專利名稱：溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體集成電路中半導體工藝方法，具體涉及一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術：
多晶或非晶硅溝槽結(jié)構(gòu)普遍應用在各種半導體器件中，如溝槽形MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半場效晶體管)和IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)中溝槽柵、射頻半導體器件中的低電阻縱向?qū)ㄍ返鹊?。多晶或非晶硅溝槽一般放置在單晶硅中，由于晶體結(jié)構(gòu)的差異，多晶或非晶硅和單晶硅的熱膨脹系數(shù)有較大的差異，單晶硅的熱膨脹系數(shù)在3. 0左右，而多晶或非晶硅的熱膨脹系數(shù)在6. 0左右，所以帶有多晶或非晶硅溝槽結(jié)構(gòu)的器件在經(jīng)歷后續(xù)的熱過程后容易產(chǎn)生較大的壓力，特別是對集成度比較高的器件，由于其溝槽的密度比較大，其應力會更加明顯；另外，大尺寸深溝槽的溝槽也會導致較大的應力出現(xiàn)。應力在半導體制造中一般是一個不好的現(xiàn)象，通常要加以避免，或盡量降低其應力，如應力過大會導致硅片變形從而導致硅片傳送出現(xiàn)問題，還會導致后續(xù)工藝加工困難，工藝均勻性變差等；另外單晶硅內(nèi)部的應力太大還會導致缺陷的產(chǎn)生，如滑移面、滑移線產(chǎn)生。所以如何降低多晶或非晶硅溝槽導致的器件應力是一個非常關鍵的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術問題是提供一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，以防止由于多晶或非晶硅的應力導致的硅內(nèi)部的缺陷。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括以下步驟

I)在硅襯底或硅外延上形成溝槽；2)全硅片進行熱氧化膜生長，在溝槽頂部及側(cè)壁形成氧化硅；3)利用含C的多晶硅或非晶硅填充溝槽，或者利用多晶SiC或非晶SiC填充溝槽；含C的多晶硅或非晶硅指的是C原子以間隙或替代Si原子的方式存在于多晶硅或非晶硅中，或者以無定形態(tài)存在于多晶硅或非晶硅中；多晶SiC或非晶SiC指的是SiC以多晶或非晶的形態(tài)存在；4)利用干法刻蝕或化學機械研磨方法去除溝槽頂部的多晶或非晶薄膜以及氧化硅。所述步驟I)中，采用各項異性的干法刻蝕，以光刻膠為掩模，在硅襯底或硅外延上預定區(qū)域刻蝕出溝槽，溝槽寬度為0. 1-5. 0微米，溝槽深度為0. 1-10微米。所述步驟2)中熱氧化的溫度為700-1300攝氏度，熱氧化在O2，或H2O和O2的氛圍下進行，在溝槽側(cè)壁及頂部形成的氧化硅的厚度為0. 01-0. 5微米。所述步驟3)中采用化學氣相沉積方法形成含C的多晶硅或非晶硅填充溝槽，或者采用化學氣相沉積方法形成多晶SiC或非晶SiC填充溝槽，反應溫度為400-1300攝氏度，壓力為0. 01-760Torr。含C的多晶硅或非晶硅采用化學氣相沉積的方法，以SiCH6(甲基硅烷)和SiH4 (硅烷)、DCS (二氯二氫硅)、TCS (三氯氫硅)中的至少一種作為反應物，以H2或N2作為載氣，以AsH3、PH3或B2H6為摻雜劑，摻雜濃度為lE15-lE22atoms/cm3。多晶SiC或非晶SiC采用化學氣相沉積的方法，以SiCH6作為反應物，以H2或N2作為載氣，以AsH3、PH3或B2H6為摻雜劑，摻雜濃度為lE15-lE22atoms/cm3。此外，本發(fā)明還提供另一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括以下步驟I)在硅襯底或硅外延上形成介質(zhì)膜；2)在硅襯底或硅外延上形成溝槽；3)利用含C的多晶硅或非晶硅填充溝槽，或者利用多晶SiC或非晶SiC填充溝槽；含C的多晶硅或非晶硅指的是C原子以間隙或替代Si原子的方式存在于多晶硅或非晶硅中，或者以無定形態(tài)存在于多晶硅或非晶硅中；多晶SiC或非晶SiC指的是SiC以多晶或非晶的形態(tài)存在； 4)利用干法刻蝕或化學機械研磨方法去除溝槽頂部的多晶或非晶薄膜及介質(zhì)膜。所述步驟I)中介質(zhì)膜為SiO2, SiN, SiON中的至少一種,該介質(zhì)膜采用化學氣相沉積或熱氧化方式生長，生長溫度在300-1300攝氏度，生長壓力在0. 01-760Torr ;該介質(zhì)膜的厚度為0. 1-5.0微米。所述步驟2)溝槽刻蝕采用各項異性的干法刻蝕，以光刻膠為掩模，在預定區(qū)域刻蝕出溝槽，該溝槽的寬 度為0. 1-5. 0微米，該溝槽的深度為0. 1-10微米。所述步驟3)中采用化學氣相沉積方法形成含C的多晶硅或非晶硅填充溝槽，或者采用化學氣相沉積方法形成多晶SiC或非晶SiC填充溝槽，反應溫度為400-1300攝氏度，壓力為0. 01-760Torr。含C的多晶硅或非晶硅采用化學氣相沉積的方法，以SiCH6和SiH4、DCS,TCS中的至少一種作為反應物，以H2或隊作為載氣，以AsH3、PH3或￥6為摻雜劑，摻雜濃度為lE15-lE22atomS/cm3。多晶SiC或非晶SiC采用化學氣相沉積的方法，以SiCH6作為反應物，以H2或隊作為載氣，以AsH3、PH3或陽6為摻雜劑，摻雜濃度為lE15-lE22atoms/
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cm o多晶硅或非晶硅溝槽結(jié)構(gòu)應力的產(chǎn)生是由于多晶硅或非晶硅與單晶硅熱膨脹系數(shù)的差異導致的，所以如何降低多晶硅或非晶硅的熱膨脹系數(shù)是解決應力問題的關鍵因素?？紤]到以下材料的熱膨脹系數(shù)
權(quán)利要求
1.一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括以下步驟 1)在硅襯底或硅外延上形成溝槽； 2)全硅片進行熱氧化膜生長，在溝槽頂部及側(cè)壁形成氧化硅； 3)利用含C的多晶硅或非晶硅填充溝槽，或者利用多晶SiC或非晶SiC填充溝槽； 4)利用干法刻蝕或化學機械研磨方法去除溝槽頂部的多晶或非晶薄膜以及氧化硅。
2.如權(quán)利要求1所述的一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述步驟I)中，采用各項異性的干法刻蝕，以光刻膠為掩模，在硅襯底或硅外延上預定區(qū)域刻蝕出溝槽，溝槽寬度為O. 1-5. O微米，溝槽深度為O. 1-10微米。
3.如權(quán)利要求1所述的一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述步驟2)中熱氧化的溫度為700-1300攝氏度，熱氧化在02，或H2O和O2的氛圍下進行，在溝槽側(cè)壁及頂部形成的氧化硅的厚度為O. 01-0. 5微米。
4.如權(quán)利要求1所述的一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述步驟3)中采用化學氣相沉積方法形成含C的多晶硅或非晶硅填充溝槽，或者采用化學氣相沉積方法形成多晶SiC或非晶SiC填充溝槽，反應溫度為400-1300攝氏度，壓力為O. 01_760Torr。
5.如權(quán)利要求4所述的一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述步驟3)中，含C的多晶硅或非晶硅采用化學氣相沉積的方法，以SiCHf^P SiH4、DCS、TCS中的至少一種作為反應物，以H2或N2作為載氣，以AsH3、PH3或B2H6為摻雜劑，摻雜濃度為lE15_lE22atoms /cm3。
6.如權(quán)利要求4所述的一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述步驟3)中，多晶SiC或非晶SiC采用化學氣相沉積的方法，以SiCH6作為反應物，以H2或N2作為載氣，以AsH3、PH3或B2H6為摻雜劑，摻雜濃度為lE15-lE22atoms/cm3。
7.—種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括以下步驟 1)在硅襯底或硅外延上形成介質(zhì)膜； 2)在硅襯底或硅外延上形成溝槽； 3)利用含C的多晶硅或非晶硅填充溝槽，或者利用多晶SiC或非晶SiC填充溝槽； 4)利用干法刻蝕或化學機械研磨方法去除溝槽頂部的多晶或非晶薄膜及介質(zhì)膜。
8.如權(quán)利要求7所述的一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述步驟I)中介質(zhì)膜為Si02，SiN，Si0N中的至少一種，該介質(zhì)膜采用化學氣相沉積或熱氧化方式生長，生長溫度在300-1300攝氏度，生長壓力在O. 01-760Torr ;該介質(zhì)膜的厚度為O. 1-5. O微米。
9.如權(quán)利要求7所述的一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述步驟2)溝槽刻蝕采用各項異性的干法刻蝕，以光刻膠為掩模，在預定區(qū)域刻蝕出溝槽，該溝槽的寬度為O. 1-5. O微米，該溝槽的深度為O. 1-10微米。
10.如權(quán)利要求7所述的一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述步驟3)中采用化學氣相沉積方法形成含C的多晶硅或非晶硅填充溝槽，或者采用化學氣相沉積方法形成多晶SiC或非晶SiC填充溝槽，反應溫度為400-1300攝氏度，壓力為O. 01_760Torr。
11.如權(quán)利要求10所述的一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述步驟3)中，含C的多晶硅或非晶硅采用化學氣相沉積的方法，以SiCH6和SiH4、DCS、TCS中的至少一種作為反應物，以H2或N2作為載氣，以AsH3、PH3或B2H6為摻雜劑，摻雜濃度為lE15_lE22atoms/cm3。
12.如權(quán)利要求10所述的一種溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述步驟3)中，多晶SiC或非晶SiC采用化學氣相沉積的方法，以SiCH6作為反應物，以H2或N2作為載氣，以AsH3、PH3或B2H6為摻雜劑，摻雜濃度為lE15-lE22atoms/cm3。
全文摘要
本發(fā)明公開了溝槽形半導體結(jié)構(gòu)的形成方法，本發(fā)明利用在多晶硅或非晶硅中摻入C填充溝槽，或者利用多晶SiC或非晶SiC以代替多晶硅或非晶硅填充溝槽，可以降低器件的應力，從而防止由于多晶或非晶硅的應力導致的硅內(nèi)部的缺陷，可以獲得低應力低缺陷密度的溝槽柵半導體結(jié)構(gòu)或低電阻溝槽通路。
文檔編號H01L21/02GK103035488SQ20121044283
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者劉繼全 申請人:上海華虹Nec電子有限公司