[发明专利]一种具有沟槽的半导体结构的形成方法

权利要求书

1.一种具有沟槽的半导体结构的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在硅衬底上依次生长第一外延层和介质膜，然后在该第一外延层刻蚀深沟槽；

(2)利用选择性外延工艺在沟槽内填充第二外延层；该第二外延层的导电类型与第一外延层相反；

(3)利用非选择性外延工艺生长第三外延层覆盖整个硅片表面；

(4)用化学机械研磨进行表面平坦化，并停止在介质膜上；

(5)去除介质膜，形成P型和N型交替排列的半导体结构。

2.如权利要求1所述的具有沟槽的半导体结构的形成方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述生长第一外延层采用非选择性外延工艺，外延气体为三氯氢硅、二氯氢硅或硅烷，掺杂气体为硼烷、磷烷或砷烷，载气为氢气；温度为800～1150℃，该第一外延层的厚度为25～50微米。

3.如权利要求1所述的具有沟槽的半导体结构的形成方法，其特征在于，在步骤(2)中，预先测得第一外延层内在平行于和垂直于硅衬底上的掺杂剂的浓度分布，并使第二外延层内的掺杂剂浓度在平行于和垂直于硅衬底方向与第一外延层的掺杂剂浓度相匹配。

4.如权利要求1所述的具有沟槽的半导体结构的形成方法，其特征在于，在步骤(2)中，采用硅源气体和卤化物以及掺杂气体的混合气体利用选择性外延工艺进行沟槽填充，在沟槽内部及顶部形成第二外延层；形成第二外延层时外延生长速率在沟槽底部快，在沟槽顶部慢，沟槽填充完成后其内部没有缺陷或缺陷很少。

5.如权利要求1或4所述的具有沟槽的半导体结构的形成方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述选择性外延工艺的硅源气体为三氯氢硅、二氯氢硅或硅烷，硅源气体流量为100sccm～2L；刻蚀性气体为氯化氢，流量为400sccm～3L；掺杂气体为硼烷、磷烷或砷烷，载气为氢气；温度为800～1000℃，压力为100～760Torr。

6.如权利要求1所述的具有沟槽的半导体结构的形成方法，其特征在于，在步骤(2)中，选择性外延工艺填完沟槽后，由于选择性外延的特性，在介质膜顶部不生长薄膜，同时沟槽内的硅外延会往介质膜两边有所展开，填充沟槽之后在沟槽内部和顶部形成第二外延层，沟槽顶部的第二外延层高出介质膜1～4微米。

7.如权利要求1所述的具有沟槽的半导体结构的形成方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述第三外延层覆盖整个硅片表面，第三外延层在沟槽上方的第二外延层上进行外延生长，同时在介质膜上也会生长一层多晶硅薄膜，生长完之后介质膜上的多晶硅薄膜厚度为t1，t1为0.5～2微米，硅的台阶高度为t2，使得t1+t2＞1.5t2；该硅的台阶高度是指第二外延层上的第三外延层与介质膜上第三外延层的高度差。

8.如权利要求1所述的具有沟槽的半导体结构的形成方法，其特征在于，在步骤(3)中，第三外延层生长完成后，介质膜位于第三外延层之下，该介质膜作为后序硅化学机械研磨时的研磨停止层。

9.如权利要求1所述的具有沟槽的半导体结构的形成方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述非选择性外延工艺采用的硅源气体为硅烷，硅烷流量为100～1000sccm，载气为氢气，温度为800～950℃。