專利名稱：去除超級結高壓器件外延沉積過程中產生的硅脊的方法
去除超級結高壓器件外延沉積過程中產生的硅脊的方法技術領域
本發明屬于半導體集成電路制造工藝，尤其涉及一種超級結高壓器件結構的制備工藝，具體涉及一種去除超級結高壓器件外延沉積過程中產生的硅脊的方法。
背景技術：
在現今的半導體技術中，深溝槽結構應用較為廣泛。如作為隔絕結構以隔絕不同操作電壓的電子器件，及應用于超級結結構半導體器件中作為P-N結通過耗盡態的電荷平衡達到高擊穿電壓性能等。對于后者超級結金屬氧化物半導體場效應晶體管，通常超級結 MOS晶體管制造過程中刻蝕和填充深溝槽的方法是在η+型硅襯底上生長一層η-型外延層(單晶硅)，然后在該外延層上刻蝕深溝槽，然后再用P型單晶硅填充該深溝槽，最后用化學機械研磨(CMP)工藝進行表面平坦化。此時該深溝槽結構作為P型半導體柱，該深溝槽結構的兩側作為η型半導體柱，即得到了縱向交替排列的P型和η型半導體柱。該方法中將η型硅與P型硅交換，效果不變。
上述方法中，是在硅材料中刻蝕深溝槽，深溝槽中填充的也是硅材料，這便使CMP 工藝無法區分溝槽內外結構，有可能直接研磨到硅襯底，從而影響器件的某些電學性能。與此類似地，當在某種半導體材料中刻蝕深溝槽，隨后又采用相同的半導體材料填充該深溝槽，再用CMP工藝對硅片表面進行平坦化處理時，都會出現無法控制CMP工藝停止點的問題。
因此在超級結結構的制備工藝中，通常會在硅襯底上沉積一層氧化膜或氮化膜作為CMP工藝的停止層(stop layer)。如采用氮化膜作為停止層，仍需要在硅襯底和氮化膜之間沉積一層氧化膜做緩沖層(buffer layer),來減小應力。
在單晶硅選擇性外延過程中，需要改善填充性而引入的刻蝕性氣體會導致深溝槽兩側的裸露出的單晶硅襯底以及上部氧化層的橫向刻蝕并產生底部切口，此時切口里的硅襯底露出，隨后又會被硅外延所填充。由于這部分外延層存在于氧化膜下表面，和硅襯底形成一體，水平方向沿背向溝槽的部分延伸，在平坦化過程中難以去除。在后續氧化膜去除工藝，如果填充在這部分切口里面的外延層沒有被去除，就會在溝槽的兩側形成硅脊，會給后續的工藝產生影響，從而影響器件的某些電學性能。發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種去除超級結高壓器件外延沉積過程中產生的硅脊的方法，以達到去除在外延過程中由于引入刻蝕性氣體而在氧化層中所造成的底部切口中的單晶硅的目的。
為解決上述技術問題，本發明提供一種去除超級結高壓器件外延沉積過程中產生的硅脊的方法。在化學機械研磨工藝表面平坦化后，使用濕法刻蝕將深槽上的氧化膜橫向刻蝕一部分，以使硅脊露出，然后用干法刻蝕將此硅脊去除。該方法包括如下步驟
I)在硅片表面淀積一層氧化膜和/或氮化膜；
2)在硅片上刻蝕一個深溝槽；
3)以單晶硅或多晶硅填充所述深溝槽；
4)采用化學機械研磨工藝對硅片表面進行平坦化處理，以所述氧化膜和/或氮化膜作為研磨阻擋層；
5)采用刻蝕工藝將深溝槽兩側的氧化膜和/或氮化膜部分回刻，以使硅脊露出；
6)采用刻蝕工藝將此硅脊刻蝕去除。
步驟I)中，所述氧化膜和/或氮化膜的厚度為1000 1500埃，其采用LPCVD工藝、或PECVD工藝淀積。
步驟2)中，所述深溝槽的深度為10 100 μ m,寬度為I 10 μ m ;所述深溝槽采用干法刻蝕工藝刻蝕。
步驟3)中，所述深溝槽的填充采用單晶硅外延生長工藝；或者所述深溝槽的填充采用LPCVD工藝淀積多晶硅；或者所述深溝槽的填充是先在硅片表面外延生長一層單晶硅，再以LPCVD工藝填充多晶硅。
步驟4)中，至少將所述填充深溝槽的單晶硅或多晶硅研磨至與所述氧化膜和/或氮化膜的上表面齊平，所述填充深溝槽的單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。
步驟5)中，所述的氧化膜和/或氮化膜回刻工藝為濕法刻蝕工藝，所述刻蝕藥液為對氧化膜和氮化膜都具有刻蝕性的藥液，刻蝕掉的氧化膜和/或氮化膜的厚度為400 900埃，剩余的氧化膜和/或氮化膜的厚度為600 800埃。
所述刻蝕藥液為緩沖氫氟酸，該緩沖氫氟酸藥液的濃度為0.01% -20%，優選 O. 5-15% ;所述氮化膜的刻蝕時間比氧化膜長50 100%。
步驟6)中，所述的硅刻蝕工藝為濕法或干法刻蝕工藝，刻蝕掉的硅外延厚度為 500 2000 埃。
和現有技術相比，本發明具有以下有益效果本發明提供一種去除超級結高壓器件外延沉積過程中產生的硅脊的方法。在化學機械研磨工藝表面平坦化后，使用濕法刻蝕將深槽上的氧化膜橫向刻蝕一部分，以使硅脊露出，然后用干法刻蝕將此硅脊去除。通過本發明工藝流程可以去除硅脊，為后續的柵極多晶硅和柵極氧化層沉積提供了良好的表面形貌，從而可避免硅脊對后續的工藝產生影響，避免影響器件的某些電學性能。
圖1是本發明方法的工藝流程圖2是本發明方法中每一步驟完成后的結構示意圖；其中，圖2A是步驟I完成后的結構示意圖；圖28是步驟2完成后的結構示意圖；圖2C是步驟3完成后的結構示意圖； 圖2D是步驟4完成后的結構示意圖；圖2E是步驟5完成后的結構示意圖；圖2F是步驟6 完成后的結構不意圖3是本發明方法步驟3選擇性外延沉積后的形貌圖4是本發明方法步驟4化學機械研磨后的硅脊的形貌圖5是本發明方法步驟6刻蝕去除硅脊之后的形貌圖。
圖中附圖標記說明
I為硅襯底，2為氧化膜和/或氮化膜，3為摻雜的單晶硅或多晶硅。。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。
本發明提供了一種去除超級結高壓器件外延沉積過程中產生的硅脊的方法，以達到去除在外延過程中由于引入刻蝕性氣體而在氧化層中所造成的底部切口中的單晶硅的目的。如圖1和圖2所示，本發明方法具體包括如下步驟
步驟1.如圖2A所示，在硅片表面(即硅襯底I上)淀積氧化膜和/或氮化膜2， 氧化層或氮化膜的厚度為1000 1500埃，其所用工藝可以為LPCVD工藝(低壓化學氣相沉積工藝)、或PECVD工藝(等離子體化學氣相沉積工藝)。
步驟2.如圖2B所示，在硅片上刻蝕一個深溝槽，采用干法刻蝕工藝，所述深溝槽的深度為10 100 μ m,寬度為I 10 μ m。
步驟3.如圖2C所示，以單晶硅或多晶硅3填充所述深溝槽，深溝槽的填充采用單晶硅外延生長工藝；或者深溝槽的填充采用LPCVD工藝(低壓化學氣相沉積工藝)淀積多晶硅；或者深溝槽的填充是先在硅片表面外延生長一層單晶硅，再以LPCVD工藝填充多晶硅。由于硅選擇性外延的過程中引入了刻蝕性氣體，會在外延過程中在氧化膜和/或氮化膜2底部形成切口進而被單晶硅或多晶硅3填充，選擇性外延沉積后的(底部切口)形貌見圖3。
步驟4.如圖2D所示，采用化學機械研磨工藝對硅片表面進行平坦化處理，以所述氧化膜和/或氮化膜2作為研磨阻擋層，至少將所述填充深溝槽的單晶硅或多晶硅3研磨至與所述氧化膜和/或氮化膜2的上表面齊平，所述填充深溝槽的單晶硅或多晶硅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。化學機械研磨后的硅脊的形貌見圖 4。
步驟5.如圖2E所示，采用刻蝕工藝將深溝槽兩側的氧化膜和/或氮化膜2部分回刻，以使硅脊露出。氧化膜和/或氮化膜2回刻工藝可以為濕法刻蝕工藝，所述刻蝕藥液可為對氧化膜和氮化膜都具有刻蝕性的藥液，如緩沖氫氟酸；緩沖氫氟酸藥液的濃度為 O. 01 %-20% ,優選O. 5-15%,刻蝕掉的氧化膜和/或氮化膜的厚度為400 900埃，剩余的氧化膜和/或氮化膜的厚度為600 800埃。由于緩沖氫氟酸藥液對氮化膜和氧化膜的刻蝕速率略有差異，需保證足夠的刻蝕量，所以氮化膜的刻蝕時間會比氧化膜長50 100%。
步驟6.如圖2F所示，采用刻蝕工藝將此硅脊刻蝕。硅刻蝕工藝為濕法或干法刻蝕工藝，刻蝕掉的硅外延厚度為500 2000埃。刻蝕去除硅脊之后的形貌見圖5。
由于硅選擇性外延的過程中引入了刻蝕性氣體，會在外延過程中在氧化物或氮化物底部形成切口進而被硅填充，本發明方法是在傳統工藝中加入一步濕法刻蝕使氧化膜和 /或氮化膜橫向推進一部分，使硅脊露出，再用干法刻蝕將其去除，為后續的柵極多晶硅和柵極氧化層沉積提供了良好的表面形貌，從而可避免硅脊對后續的工藝產生影響，避免影響器件的某些電學性能。
權利要求
1.一種去除超級結高壓器件外延沉積過程中產生的硅脊的方法，其特征在于，包括如下步驟1)在硅片表面淀積一層氧化膜和/或氮化膜；2)在硅片上刻蝕一個深溝槽；3)以單晶硅或多晶硅填充所述深溝槽；4)采用化學機械研磨工藝對硅片表面進行平坦化處理，以所述氧化膜和/或氮化膜作為研磨阻擋層；5)采用刻蝕工藝將深溝槽兩側的氧化膜和/或氮化膜部分回刻，以使硅脊露出；6)采用刻蝕工藝將此硅脊刻蝕去除。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中，所述氧化膜和/或氮化膜的厚度為1000 1500埃，其采用LPCVD工藝、或PECVD工藝淀積。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中，所述深溝槽的深度為10 100 μ m,寬度為I 10 μ m ;所述深溝槽采用干法刻蝕工藝刻蝕。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)中，所述深溝槽的填充采用單晶硅外延生長工藝；或者所述深溝槽的填充采用LPCVD工藝淀積多晶硅；或者所述深溝槽的填充是先在硅片表面外延生長一層單晶硅，再以LPCVD工藝填充多晶硅。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中，至少將所述填充深溝槽的單晶硅或多晶硅研磨至與所述氧化膜和/或氮化膜的上表面齊平，所述填充深溝槽的單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.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5)中，所述的氧化膜和/或氮化膜回刻工藝為濕法刻蝕工藝，所述刻蝕藥液為對氧化膜和氮化膜都具有刻蝕性的藥液，刻蝕掉的氧化膜和/或氮化膜的厚度為400 900埃，剩余的氧化膜和/或氮化膜的厚度為600 800 埃。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述刻蝕藥液為緩沖氫氟酸，該緩沖氫氟酸藥液的濃度為O. 01% -20% ;所述氮化膜的刻蝕時間比氧化膜長50 100%。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述緩沖氫氟酸藥液的濃度為O.5-15%。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟6)中，所述的硅刻蝕工藝為濕法或干法刻蝕工藝，刻蝕掉的硅外延厚度為500 2000埃。
全文摘要
本發明公開了一種去除超級結高壓器件外延沉積過程中產生的硅脊的方法，包括如下步驟1)在硅片表面淀積一層氧化膜和/或氮化膜；2)在硅片上刻蝕一個深溝槽；3)以單晶硅或多晶硅填充所述深溝槽；4)采用化學機械研磨工藝對硅片表面進行平坦化處理，以所述氧化膜和/或氮化膜作為研磨阻擋層；5)采用刻蝕工藝將深溝槽兩側的氧化膜和/或氮化膜部分回刻，以使硅脊露出；6)采用刻蝕工藝將此硅脊刻蝕去除。本發明能達到去除在外延過程中由于引入刻蝕性氣體而在氧化層中所造成的底部切口中的單晶硅的目的，為后續的柵極多晶硅和柵極氧化層沉積提供了良好的表面形貌，從而可避免硅脊對后續的工藝產生影響，避免影響器件的某些電學性能。
文檔編號H01L21/336GK103000519SQ20111026704
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者錢志剛, 程曉華 申請人:上海華虹Nec電子有限公司