[發(fā)明專利]絕緣體上硅的深槽隔離結(jié)構(gòu)刻蝕及填充方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910036002.5
• 申請(qǐng)日: 2009-10-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101692435A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易揚(yáng)波;李海松;王欽;劉俠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州博創(chuàng)集成電路設(shè)計(jì)有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/762
• 分類號(hào): H01L21/762
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種用于絕緣體上硅(SOI)材料上深槽全介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕及填充方法。

背景技術(shù)

在高低壓功率集成電路中，最大的難題之一是做到高低壓部分的完全隔離。因?yàn)楦叩蛪弘娐纷鲈谕粋€(gè)襯底上，器件注入襯底中的載流子會(huì)被鄰近的大面積功率器件所收集，這樣可能會(huì)引起功率器件的誤開(kāi)啟，這就是限制高低壓電路難以集成的一個(gè)主要因素。器件隔離的理想方法應(yīng)當(dāng)是將每個(gè)器件都完全包在一個(gè)絕緣材料中。而隨著SOI(絕緣體上硅)鍵合技術(shù)的日益成熟，絕緣體上硅深槽隔離機(jī)構(gòu)已被越來(lái)越多的應(yīng)用到功率集成電路設(shè)計(jì)中。

在實(shí)際應(yīng)用中，為了避免在有源區(qū)和槽區(qū)之間發(fā)生雪崩擊穿，二者要保持一個(gè)最小距離。由于采用絕緣體上硅深槽隔離結(jié)構(gòu)，每個(gè)器件都是完全包圍在一個(gè)絕緣材料中，然而上述所說(shuō)的有源區(qū)和槽區(qū)間的最小間距導(dǎo)致的缺點(diǎn)就是浪費(fèi)了很大的面積，縮小了可用的有源區(qū)面積。

在相關(guān)的工藝技術(shù)中，有人提出在深槽刻蝕完成后，通過(guò)高能離子注入在槽側(cè)壁上形成一層N型摻雜區(qū)，但是由于高能離子注入工藝存在一個(gè)約7°的注入傾斜角度，并且由于是絕緣體上硅深槽結(jié)構(gòu)，槽的縱橫比一般比較大，離子注入很難注入到槽底部，造成注入不均，結(jié)果會(huì)在槽底部提前發(fā)生擊穿。

另外，Udo?Schwalke在美國(guó)專利005700712A中提出在深槽刻蝕完成后淀積或者選擇外延一層摻雜N型雜質(zhì)的非晶硅，這層非晶硅一部分與絕緣體上硅頂層硅膜深槽側(cè)壁再結(jié)晶形成一層N+型的區(qū)域，另外一部分非晶硅用于形成隔離用的二氧化硅。但是非晶硅在再結(jié)晶過(guò)程中仍然會(huì)產(chǎn)生晶格缺陷，并且硅層和隔離氧化層過(guò)渡區(qū)不明顯，會(huì)影響深槽的電學(xué)隔離特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種能夠通過(guò)在深槽結(jié)構(gòu)中隔離氧化層界面處引入界面電荷來(lái)有效地提高有源區(qū)和槽區(qū)之間的耐壓，進(jìn)而可以縮短有源區(qū)和深槽區(qū)之間的最小間距的絕緣體上硅的深槽隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕及填充方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種絕緣體上硅深槽隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕及填充方法，包括：半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上面設(shè)置有埋氧層，在埋氧層上設(shè)有N型頂層單晶硅，其特征在于，深槽結(jié)構(gòu)的形成按照如下步驟進(jìn)行：

(a)刻蝕，在N型頂層單晶硅表面進(jìn)行刻蝕，如采用各向異性等離子體反應(yīng)刻蝕工藝，刻蝕過(guò)程進(jìn)行到絕緣體上硅結(jié)構(gòu)中埋氧層表面，刻蝕寬度比目標(biāo)槽寬要大。

(b)淀積，采用低壓化學(xué)氣相淀積方法淀積一層高摻雜的單晶硅，直至整個(gè)深槽平面與N型頂層單晶硅表面持平；

(c)刻蝕，在整個(gè)硅表面氧化或淀積一層保護(hù)氧化層后，采用各向異性的離子反應(yīng)刻蝕工藝，刻蝕出深槽的形貌，刻蝕深度為整個(gè)絕緣體上硅硅膜厚度，即達(dá)到絕緣體上硅結(jié)構(gòu)中的埋氧層表面，在深槽側(cè)壁上留下了摻雜的單晶硅層；

(d)濕法氧化，用濕氧法熱生長(zhǎng)一層隔離氧化層，氧化過(guò)程持續(xù)至氧化層的厚度滿足隔離要求；

(e)淀積，淀積一層多晶硅，使絕緣體上硅的深槽內(nèi)部完全填充。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明中的絕緣體上硅深槽隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕及填充方法，第一次頂層單晶硅刻蝕工藝步驟中刻蝕的槽寬比目標(biāo)槽寬要大，如對(duì)于絕緣體上硅硅膜厚度為7um，目標(biāo)槽寬為2um，則刻蝕的實(shí)際槽寬能為2.4um，這樣做可以降低縱橫比很大的深槽的刻蝕難度。

(2)本發(fā)明中的絕緣體上硅深槽隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕及填充方法，第二次刻蝕工藝步驟后槽側(cè)壁上留下的N型摻雜單晶硅層在槽結(jié)構(gòu)中的隔離氧化層與N型頂層單晶硅界面處引入了界面電荷，進(jìn)而提高了槽區(qū)和有源區(qū)間的橫向擊穿電壓。

(3)本發(fā)明中的絕緣體上硅深槽隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕及填充方法，通過(guò)N型摻雜的單晶硅層在槽結(jié)構(gòu)中的隔離氧化層與N型頂層單晶硅界面處引入界面電荷，增加了隔離氧化層內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度，在保持槽區(qū)和有源區(qū)間的橫向擊穿電壓不變的前提下，可以有效地縮小了有源區(qū)和槽區(qū)之間的最小間距，增大了可用有源區(qū)面積，如圖1所示，在N型重?fù)诫s單晶硅5的作用下，(b)中的有源區(qū)面積3遠(yuǎn)大于(a)圖中的有源區(qū)面積3。

附圖說(shuō)明

圖1是傳統(tǒng)的刻蝕及填充方法(a)和本發(fā)明中的刻蝕及填充方法(b)襯底面積利用率的對(duì)比。

圖2是第一次離子反應(yīng)刻蝕后深槽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是低壓氣相化學(xué)淀積N型摻雜多晶硅后結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是第二次離子反應(yīng)刻蝕后的深槽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是濕氧法生在隔離氧化層并多晶硅填充后的深槽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是刻蝕掉多余的多晶硅并覆蓋場(chǎng)氧后的深槽結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式