[發明專利]超深溝槽的多級刻蝕與填充方法

有效

• 申請號: 200810044051.9
• 申請日: 2008-12-04
• 公開（公告）號: CN101752225A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 錢文生;王飛
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/20;H01L21/336
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 周赤

技術領域

本發明涉及一種半導體集成電路工藝，特別是涉及一種溝槽的刻蝕與填充工藝。

背景技術

擊穿電壓在500V以上的超高壓MOS晶體管在電源管理中扮演越來越重要的角色。在新型的超高壓MOS晶體管中，為了減小導通電阻，都采用了超深溝槽工藝，即槽深達到20μm以上。并要在該超深溝槽內填入P型自摻雜多晶硅或單晶硅，幫助水平耗盡NMOS晶體管的漂移區，這樣可以在維持高擊穿電壓的情況下適當提高N型漂移區摻雜濃度，減小導通電阻。因此實現超深溝槽的刻蝕與填充是完成超高壓MOS晶體管的關鍵所在。

在常規工藝中，只有對10μm以下深度的溝槽，刻蝕時才能保證刻蝕出垂直的溝槽側壁，填充時才能保證是無空洞的多晶硅或單晶硅填充。如溝槽深度超過10μm，刻蝕和填充工藝都很難實現。這體現在刻蝕時，很難刻蝕出陡峭的溝槽側壁；填充時，則很容易形成空洞。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種超深溝槽的多級刻蝕與填充方法，該方法可以20μm以上深度的溝槽進行具有陡峭側壁的刻蝕、以及無空洞的填充。

為解決上述技術問題，本發明超深溝槽的多級刻蝕與填充方法，所述超深溝槽為20μm以上深度的溝槽，該方法包括如下步驟：

第1步，將超深溝槽由下至上地分解為第1級溝槽到第n級溝槽，n為大于等于2的整數，所述第1級溝槽到第n級溝槽的深度之和為超深溝槽的深度；

第2步，在N型硅襯底10上外延淀積一層N型外延層11，所述N型外延層11的厚度大于第1級溝槽的深度，再在N型外延層11上淀積一層氧化硅12；

第3步，采用光刻和刻蝕工藝在硅片的部分區域內刻蝕掉氧化硅12和部分N型外延層11，直至刻蝕掉的N型外延層11的深度為第1級溝槽21的深度，形成第1級溝槽21；

第4步，在第1級溝槽21內以外延工藝淀積一層P型單晶硅13，該層P型單晶硅13高出N型外延層11的表面；

第5步，先去除氧化硅12，再采用化學機械拋光工藝平坦化P型單晶硅13直至與N型外延層11的表面齊平；

第6步，在N型外延層11上再外延淀積一層N型外延層14，所述N型外延層14的厚度等于第二級溝槽22的深度，再在N型外延層14上淀積一層氧化硅15；

第7步，采用光刻和刻蝕工藝在硅片的部分區域內刻蝕掉氧化硅15和部分N型外延層14，直至刻蝕掉部分P型單晶硅13，形成第2級溝槽22；

第8步，在第2級溝槽22內以外延工藝淀積一層P型單晶硅16，該層P型單晶硅16高出N型外延層14的表面；

第9步，先去除氧化硅15，再采用化學機械拋光工藝平坦化P型單晶硅16直至與N型外延層14的表面齊平；

重復第6～9步直至完成第n級溝槽的刻蝕與填充。

本發明所述方法將超深溝槽分為多級，并對每一級溝槽進行刻蝕和填充，填充物選擇原位摻雜P型單晶硅。只在前一級溝槽的刻蝕和填充完成后，才進行下一級溝槽的刻蝕和填充，以此類推，直到超深溝槽的刻蝕和填充完成。由于每一級的溝槽較淺，現有工藝能力很容易刻蝕和填充，因此克服了超深溝槽的刻蝕和填充的制作困難。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明：

圖1a～圖1i是本發明超深溝槽的多級刻蝕與填充方法的各步驟硅片剖面示意圖。

圖中附圖標記為：10-N型硅襯底；11-N型外延層；12-氧化硅；13-P型單晶硅；14-N型外延層；15-氧化硅；16-P型單晶硅；2-超深溝槽；21-第1級溝槽；22-第2級溝槽。

具體實施方式

本發明超深溝槽的多級刻蝕與填充方法，所述超深溝槽是指20μm以上深度的溝槽，該方法包括如下步驟：

第1步，請參閱圖1a，根據超深溝槽的深度，將超深溝槽由下至上地分解為多級溝槽(第1級至第n級，第1級在最下方，第n級在最上方)，所述多級溝槽的深度之和為超深溝槽的深度。

圖1a示意性地表示了最簡單的二級結構，即將超深溝槽2分解為第1級溝槽21和第2級溝槽22。第1級溝槽21在最下方，第2級溝槽22在最上方。第1級溝槽21的深度h1和第2級溝槽22的深度h2之和為超深溝槽2的深度h。