專利名稱：溝槽形半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路中半導(dǎo)體工藝方法，具體涉及一種溝槽形半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術(shù)：
多晶或非晶硅溝槽結(jié)構(gòu)普遍應(yīng)用在各種半導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)力會更加明顯；另外，大尺寸深溝槽的溝槽也會導(dǎo)致較大的應(yīng)力出現(xiàn)。應(yīng)力在半導(dǎo)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(yīng)力，如應(yīng)力過大會導(dǎo)致硅片變形從而導(dǎo)致硅片傳送出現(xiàn)問題，還會導(dǎo)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(yīng)力太大還會導(dǎo)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(dǎo)致的器件應(yīng)力是一個非常關(guān)鍵的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種溝槽形半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，以防止由于多晶或非晶硅的應(yīng)力導(dǎo)致的硅內(nèi)部的缺陷。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種溝槽形半導(dǎo)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(jìn)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(xué)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(yù)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(jìn)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(xué)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(xué)氣相沉積方法形成多晶SiC或非晶SiC填充溝槽，反應(yīng)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(xué)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(yīng)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(xué)氣相沉積的方法，以SiCH6作為反應(yīng)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(dǎo)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(xué)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(xué)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(yù)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(xué)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(xué)氣相沉積方法形成多晶SiC或非晶SiC填充溝槽，反應(yīng)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(xué)氣相沉積的方法，以SiCH6和SiH4、DCS,TCS中的至少一種作為反應(yīng)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(xué)氣相沉積的方法，以SiCH6作為反應(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)力問題的關(guān)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(dǎo)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(jìn)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(xué)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(dǎo)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(yù)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(dǎo)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(jìn)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(dǎo)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(xué)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(xué)氣相沉積方法形成多晶SiC或非晶SiC填充溝槽，反應(yīng)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(dǎo)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(xué)氣相沉積的方法，以SiCHf^P SiH4、DCS、TCS中的至少一種作為反應(yīng)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(dǎo)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(xué)氣相沉積的方法，以SiCH6作為反應(yīng)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(dǎo)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(xué)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(dǎo)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(xué)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(dǎo)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(yù)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(dǎo)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(xué)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(xué)氣相沉積方法形成多晶SiC或非晶SiC填充溝槽，反應(yīng)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(dǎo)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(xué)氣相沉積的方法，以SiCH6和SiH4、DCS、TCS中的至少一種作為反應(yīng)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(dǎo)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(xué)氣相沉積的方法，以SiCH6作為反應(yīng)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(dǎo)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(yīng)力，從而防止由于多晶或非晶硅的應(yīng)力導(dǎo)致的硅內(nèi)部的缺陷，可以獲得低應(yīng)力低缺陷密度的溝槽柵半導(dǎo)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