[發明專利]用于填充溝槽的硅外延方法

無效

• 申請號: 200910057077.1
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN101866833A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 劉繼全;謝烜;張宏偉;繆燕
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L21/3065;C23C16/44
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種硅外延方法，特別涉及一種用于填充高深寬比溝槽的硅外延方法。

背景技術

超結結構的MOSFET器件的結構如圖1所示，在硅襯底10上的外延層12內有溝槽型的具有相反導電類型填充的外延溝道11，該導電型區域延生至外延層12上并在其內制備有與外延層12具有相同導電類型的阱區13，阱區13上設有多晶硅，而在兩個外延溝道上方設有氧化硅層14及位于氧化硅層上的多晶硅16。一種常規的制造工藝(見圖2)是：首先在襯底硅片1上生長一層外延層2，然后再在合適的位置進行注入摻雜形成離子注入區3；然后再生長一層外延層4，再在前次相同的注入位置進行注入形成離子注入區5。這樣多次的循環外延生長和注入，直至外延厚度達到所需要的溝道深度。最后再在爐管進行注入摻雜區擴散使多個離子注入區形成一完成的摻雜區7，這樣完整的P(N)型外延溝道才算完成。此方法存在的問題首先是成本較高，外延和注入都是半導體制造中成本較高的工藝，特別是外延，在一般的半導體制造中一般只有一次；其次是工藝難以控制，幾次的外延生長要求相同的電阻率，相同的膜質量，對工藝的穩定性方面要求較高；另外每次注入都要求在相同的位置，對注入的對準、精度方面都要求很高。

另外一種制造工藝是首先在硅襯底21上生長一層厚的硅外延層22，然后在此外延層上形成一個溝槽23，再用于外延層22有相反摻雜的硅外延工藝生長硅25以填充溝槽(見圖3)。此方法存在兩個難點：首先是表面平滑的深溝槽刻蝕較困難；其次是傳統的外延很難填滿沒有空洞的溝槽。由于近年來刻蝕技術的發展，溝槽的刻蝕問題逐漸被克服。傳統外延是高溫外延，溫度一般在1050℃以上，生長控制方式是質量傳輸控制型，所以在填充溝槽的時候，溝槽頂部生長較快而溝槽內部生長較慢，因此溝槽會封口較快，導致在溝槽內部產生空洞。由于外延工藝的難點，第二種制造工藝還只是在開發階段。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于填充溝槽的外延方法，其具有較好的溝槽填充能力。

為解決上述技術問題，本發明的用于填充溝槽的外延方法，在有硬掩膜的硅外延層上刻蝕形成溝槽之后，采用如下工藝參數進行硅外延生長填充溝槽：采用二氯二氫硅作為外延生長的硅源，外延腔體內的工藝溫度為800℃-950℃，外延時在所述外延腔體內加入流量為50-600sccm氯化氫氣體。

本發明的用于填充溝槽的外延方法可以明顯改善外延生長材料的溝槽填充能力。傳統外延方法來填充寬1.0-5.0μm，深10.0-50.0μm的溝槽時，空洞的寬度一般在2.0μm以上。而用本發明的方法進行相同尺寸溝槽的填充時，因為通過降低外延生長的溫度，使外延的生長速率控制主要為溫度控制型；其次在主要外延步驟中加入刻蝕氣體氯化氫，并調節二氯二氫硅與氯化氫的比例，使外延時溝槽頂部的凈生長速度小于或等于溝槽內部的凈生長速度，從而抑制溝槽過早的封口，因此可以獲得完全沒有空洞的填充效果。

附圖說明

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

圖1為現有的超結結構的MOSFET器件結構；

圖2為現有的一種超結結構MOSFET?P(N)型溝道的制造工藝流程；

圖3為現有的另一種超結結構MOSFET?P(N)型溝道的制造工藝流程。

具體實施方式

本發明公開的是一種填充高深寬比溝槽的外延工藝方法，此溝槽應用于超級結MOSFET。其主要特征是在襯底的外延層上溝槽刻蝕后保留硬掩膜，之后采用二氯二氫硅(DCS)作為外延生長的硅源進行硅外延生長，外延溫度設在低溫外延區間，并用選擇性外延的方法，使溝槽內部硅正常生長、溝槽外部因有硬掩膜的保護不生長或生長較慢，使溝槽封口較慢，從而提高外延的溝槽填充能力。此方法填充寬1.0-5.0μm(微米)，深為10.0-50.0μm的溝槽，可以達到完全沒有空洞的效果。

本發明的用于填充溝槽的外延方法，在有硬掩膜的外延層上刻蝕形成溝槽之后，采用如下工藝參數進行硅外延生長以填充溝槽：采用二氯二氫硅作為硅外延生長的硅源，外延腔體內的工藝溫度為800℃-950℃，硅外延生長時在所述外延腔體內加入流量為50-600sccm氯化氫氣體。上述的硬掩膜材料可為氧化硅或氮化硅。外延時其它工藝參數可控制如下：外延腔體內的壓力為20-760托，二氯二氫硅(DCS)的流量為50-600sccm，生長時還可在外延腔體中加入硼烷或磷烷作為摻雜源。

本發明的用于填充溝槽的硅外延方法，因為通過降低外延生長的溫度，使外延的生長速率控制主要為溫度控制型；其次在主要外延步驟中加入刻蝕氣體氯化氫，并調節二氯二氫硅與氯化氫的比例，使外延時溝槽頂部的凈生長速度小于或等于溝槽內部的凈生長速度，從而抑制溝槽過早的封口，因此可以獲得完全沒有空洞的填充效果。