溝槽型超級(jí)結(jié)的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種溝槽型超級(jí)結(jié)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)結(jié)為由形成于半導(dǎo)體襯底中的交替排列的P型薄層和N型薄層組成，現(xiàn)有超級(jí)結(jié)的制造方法中包括溝槽型超級(jí)結(jié)的制造方法，這種方法是通過(guò)溝槽工藝制作超級(jí)結(jié)器件，需要先在半導(dǎo)體襯底如硅襯底表面的N型摻雜外延層上刻蝕一定深度和寬度的溝槽，然后利用外延填充(ERI Fi 11 ing)的方式在刻出的溝槽上填充P型摻雜的硅外延，并且要求填充區(qū)域具有完好的晶體結(jié)構(gòu)，以便后續(xù)流程制作高性能的器件。
[0003]利用深溝槽和外延填充的方法制作超級(jí)結(jié)器件，對(duì)于深溝槽刻蝕和外延填充都是一種挑戰(zhàn)，動(dòng)輒大于10的深寬比，使得這種器件的制作非常困難，在提升器件的性能的同時(shí)一般都要求更高的工藝能力。
[0004]如圖1所示，是現(xiàn)有溝槽型超級(jí)結(jié)的制造方法形成的超級(jí)結(jié)在后續(xù)熱過(guò)程之后的結(jié)構(gòu)示意圖;現(xiàn)有方法包括如下步驟:
[0005]步驟一、提供一半導(dǎo)體襯底如娃襯底101，在所述半導(dǎo)體襯底101表面形成有N型外延層102。
[0006]步驟二、采用光刻刻蝕工藝在N型外延層102中形成多個(gè)溝槽。
[0007]步驟三、采用外延生長(zhǎng)中在所述溝槽中填充P型外延層103，P型外延層103會(huì)同時(shí)延伸到所述溝槽外部的所述N型外延層102表面。
[0008]步驟四、進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝將溝槽外部的P型外延層103去除，溝槽區(qū)域內(nèi)的P型外延層103和溝槽外部的表面相平，最后形成由填充于溝槽中的所述P型外延層103組成的P型薄層和由所述溝槽之間的所述N型外延層102組成N型薄層交替排列結(jié)構(gòu)，該P(yáng)型薄層和N型薄層交替排列的結(jié)構(gòu)即為超級(jí)結(jié)。
[0009]超級(jí)結(jié)形成之后，后續(xù)需要制作超級(jí)結(jié)器件，后續(xù)超級(jí)結(jié)器件制作過(guò)程中會(huì)包括P型體區(qū)(Pbody)推進(jìn)等一系列熱過(guò)程中，已制作完成的P型薄層也稱P型柱(P-Pillar)也會(huì)受到很大的推進(jìn)，根據(jù)工藝不同，單邊推進(jìn)量可能接近I微米，圖1中標(biāo)記103a所示區(qū)域即為P型薄層103在后續(xù)熱過(guò)程后的硼向外橫向擴(kuò)散到N型薄層102中的區(qū)域，現(xiàn)有方法形成的P型薄層103會(huì)產(chǎn)生較多的外擴(kuò)，P型薄層103和N型薄層102之間的摻雜會(huì)互相抵消效應(yīng)(counter dope)，最后會(huì)使得N型薄層102具有導(dǎo)電性能導(dǎo)電通道的有效寬度變窄，從而會(huì)損失器件性能，損失工藝能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種溝槽型超級(jí)結(jié)的制造方法，能有效增加N型薄層的導(dǎo)電通道的有效寬度，提升器件性能，最大化利用工藝能力。
[0011]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的溝槽型超級(jí)結(jié)的制造方法包括如下步驟:
[0012]步驟一、提供一半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底表面形成有N型外延層。
[0013]步驟二、采用光刻刻蝕工藝在所述N型外延層中形成多個(gè)溝槽。
[0014]步驟三、采用外延生長(zhǎng)在所述溝槽的底部表面和側(cè)面形成含碳硅外延層。
[0015]步驟四、采用外延生長(zhǎng)工藝在形成有所述含碳硅外延層的所述溝槽中填充P型外延層，所述P型外延層同時(shí)延伸到所述溝槽外部的所述N型外延層表面;所述P型外延層的摻雜元素為硼，通過(guò)設(shè)置所述含碳硅外延層阻擋所述P型外延層中的硼外擴(kuò)到所述N型外延層中。
[0016]步驟五、進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，所述化學(xué)機(jī)械研磨工藝將所述溝槽外部的所述P型外延層去除、將所述溝槽區(qū)域的所述P型外延層的表面和所述溝槽外的表面相平；由填充于所述溝槽中的所述含碳硅外延層和所述P型外延層組成P型薄層，由各所述溝槽之間的所述N型外延層組成N型薄層，由所述N型薄層和所述P型薄層交替排列組成超級(jí)結(jié)。
[0017]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟一中所述N型外延層的厚度為15微米?60微米。
[0018]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底，所述N型外延層為N型硅外延層，所述P型外延層為P型硅外延層。
[0019]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二中形成所述溝槽包括如下分步驟:
[0020]步驟21、在所述N型外延層表面形成硬質(zhì)掩模層。
[0021]步驟22、在所述硬質(zhì)掩模層表面涂布光刻膠，進(jìn)行光刻工藝將所述溝槽形成區(qū)域打開(kāi)。
[0022]步驟23、以所述光刻膠為掩模對(duì)所述硬質(zhì)掩模層進(jìn)行刻蝕，該刻蝕工藝將所述溝槽形成區(qū)域的所述硬質(zhì)掩模層去除、所述溝槽外的所述硬質(zhì)掩模層保留。
[0023]步驟24、去除所述光刻膠，以所述硬質(zhì)掩模層為掩模對(duì)所述N型外延層進(jìn)行刻蝕形成所述溝槽。
[0024]采用所述硬質(zhì)掩模層之后，在所述步驟四中所述化學(xué)機(jī)械研磨工藝以所述硬質(zhì)掩模層為研磨終點(diǎn)，在所述化學(xué)機(jī)械研磨工藝之后去除所述硬質(zhì)掩模層。
[0025]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述硬質(zhì)掩模層由依次形成于所述N型外延層表面的第一氧化層、第二氮化硅層和第三氧化層疊加而成。
[0026]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟24中所述溝槽的刻蝕工藝完成后要求所述第三氧化層的厚度保留一半以上;在所述溝槽形成之后還包括如下步驟:
[0027]步驟25、去除所述第三氧化層。
[0028]步驟26、采用熱氧化工藝在所述溝槽的底部表面和側(cè)面形成犧牲氧化層，之后去除所述犧牲氧化層以對(duì)所述溝槽的底部表面和側(cè)面進(jìn)行修復(fù)，去除所述犧牲氧化層時(shí)采用所述第二氮化硅層對(duì)所述第一氧化層進(jìn)行保護(hù)。
[0029]步驟27、去除所述第二氮化硅層。
[0030]之后，在所述步驟四中所述化學(xué)機(jī)械研磨工藝以所述硬質(zhì)掩模層的所述第一氧化層為研磨終點(diǎn)，在所述化學(xué)機(jī)械研磨工藝之后去除所述第一氧化層。
[0031]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一氧化層為熱氧化層，厚度為100埃米?2000埃米;所述第二氮化硅層的厚度為100埃米?1500埃米;所述第三氧化層的厚度為0.5微米?3微米。
[0032]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟25中采用濕法刻蝕工藝去除所述第三氧化層；步驟27中采用熱磷酸去除所述第二氮化硅層;去除所述第一氧化層采用濕法刻蝕工藝。
[0033]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟三中所述含碳娃外延層的厚度為小于等于0.3微米，碳的體濃度為I el 2cm—3?Ie 17cm—3。
[0034]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟三中采用選擇性外延生長(zhǎng)工藝形成所述含碳硅外延層;或者，步驟三中采用非選擇性外延生長(zhǎng)工藝形成所述含碳硅外延層。
[0035]本發(fā)明通過(guò)在溝槽形成后，在填充P型外延層之前在溝槽的底部表面和側(cè)面形成一層較薄的含碳硅外延層，利用碳能夠阻擋硼外擴(kuò)的原理，能大大減少超級(jí)結(jié)器件形成的后續(xù)工藝的熱過(guò)程中P型外延層中的硼外擴(kuò)到N型外延層中的量，從而能有效增加N型薄層的導(dǎo)電通道的有效寬度，提升器件性能，最大化利用工藝能力。
【附圖說(shuō)明】
[0036]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
[0037]圖1是現(xiàn)有溝槽型超級(jí)結(jié)的制造方法形成的超級(jí)結(jié)在后續(xù)熱過(guò)程之后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2是本發(fā)明實(shí)施例方法的流程圖；
[0039]圖3A-圖3E是本發(fā)明實(shí)施例方法各步驟中的器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖4是本發(fā)明實(shí)施例方法和現(xiàn)有方法形成的超級(jí)結(jié)在后續(xù)熱過(guò)程中的硼擴(kuò)散比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041 ]如圖2所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法的流程圖；如圖3A至圖3E所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法各步驟中的器件結(jié)構(gòu)示意圖；本發(fā)明實(shí)施例溝槽44型超級(jí)結(jié)的制造方法包括如下步驟:
[0042]步驟一、如圖3A所示，提供一半導(dǎo)體襯底I，在所述半導(dǎo)體襯底I表面形成有N型外延層2。
[0043]較佳選擇為，所述N型外延層2的厚度為15微米?60微米。所述半導(dǎo)體襯底I為硅襯底，所述N型外延層2為N型硅外延層，所述P型外延層6為P型硅外延層。
[0044]步驟二、如圖3B所示，采用光刻刻蝕工藝在所述N型外延層2中形成多個(gè)溝槽4。
[0045]較佳為，形成所述溝槽4包括如下分步驟:
[0046]步驟21、如圖3A所示，在所述N型外延層2表面形成硬質(zhì)掩模層3。
[0047]更優(yōu)選擇為，所述硬質(zhì)掩模層3由