤一、如图3A所示，提供一在顶部形成有第一硅外延层1的外延硅片。

所述第一硅外延层1的厚度与浓度，由器件设计的耐压值决定，本发明实施例中有：所述第一硅外延层1的厚度10微米至70微米，电阻率为0.5欧姆·米至5欧姆·米。

步骤二、如图3A所示，采用第一层光罩同时定义出位于有源区中的第一深沟槽2a的图案和位于对准标记区域的第二深沟槽2b的图案，所述有源区为用于形成超级结器件的区域，所述对准标记区域为用于形成对准标记；所述第一深沟槽2a包括多个并和所述第一深沟槽2a之间的所述第一硅外延层1形成交替排列结构；所述第二深沟槽2b包括至少一个，本发明实施例中采用一个即可。所述第二深沟槽2b的宽度大于所述第一深沟槽2a的宽度。

所述第一深沟槽2a的宽度为1微米至15微米，所述第二深沟槽2b的宽度为5微米至30微米。

步骤三、如图3A所示，采用干法刻蚀工艺对所述第一硅外延层1进行刻蚀同时形成所述第一深沟槽2a和所述第二深沟槽2b，利用不同宽度的深沟槽刻蚀的微负载效应使刻蚀后所述第二深沟槽2b的深度大于所述第一深沟槽2a的深度。

有源区沟槽深度由器件设计决定，本发明实施例中刻蚀后所述第一深沟槽2a的深度为10微米至65微米。

步骤四、如图3B所示，采用非选择性外延生长工艺进行第一次外延填充，所述第一次外延填充将所述第一深沟槽2a完全填充，所述第一次外延填充未将所述第二深沟槽2b填满并在所述第二深沟槽2b顶部形成第一凹槽4；填充后，第一深沟槽2a中填充了外延层3a，第二深沟槽2b中填充了外延层3b。采用化学机械研磨工艺将所述有源区表面的多晶硅去除。

由填充于所述第一深沟槽2a中的所述第一次外延和所述第一深沟槽2a之间的所述第一硅外延层1形成位于所述第一硅外延层1中的P型薄层和N型薄层交替排列结构。

步骤五、如图3C所示，采用非选择性外延生长工艺进行第二次外延生长形成第二硅外延层5，在所述第二深沟槽2b的正上方的所述第二硅外延层5的表面处形成有第二凹槽6，所述第二凹槽6随着所述第一凹槽4的轮廓变化，由所述第二凹槽6作为所述对准标记。

所述第二硅外延层5的厚度和掺杂浓度由器件设计决定，本发明实施例中所述第二硅外延层5的厚度10微米至70微米，电阻率为0.5欧姆·米至5欧姆·米。

之后进行后续工艺，后续工艺包括在第二硅外延层5形成深沟槽，这时需要采用所述第二凹槽6作为对准标记和下层的第一深沟槽对准，具体步骤如，还包括：

步骤六、以所述第二凹槽6作为所述对准标记在所述第二硅外延层5中进行光刻刻蚀形成第三深沟槽，所述第三深沟槽和所述第一深沟槽2a对准。

步骤七、在所述第三深沟槽中填充外延层，由填充于所述第三深沟槽中的外延层和所述第三深沟槽之间的所述第二硅外延层5形成位于所述第二硅外延层5中的P型薄层和N型薄层交替排列结构；位于所述第一硅外延层1中的P型薄层和位于所述第二硅外延层5中的P型薄层叠加在一起、位于所述第一硅外延层1中的N型薄层和位于所述第二硅外延层5中的N型薄层叠加在一起形成位于整个所述第一硅外延层1和所述第二硅外延层5中的P型薄层和N型薄层交替排列结构。

后续工艺形成由P型薄层和N型薄层交替排列组成的超级结结构后，可以根据超级结半导体器件类型进行相应的正面或背面工艺。超级结半导体器件包括超级结MOSFET器件，超级结IGBT器件，超级结二极管等。

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。

Claims (7)

1.一种两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、提供一在顶部形成有第一硅外延层的外延硅片；

步骤二、采用第一层光罩同时定义出位于有源区中的第一深沟槽的图案和位于对准标记区域的第二深沟槽的图案，所述有源区为用于形成超级结器件的区域，所述对准标记区域为用于形成对准标记；所述第一深沟槽包括多个并和所述第一深沟槽之间的所述第一硅外延层形成交替排列结构；所述第二深沟槽包括至少一个，所述第二深沟槽的宽度大于所述第一深沟槽的宽度；

步骤三、采用干法刻蚀工艺对所述第一硅外延层进行刻蚀同时形成所述第一深沟槽和所述第二深沟槽，利用不同宽度的深沟槽刻蚀的微负载效应使刻蚀后所述第二深沟槽的深度大于所述第一深沟槽的深度；

步骤四、进行第一次外延填充，所述第一次外延填充将所述第一深沟槽完全填充，所述第一次外延填充未将所述第二深沟槽填满并在所述第二深沟槽顶部形成第一凹槽；由填充于所述第一深沟槽中的所述第一次外延和所述第一深沟槽之间的所述第一硅外延层形成位于所述第一硅外延层中的P型薄层和N型薄层交替排列结构；

步骤五、进行第二次外延生长形成第二硅外延层，在所述第二深沟槽的正上方的所述第二硅外延层的表面处形成有第二凹槽，所述第二凹槽随着所述第一凹槽的轮廓变化，由所述第二凹槽作为所述对准标记；

步骤六、以所述第二凹槽作为所述对准标记在所述第二硅外延层中进行光刻刻蚀形成第三深沟槽，所述第三深沟槽和所述第一深沟槽对准；

步骤七、在所述第三深沟槽中填充外延层，由填充于所述第三深沟槽中的外延层和所述第三深沟槽之间的所述第二硅外延层形成位于所述第二硅外延层中的P型薄层和N型薄层交替排列结构；位于所述第一硅外延层中的P型薄层和位于所述第二硅外延层中的P型薄层叠加在一起、位于所述第一硅外延层中的N型薄层和位于所述第二硅外延层中的N型薄层叠加在一起形成位于整个所述第一硅外延层和所述第二硅外延层中的P型薄层和N型薄层交替排列结构。

2.如权利要求1所述两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法，其特征在于：所述第一硅外延层的厚度10微米至70微米，电阻率为0.5欧姆·米至5欧姆·米。

3.如权利要求1所述两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法，其特征在于：所述第一深沟槽的宽度为1微米至15微米，所述第二深沟槽的宽度为5微米至30微米。

4.如权利要求1所述两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法，其特征在于：步骤三刻蚀后所述第一深沟槽的深度为10微米至65微米。

5.如权利要求1所述两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法，其特征在于：所述第二硅外延层的厚度10微米至70微米，电阻率为0.5欧姆·米至5欧姆·米。

6.如权利要求1所述两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法，其特征在于：步骤四的所述第一次外延填充为非选择性外延生长填充。

7.如权利要求1所述两次沟槽型超级结器件的对准标记制造方法，其特征在于：步骤五的所述第二次外延生长为非选择性外延生长。