[发明专利]沟槽形半导体结构的形成方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路中半导体工艺方法，具体涉及一种沟槽形半导体结构的形成方法。

背景技术

多晶或非晶硅沟槽结构普遍应用在各种半导体器件中，如沟槽形MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半场效晶体管）和IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)中沟槽栅、射频半导体器件中的低电阻纵向导通通路等等。多晶或非晶硅沟槽一般放置在单晶硅中，由于晶体结构的差异，多晶或非晶硅和单晶硅的热膨胀系数有较大的差异，单晶硅的热膨胀系数在3.0左右，而多晶或非晶硅的热膨胀系数在6.0左右，所以带有多晶或非晶硅沟槽结构的器件在经历后续的热过程后容易产生较大的压力，特别是对集成度比较高的器件，由于其沟槽的密度比较大，其应力会更加明显；另外，大尺寸深沟槽的沟槽也会导致较大的应力出现。应力在半导体制造中一般是一个不好的现象，通常要加以避免，或尽量降低其应力，如应力过大会导致硅片变形从而导致硅片传送出现问题，还会导致后续工艺加工困难，工艺均匀性变差等；另外单晶硅内部的应力太大还会导致缺陷的产生，如滑移面、滑移线产生。所以如何降低多晶或非晶硅沟槽导致的器件应力是一个非常关键的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种沟槽形半导体结构的形成方法，以防止由于多晶或非晶硅的应力导致的硅内部的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种沟槽形半导体结构的形成方法，包括以下步骤：

1）在硅衬底或硅外延上形成沟槽；

2）全硅片进行热氧化膜生长，在沟槽顶部及侧壁形成氧化硅；

3）利用含C的多晶硅或非晶硅填充沟槽，或者利用多晶SiC或非晶SiC填充沟槽；含C的多晶硅或非晶硅指的是C原子以间隙或替代Si原子的方式存在于多晶硅或非晶硅中，或者以无定形态存在于多晶硅或非晶硅中；多晶SiC或非晶SiC指的是SiC以多晶或非晶的形态存在；

4）利用干法刻蚀或化学机械研磨方法去除沟槽顶部的多晶或非晶薄膜以及氧化硅。

所述步骤1）中，采用各项异性的干法刻蚀，以光刻胶为掩模，在硅衬底或硅外延上预定区域刻蚀出沟槽，沟槽宽度为0.1-5.0微米，沟槽深度为0.1-10微米。

所述步骤2）中热氧化的温度为700-1300摄氏度，热氧化在O₂，或H₂O和O₂的氛围下进行，在沟槽侧壁及顶部形成的氧化硅的厚度为0.01-0.5微米。

所述步骤3）中采用化学气相沉积方法形成含C的多晶硅或非晶硅填充沟槽，或者采用化学气相沉积方法形成多晶SiC或非晶SiC填充沟槽，反应温度为400-1300摄氏度，压力为0.01-760Torr。含C的多晶硅或非晶硅采用化学气相沉积的方法，以SiCH₆（甲基硅烷）和SiH₄（硅烷）、DCS（二氯二氢硅）、TCS（三氯氢硅）中的至少一种作为反应物，以H₂或N₂作为载气，以AsH₃、PH₃或B₂H₆为掺杂剂，掺杂浓度为1E15-1E22atoms/cm³。多晶SiC或非晶SiC采用化学气相沉积的方法，以SiCH₆作为反应物，以H₂或N₂作为载气，以AsH₃、PH₃或B₂H₆为掺杂剂，掺杂浓度为1E15-1E22atoms/cm³。

此外，本发明还提供另一种沟槽形半导体结构的形成方法，包括以下步骤：

1）在硅衬底或硅外延上形成介质膜；

2）在硅衬底或硅外延上形成沟槽；

3）利用含C的多晶硅或非晶硅填充沟槽，或者利用多晶SiC或非晶SiC填充沟槽；含C的多晶硅或非晶硅指的是C原子以间隙或替代Si原子的方式存在于多晶硅或非晶硅中，或者以无定形态存在于多晶硅或非晶硅中；多晶SiC或非晶SiC指的是SiC以多晶或非晶的形态存在；

4）利用干法刻蚀或化学机械研磨方法去除沟槽顶部的多晶或非晶薄膜及介质膜。