沟槽填充后平坦化的工艺方法

摘要

本发明公开了一种沟槽填充后平坦化的工艺方法，包括如下步骤：在衬底硅片上生长一层外延层；在所述外延层上进行硬掩膜生长；在所述外延层中形成沟槽；在所述沟槽中进行硅外延生长填充该沟槽；用化学机械研磨对所述沟槽表面进行初步平坦化；对所述沟槽表面的硅进行高温热氧化；用湿法刻蚀或干法刻蚀去除沟槽表面的氧化层和硬掩膜。本发明能够有效解决沟槽表面平坦化问题，获得平坦化很好的沟槽表面；适用于超级结MOSFET器件。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种沟槽填充后平坦化 的工艺方法。

背景技术

超级结MOSFET器件的结构如图1所示，在硅衬底(N+基片)1上的N 外延层2内有沟槽型的具有相反导电类型填充的外延层3，该区域顶部从 外向内依次被P阱区5、N+阱区6、P+注入层7包围。在两个沟槽型外延 层3之间、N外延层2之上设有多晶硅4，多晶硅4上设有层间介质8， 然后源金属电极9覆盖整个层间介质8和外延层3。N+基片1背面有背面 金属电极(漏极)10。

该器件主要的难点是交替排列的P型和N型半导体薄层结构的形成。 该结构形成工艺方法有两种，第一种(见图2)是：在硅衬底21上生长 一层外延层22，在外延层22中合适的位置进行注入掺杂形成离子注入区 23；在原有的外延层22之上再生长一层外延层22；在前次相同的注入掺 杂位置，位于后生长的外延层22内再进行注入掺杂形成离子注入区23。 这样经过多次的循环外延生长和注入掺杂，直至外延厚度达到所需要的沟 道深度。在炉管进行注入掺杂区扩散使多个离子注入区形成一完成的掺杂 区25，这样完整的P(或N)型薄层才算完成。该方法存在的问题是： 首先，成本较高，外延和注入都是半导体制造中成本较高的工艺，特别是 外延，在一般的半导体制造中一般只有一次；其次是工艺难以控制，几次 的外延生长要求相同的电阻率，相同的膜质量，对工艺的稳定性方面要求 较高；另外每次注入都要求在相同的位置，对注入的对准、精度方面都要 求很高。

另外一种制造工艺方法是，首先在硅衬底31上生长一层厚的硅外延 层32，然后在此外延层32上形成沟槽35，再用与外延层32有相反掺杂 的硅外延33填充沟槽35(见图3)。外延填充后由于外延的过剩生长，一 般要对沟槽表面进行平坦化。平坦化的方法一般有两种，一是化学机械研 磨，二是干法刻蚀。两种方法都需要有硬掩膜作为阻挡层，但干法刻蚀的 两种材料的刻蚀选择比一般低于化学机械研磨的研磨比，所以通常选用化 学机械研磨方法进行平坦化。但化学机械研磨方法也有局限性，即研磨时 间过长，容易在硬掩膜有一定厚度的硅残留，一旦产生硅残留则化学机械 研磨则很难去除掉。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种沟槽填充后平坦化的工艺方法， 能够获得平坦化很好的沟槽表面。

为解决上述技术问题，本发明的沟槽填充后平坦化的工艺方法包括如 下步骤：

步骤一、在衬底硅片上生长一层外延层；

步骤二、在所述外延层上进行硬掩膜生长；

步骤三、在所述外延层中形成沟槽；

步骤四、在所述沟槽中进行硅外延生长填充该沟槽；

步骤五、用化学机械研磨对所述沟槽表面进行初步平坦化；

步骤六、对所述沟槽表面的硅进行高温热氧化；

步骤七、用湿法刻蚀或干法刻蚀去除沟槽表面的氧化层和硬掩膜。

采用本发明的方法，在沟槽刻蚀后保留硬掩膜，然后用硅外延生长填 充沟槽，再用化学机械研磨对沟槽进行初步平坦化，最后用高温热氧化方 法将化学机械研磨后的硅薄层去除。由于对沟槽表面的硅层进行高温热氧 化，能使硬掩膜上的硅层完全转化为氧化层；再用湿法刻蚀或干法刻蚀能 彻底去除氧化层和硬掩膜。因此，本发明能有效解决沟槽填充后的平坦化 问题，获得平坦化很好的沟槽表面。

附图说明

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是超级结MOSFET器件单元示意图；

图2是第一种交替排列的P型和N型半导体薄层制造方法示意图；

图3是第二种交替排列的P型和N型半导体薄层制造方法示意图；

图4-10是本发明的方法一实施例工艺流程示意图；

图11是本发明的方法一实施例控制流程图。

具体实施方式

结合图11所示，在一实施例中，所述沟槽填充后平坦化的工艺方法 包括如下步骤：

步骤一、外延生长。参见图4所示，采用具有高掺杂的N型硅衬底 51，在此硅衬底51上生长低掺杂的N型厚外延层52，外延层52的厚度 在10.0μm-100.0μm之间，且具有第一掺杂类型。

步骤二、硬掩模生长。参见图5，在所述外延层52的表面采用外延 生长、热氧化或淀积等方法形成一层或几层介质膜，作为沟槽刻蚀的硬掩 膜56。所述硬掩膜为氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一种，厚度为 500-20000

步骤三、沟槽刻蚀。参见图6所示，在所述外延层52中刻蚀出深度 为10.0-100.0μm，宽度为1.0-10.0μm的沟槽55。沟槽55刻蚀可以用光 刻胶作为刻蚀阻挡层，刻蚀后将光刻胶去除；也可用硬掩模56作为刻蚀 阻挡层，沟槽55刻蚀后硬掩膜56全部或部分保留。

步骤四、外延填充。参见图7，在所述沟槽55内进行P型硅外延生 长形成硅外延层53，将沟槽55完全填充。当然，生长在硅衬底51上的 外延层52也可以是P型，此时在沟槽55内进行硅外延生长填充的则应是 N型。沟槽55内生长的硅外延层53具有第二掺杂类型。

步骤五、对沟槽进行初步平坦化。参见图8，硅外延生长完全填充沟 槽55后，由于过剩生长，沟槽55顶部的硅外延层53会高于硬掩膜56， 且沟槽55两侧的硬掩膜56上也会有一定厚度的硅层形成。用化学机械研 磨方法对沟槽55表面进行初步平坦化。初步平坦化后硬掩膜56上的硅层 的厚度在0＜-5000之间。

步骤六、高温热氧化。参见图9，对沟槽55表面的硅层进行高温热 氧化，使硬掩膜56上的硅层经过高温氧化后完全转化为氧化层57。

步骤七、参见图10所示，采用湿法刻蚀或干法刻蚀去除外延层52 和沟槽55表面的氧化层57和硬掩膜56。

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，这些也应视为本发明的保护范围。