超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法，在超級結(jié)器件溝槽填充完外延層之后，研磨之前，先填充一層氧化膜，然后使用化學(xué)機(jī)械研磨把表面研磨至平坦，再使用濕法刻蝕回刻氧化膜至阻擋層需要的厚度，再使用化學(xué)機(jī)械研磨對表面外延層斷差進(jìn)行研磨至平坦化，使用這種方法可有效的去除晶片周邊保護(hù)措施形成的外延殘留斷差，使外延層研磨不會因為周邊斷差而產(chǎn)生外延層殘留。
【專利說明】超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是指一種超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)今的半導(dǎo)體技術(shù)中，深溝槽結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛。如作為隔離結(jié)構(gòu)以隔絕不同操作電壓的電子器件，及應(yīng)用于超級結(jié)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件中作為P-N結(jié)通過耗盡態(tài)的電荷平衡達(dá)到高擊穿電壓性能等。對于超級結(jié)MOSFET制造過程中刻蝕和填充深溝槽的方法，是在重?fù)诫sN型硅襯底上生長一層輕摻雜N型外延層(單晶硅)，然后在該外延層上刻蝕深溝槽，然后再用P型單晶娃選擇性填充該深溝槽，最后用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP:ChemicalMechanical Polishing)工藝進(jìn)行表面平坦化。此時該深溝槽結(jié)構(gòu)作為P型半導(dǎo)體柱,該深溝槽結(jié)構(gòu)的兩側(cè)作為η型半導(dǎo)體柱，即得到了橫向的P型和N型交替排列的P型和η型半導(dǎo)體柱。該方法中將η型硅與P型硅交換，即襯底或外延和溝槽內(nèi)填充的單晶硅的導(dǎo)電類型互換，其效果不變。
[0003]上述方法中，由于晶片(硅片)實(shí)施周邊保護(hù)的制程，選擇性填充深溝槽完成后，即化學(xué)機(jī)械研磨前晶片周邊會具有較高的表面斷差(step height)形貌，大約為0.8微米左右，導(dǎo)致在研磨過程中，周邊部分的外延不能被機(jī)械作用研磨到，致使晶片周邊95毫米外會產(chǎn)生外延殘留，如圖1及圖2所示。圖1中I為硅襯底，2和4為氧化物構(gòu)成的阻擋層，3為氮化物構(gòu)成的阻擋層，5為填充溝槽的選擇性外延層，6為外延層殘留。在后續(xù)的制程中，這些殘留物會剝落，影響產(chǎn)品的良率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法，改善外延的研磨效果。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法，包含如下步驟:
[0006]第I步，在硅片表面淀積一層氧化膜、一層氮化膜以及第二層氧化膜作為阻擋層；
[0007]第2步，利用光刻膠光刻定義出外延溝槽區(qū)；
[0008]第3步，溝槽區(qū)阻擋層進(jìn)行刻蝕，去除溝槽區(qū)阻擋層；
[0009]第4步，用干法進(jìn)一步刻蝕溝槽，晶邊保護(hù)環(huán)保護(hù)硅片邊緣不被刻蝕；
[0010]第5步，去除第二層氧化膜及氮化膜阻擋層；
[0011]第6步，對外延溝槽內(nèi)進(jìn)行單晶硅或多晶硅外延填充，外延填充滿溝槽；
[0012]第7步，在硅片表面淀積氧化膜；
[0013]第8步，對硅片表面淀積的氧化膜進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨；
[0014]第9步，濕法刻蝕對氧化膜進(jìn)行回刻；
[0015]第10步，對硅片表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，使溝槽外延表面平坦化。[0016]進(jìn)一步地，所述第I步中，兩層氧化層和一層氮化層的厚度均為1000?20000A,所用工藝為LPCVD工藝，或PECVD工藝。
[0017]進(jìn)一步地,所述第4步中，刻蝕溝槽的深度為10?100 μ m,寬度為I?10 μ m。
[0018]進(jìn)一步地，所述第6步中，深溝槽的填充采用選擇性單晶硅外延生長工藝。
[0019]進(jìn)一步地,所述第7步中，淀積的氧化膜的厚度大于溝槽內(nèi)外延淀積高出第一層氧化膜的高度，較佳地是大于所述高度的50%。
[0020]進(jìn)一步地，所述第8步中，采用的是二氧化硅化學(xué)機(jī)械研磨，研磨至氧化膜層表面高于溝槽上外延層1000?isoooA。
[0021]進(jìn)一步地，所述第9步中，采用濕法刻蝕，將表面的氧化膜回刻至阻擋層厚度為1000?3000A。
[0022]本發(fā)明所述的一種超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法，在填充完外延層之后，研磨之前，先填充一層氧化膜，然后使用化學(xué)機(jī)械研磨把表面研磨至平坦，再使用濕法刻蝕回刻氧化膜至阻擋層需要的厚度，再使用化學(xué)機(jī)械研磨對表面外延層斷差進(jìn)行研磨至平坦化，有效的去除了晶片周邊保護(hù)措施形成的外延斷差，使外延層研磨不會因為周邊斷差高而產(chǎn)生外延層殘留。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是傳統(tǒng)CMP作業(yè)后的溝槽剖面示意圖；
[0024]圖2是傳統(tǒng)CMP作業(yè)后表面外延顆粒殘留不意圖；
[0025]圖3?12是本發(fā)明的各步工藝示意圖；
[0026]圖13是使用本發(fā)明處理后的娃片表面殘留不意圖；
[0027]圖14是本發(fā)明工藝流程示意圖。
[0028]附圖標(biāo)記說明
[0029]I是硅襯底，2、4是氧化物阻擋層，3是氮化物阻擋層，5是外延，6是外延殘留，7是晶邊保護(hù)環(huán)，8是光刻膠。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明所述的一種超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法，現(xiàn)列舉一實(shí)施例結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】如下:
[0031 ] 所述工藝方法包含如下步驟:
[0032]第I步，如圖3所示，在硅片I表面淀積一層氧化膜2、一層氮化膜3以及第二層氧化膜4作為阻擋層；第一層氧化膜2厚度為1000?5000A,采用PECVD工藝淀積，氮化膜3的厚度為1000?5000A,采用LPCVD工藝，第三層為氧化層4，厚度為3000?20000A,采用PECVD工藝淀積。
[0033]第2步，如圖4所示，利用光刻膠8光刻定義出外延溝槽區(qū)。
[0034]第3步，如圖5所示，溝槽區(qū)阻擋層進(jìn)行刻蝕，去除溝槽區(qū)阻擋層氧化膜2、氮化膜3以及氧化層4。
[0035]第4步，如圖6所示，利用晶邊保護(hù)環(huán)7保護(hù)硅片邊緣，用干法進(jìn)一步向下刻蝕形成溝槽，晶邊保護(hù)環(huán)7下的氧化膜4不被刻蝕，其他區(qū)域的氧化膜4被刻蝕掉一部分；在硅襯底I中形成溝槽深度10?100 μ m，寬度I?10 μ m。
[0036]第5步，如圖7所示，去除第二層氧化膜4及氮化膜阻擋層3，由于晶邊保護(hù)環(huán)7的保護(hù)，其下方的氧化膜4及氮化膜阻擋層3保留。
[0037]第6步，如圖8所示，對外延溝槽內(nèi)進(jìn)行單晶硅或多晶硅外延6填充，外延6填充滿溝槽；并且外延層6高出第一層氧化膜阻擋層2約2?5 μ m。
[0038]第7步，如圖9所示，在硅片表面再次淀積氧化膜4，氧化膜4的厚度為3?10 μ m，要求選擇性外延上方的覆蓋厚度為0.5?3 μ m。
[0039]第8步，如圖10所示，對硅片表面淀積的氧化膜4進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，研磨至氧化膜4高出外延層6的厚度為1000?5000A.[0040]第9步，如圖11所示，濕法刻蝕對氧化膜4進(jìn)行回刻，回刻至氧化膜阻擋層4的厚度為 1000 ?3000A。
[0041]第10步，如圖12所示，對硅片表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，使溝槽外延6表面平坦化，研磨停留在氧化膜阻擋層2。外延研磨工藝結(jié)束。
[0042]經(jīng)過本發(fā)明研磨方法研磨的硅片，有效去除了晶片周邊保護(hù)措施形成的斷差，不產(chǎn)生外延殘留，如圖13所示，是使用傳統(tǒng)研磨方法和本發(fā)明研磨方法作業(yè)之后的硅片的顯微圖片，其中右圖為本發(fā)明改善圖，與左圖傳統(tǒng)方法相比，圖中缺陷數(shù)明顯減少，硅片表面干凈，圖形輪廓清晰，顯示了本發(fā)明對外延研磨較佳的改善效果。
[0043]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本發(fā)明。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法，其特征在于:包含如下工藝步驟: 第I步，在硅片表面淀積一層氧化膜、一層氮化膜以及第二層氧化膜作為阻擋層； 第2步，利用光刻膠光刻定義出外延溝槽區(qū)； 第3步，溝槽區(qū)阻擋層進(jìn)行刻蝕，去除溝槽區(qū)阻擋層，之后去除光刻膠； 第4步，利用阻擋層做硬掩膜，用干法進(jìn)一步向下刻蝕硅襯底形成溝槽，晶邊保護(hù)環(huán)保護(hù)硅片邊緣不被刻蝕； 第5步，去除第二層氧化膜及氮化膜阻擋層，由于晶邊保護(hù)環(huán)的保護(hù)，其下方的阻擋層被保留； 第6步，對外延溝槽內(nèi)進(jìn)行單晶硅或多晶硅外延填充，外延填充滿溝槽； 第7步，在硅片表面淀積氧化膜； 第8步，對硅片表面淀積的氧化膜進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨； 第9步，濕法刻蝕對氧化膜進(jìn)行回刻； 第10步，對硅片表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，使溝槽外延表面平坦化。
2.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法，其特征在于:所述第I步中，兩層氧化層和一層氮化層，各層的厚度均為1000?20000A，淀積氧化層或氮化層所用工藝為LPCVD工藝，或PECVD工藝。
3.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法，其特征在于:所述第4步中，刻蝕溝槽的深度為10?100 μ m,寬度為I?10 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法，其特征在于:所述第6步中，深溝槽的填充采用選擇性單晶硅或選擇性多晶硅外延生長工藝。
5.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法，其特征在于:所述第7步中，淀積的氧化膜的厚度大于溝槽內(nèi)外延淀積后超出第一層氧化膜的高度，較佳地是大于所述聞度的50%。
6.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法，其特征在于:所述第8步中，采用的是二氧化硅化學(xué)機(jī)械研磨，研磨至溝槽外延層上的氧化膜厚度為1000?mjooA。
7.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)器件邊緣外延平坦化方法，其特征在于:所述第9步中，采用濕法刻蝕，將硅表面的氧化膜阻擋層回刻至厚度為1000?3000A。
【文檔編號】H01L21/02GK103928325SQ201310009217
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月10日
【發(fā)明者】唐錦來, 錢志剛 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司