基于外延回填工艺的对准标记形成方法及外延回填工艺

1.本技术涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基于外延回填工艺的对准标记形成方法以及用于制造超级结器件的外延回填工艺。


背景技术：

2.近年来国际上对节能减排越来越重视，这对大型电力电子设备的损耗控制和效率提升提出了更高的要求。作为电力电子设备的重要组成部分，半导体功率器件受到了业界的广泛关注。超级结器件能够突破普通器件的一维理论性能极限，在中高压领域具有很大的性能优势和应用潜力。
3.目前主流的超级结器件制造技术路线包括多次外延以及沟槽外延回填工艺。其中基于外延回填工艺的超级结器件具有元胞尺寸小、成本低的优势，在外延回填之前，需要先形成对准标记，然而在沟槽外延回填以及抛光工艺后，晶圆表面的对准标记会受到损伤，从而影响后续工艺的套刻精度，给超级结器件的制备带来了困难。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种基于外延回填工艺的对准标记形成方法，能够避免外延回填及抛光工艺对对准标记的损坏。
5.本技术提供了一种基于外延回填工艺的对准标记形成方法，包括：形成位于第一外延层的标记区的至少一对对准标记刻蚀掩模，其中，至少一对对准标记刻蚀掩模位于第一外延层的加工侧，第一外延层包括位于功能区的第一沟槽，第一沟槽朝向加工侧；形成填充第一沟槽并覆盖第一外延层的第二外延层，其中，第二外延层的背离第一外延层的表面与对准标记刻蚀掩模的背离第一外延层的表面齐平；以及通过对准标记刻蚀掩模对第二外延层和第一外延层进行刻蚀，形成第二沟槽及形成第三沟槽，其中，第二沟槽位于一对对准标记刻蚀掩模之间，第三沟槽的槽底暴露出外延部。
6.在本技术中，通过上述技术方案形成对准标记掩模，经过外延回填等工艺后，再利用对准标记掩模自对准刻蚀形成第二沟槽和第三沟槽以获得对准标记。如此设置，避免了外延回填等工艺对对准标记产生的损伤，从而保证了后续工艺的套刻精度。
7.在一些实施方式中，在形成位于第一外延层的标记区的至少一对对准标记刻蚀掩模之前，通过刻蚀形成第一沟槽。
8.可以理解的是，在本技术的方法中形成第一外延层的沟槽，有利于配合形成对准标记的工艺条件，选用合理的处理手段刻蚀出需要的沟槽，增强外延回填工艺及对准标记形成过程的可靠性。
9.在一些实施方式中，通过溅射工艺形成对准标记刻蚀掩模。
10.可以理解的是，溅射工艺具有对膜层的损伤小、成模质量好、可控性强且易于工业化等优点，本技术通过溅射形成对准标记刻蚀掩模，能够可靠地通过对准标记刻蚀掩模获取对准标记，避免对电子元件的生产过程产生影响，并有效提高电子元件的生产效率。
11.在一些实施方式中，对准标记刻蚀掩模为碳膜。
12.可以理解的是，碳材料作为掩模被广泛应用在半导体集成工艺中，安全性能好且实用性强，在保证对准标记形成过程的安全性的同时，也有效控制了加工成本。
13.在一些实施方式中，形成填充第一沟槽并覆盖第一外延层上表面的第二外延层的过程包括：对第一外延层进行回填处理，形成填充第一沟槽并覆盖第一外延层和对准标记刻蚀掩模的待抛光第二外延层；对待抛光第二外延层进行化学机械抛光工艺处理，去除待抛光第二外延层高于对准标记刻蚀掩模的部分，以形成第二外延层。
14.可以理解的是，本技术先对第一外延层进行回填处理，再通过化学机械抛光工艺处理获得与对准标记刻蚀掩模齐平的第二外延层。如此设置，使得第二外延层的表面能够较为光滑的与对准标记刻蚀掩模的相应表面齐平，并避免破坏第一外延层级对准标记刻蚀掩模。
15.在一些实施方式中，第二外延层包括：前段第二外延层，该前段第二外延层覆盖于第一外延层的表面，并设置于对准标记刻蚀掩模之间；后段第二外延层，该后段第二外延层填充于第一沟槽并延伸至第一外延层的表面。
16.可以理解的是，第二外延层应包括两段独立的外延层，前段第二外延层限定在第一外延层与一对对准标记刻蚀掩模之间，后段第二外延层限制在单侧对准标记刻蚀掩模、第一外延侧以及第一沟槽之间。如此设置，使生成的第二外延层完整的与第一外延层、对准标记刻蚀掩模和第一沟槽相贴合，保证了工艺质量以及后续工艺的可靠性。
17.在一些实施方式中，基于外延回填工艺的对准标记形成方法还包括：去除对准标记刻蚀掩模。
18.可以理解的是，去除对准标记刻蚀掩模以使得对准标记原本靠近对准标记刻蚀掩模的表面暴露于外，使对准标记刻蚀掩模不会对后续工艺产生不利影响，并使后续工艺能有效通过对准标记，提高套刻精度，生产出具高质量的电子元件。
19.本技术在另一方面提出一种用于制造超级结器件的外延回填工艺，包括如上的基于外延回填工艺的对准标记形成方法。
20.由上述方案可知，使用于制造超级结器件的外延回填工艺具有本技术的对准标记形成方法，能够在针对超级结器件进行外延回填等工艺时，通过对准标记刻蚀掩模形成对准标记，有效保证了对准标记的完整性，从而提高了后续工艺的套刻精度以制造出合格的超级结器件。
21.本技术还提供一种半导体机构，包括：第一外延层，包括标记区和功能区，其中，第一外延层包括位于功能区的第一沟槽；和至少一对对准标记刻蚀掩模，位于标记区，且位于第一外延层的第一沟槽朝向的一侧。
22.在本技术中，通过上述结构设置，在半导体的外延回填工艺的工程中，能够利用准标记刻蚀掩模在完成外延回填工艺后获得对准标记，有效保证了对准标记的完整性，从而提高了后续工艺的套刻精度以制造出合格的半导体器件。
23.在一些实施方式中，对准标记刻蚀掩模为碳膜。
24.可以理解的是，碳材料作为掩模被广泛应用在半导体集成工艺中，安全性能好且实用性强，使对准标记刻蚀掩模为碳膜，能够保证上述报半导体机构在投入工艺过程时的安全性能，也有效控制了加工成本。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为基于外延回填工艺的对准标记形成方法的流程示意图；
27.图2为形成有第一沟槽的第一外延层的结构示意图；
28.图3为图2所示结构经过溅射对准标记刻蚀掩模后的结构示意图；
29.图4为图3所示结构经过外延回填后的结构示意图；
30.图5为图4所示结构经过抛光后的结构示意图；
31.图6为图5所示结构利用对准标记刻蚀掩模自对准刻蚀后的结构示意图；
32.图7为图6所示结构经去除对准标记刻蚀掩模后的结构示意图。
33.附图标记：1、第一外延层；11、第一沟槽；12、第二沟槽；13、第三沟槽；2a、待抛光第二外延层；2b、第二外延层；21b、前段第二外延层；22b、后段第二外延层；22c、外延部；101、对准标记刻蚀掩模；102、对准标记；a、标记区；b、功能区。
具体实施方式
34.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
35.需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本技术的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
37.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
38.除非另有定义，本技术的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本技术的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
39.参阅图1，本技术针对碳化硅超级结器件在经过外延回填及抛光工艺后，晶圆表面对准标记受损的问题，提供了一种基于外延回填工艺的对准标记形成方法，使得晶圆可以自对准刻蚀出新的对准标记，该方法包括下述步骤。
40.步骤s201，形成位于第一外延层的标记区的至少一对对准标记刻蚀掩模。对准标记刻蚀掩模位于第一外延层的加工侧(用于进行工艺处理的一侧)，第一外延层包括位于功能区的第一沟槽，第一沟槽朝向加工侧。
41.步骤s202，形成填充第一沟槽并覆盖第一外延层的第二外延层。第二外延层的背离第一外延层的表面与对准标记刻蚀掩模的背离第一外延层的表面齐平。
42.步骤s203，通过对准标记刻蚀掩模对第二外延层和第一外延层进行刻蚀，形成第二沟槽及形成第三沟槽。第二沟槽位于一对对准标记刻蚀掩模之间，第三沟槽的槽底暴露出外延部。
43.本技术通过上述技术方案，形成了对准标记刻蚀掩模，经过外延回填等工艺后，再利用对准标记刻蚀掩模自对准刻蚀形成对准标记，如此设置，避免了外延回填等工艺对对准标记产生的损伤，从而保证了后续工艺的套刻精度。
44.请参阅图2至图7，本技术针对碳化硅超级结器件在经过外延回填及抛光工艺后，晶圆表面对准标记受损的问题，提供了一种基于外延回填工艺的对准标记形成方法，使得晶圆可以自对准刻蚀出新的对准标记，该方法包括下述步骤。
45.步骤s201，形成位于第一外延层的标记区a的至少一对对准标记刻蚀掩模101。对准标记刻蚀掩模101位于第一外延层1的上侧(即加工侧，用于进行工艺处理的一侧)，第一外延层1包括位于功能区b的第一沟槽11，第一沟槽11朝向第一外延层1的上侧。
46.步骤s202，形成填充第一沟槽11并覆盖第一外延层1的上表面的第二外延层2b。第二外延层2b的上表面与对准标记刻蚀掩模101的上表面齐平。
47.步骤s203，通过对准标记刻蚀掩模101对第二外延层2b和第一外延层1进行刻蚀，形成第二沟槽12及形成第三沟槽13。第二沟槽12位于一对对准标记刻蚀掩模101之间，第三沟槽13的槽底暴露出外延部22c。
48.根据上述技术方案，需要注意的是，本技术为在外延回填的过程中形成比较完好的对准标记102，设计了形成第二外延层2b的过程。为了在形成第二外延层2b后进行刻蚀工艺，应保证对准标记刻蚀掩模101暴露于外且完好，并使第二外延层2b应填充于第一沟槽11并覆盖第一外延层1上表面，并且最终使得第二外延层2b的上表面各处齐平于对准标记刻蚀掩模101的上表面。
49.刻蚀工艺对象为第二外延层2b和第一外延层1，最终形成第二沟槽12和第三沟槽13，并使得第三沟槽13的槽底暴露出外延部22c。第二沟槽12的底部和第三沟槽13的底部均低于对准标记刻蚀掩模101的底部，并且第三沟槽13的底部高于前道工序中的第一沟槽11的底部。从而在保留有经过回填工艺填充的外延部22c的同时，能够形成有对准标记102。
50.在本技术中，通过上述技术方案形成对准标记刻蚀掩模101，经过外延回填等工艺后，利用对准标记刻蚀掩模101自对准刻蚀形成第二沟槽12和第三沟槽13，以获得对准标记102，如此设置，避免了外延回填等工艺对对准标记102产生的损伤，从而保证了后续工艺的套刻精度。
51.继续参阅图2，本技术的基于外延回填工艺的对准标记形成方法还包括：
52.步骤s101，在形成位于第一外延层1的标记区a的至少一对对准标记刻蚀掩模101之前，通过刻蚀工艺在第一外延层1的上表面形成第一沟槽11。
53.可以理解的是，在本技术的方法中形成第一外延层1的第一沟槽11，有利于配合形成对准标记的工艺条件，选用合理的处理手段刻蚀出需要的沟槽，增强外延回填工艺及对准标记形成过程的可靠性。
54.第一外延层1的材料可包括碳化硅，示例性地，基于其他材料的半导体器件也可利用本技术提供的方法形成对准标记102。示例性地，第一外延层1的材料包括硅、锗、硅锗或者氮化镓。待抛光第二外延层2a的材料可包括与第一外延层1的材料相同的材料。
55.该刻蚀工艺可利用干法刻蚀或湿法刻蚀实现。
56.在步骤s201中，通过溅射工艺在第一外延层1的上表面形成对准标记刻蚀掩模101，可形成如图3所示的半导体结构。溅射工艺具有对膜层的损伤小、成模质量好、可控性强且易于工业化等优点，本技术通过溅射形成对准标记刻蚀掩模101，能够可靠地通过对准标记刻蚀掩模101获取对准标记102，避免对超级结器件的生产过程产生影响，并有效提高超级结器件的生产效率。
57.根据上述技术方案对准标记刻蚀掩模101可以选择为碳膜。碳材料作为掩模被广泛应用在半导体集成工艺中，安全性能好且实用性强，在保证对准标记形成过程的安全性的同时，也有效控制了加工成本。
58.继续参阅图4至图5，步骤s202可以包括：
59.步骤s2021，对第一外延层1进行回填处理，形成填充第一沟槽11并覆盖第一外延层1的上表面及对准标记刻蚀掩模101的待抛光第二外延层2a。待抛光第二外延层2a的上表面的高于对准标记刻蚀掩模101。
60.步骤s2022，对待抛光第二外延层2a进行化学机械抛光工艺处理，去除待抛光第二外延层2a高于对准标记刻蚀掩模101的部分，以形成第二外延层2b。
61.如此设置，本技术先对第一外延层1进行回填处理，使待抛光第二外延层2a上表面的高于对准标记刻蚀掩模101，再通过抛光处理获得与对准标记刻蚀掩模101齐平的第二外延层2b。最终使得第二外延层2b的上表面能够较为平整地与对准标记刻蚀掩模101的上表面齐平，并避免破坏第一外延层1及对准标记刻蚀掩模101。
62.可通过化学气相沉积工艺形成待抛光第二外延层2a，例如气相外延工艺。
63.在步骤s2022中，本技术通过化学机械抛光(chemical mechanical polishing，cmp)工艺对待抛光第二外延层2a进行抛光处理，以形成第二外延层2b，能够通过化学腐蚀与机械掩模的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的高效去除，并可实现全局纳米级平坦化。本技术使用cmp工艺进行抛光处理，在保证抛光完整度的同时提高了工艺效率。
64.第二外延层2b包括前段第二外延层21b和后段第二外延层22b，该前段第二外延层21b覆盖于第一外延层1的上表面，并设置于对准标记刻蚀掩模101之间。该后段第二外延层22b填充于第一沟槽11并延伸至第一外延层1上表面。使前段第二外延层21b限定在第一外延层1与一对对准标记刻蚀掩模101之间，后段第二外延层22b限制在单侧对准标记刻蚀掩模101、第一外延层1以及第一沟槽11之间。如此设置，使生成的第二外延层2b完整的与第一外延层1、对准标记刻蚀掩模101和第一沟槽11相贴合，保证了工艺质量以及后续工艺的可靠性。
65.继续参阅图6至图7，在步骤s203中，第二沟槽12和第三沟槽13可以通过同一步刻蚀工艺形成。可以理解的是，经过以对准标记刻蚀掩模101为助力的刻蚀处理工艺，使第二沟槽12和第三沟槽13通过同一步刻蚀工艺形成，得第二沟槽12的底部与第三沟槽13的底部可大致齐平，提高了工艺效率的同时保证了刻蚀完成质量，完成外延回填并加工出所需要的外延面，且获得了需要的对准标记102。
66.本技术的基于外延回填工艺的对准标记形成方法进一步还可以包括：
67.步骤s102，去除对准标记刻蚀掩模101。示例性地，通过热氧化去除碳膜。
68.通过上述技术方案，去除对准标记刻蚀掩模101以使得对准标记102的上表面暴露在外，避免对准标记刻蚀掩模101对后续工艺产生不利影响，并能够使后续工艺有效通过对准标记102，提高套刻精度，生产出具高质量的超级结器件。
69.此外，本技术在另一方面提出一种用于制造碳化硅超级结器件的外延回填工艺，包括如上所述的基于外延回填工艺的对准标记形成方法。
70.在本技术中，由上述方案可知，使用于制造碳化硅超级结器件的外延回填工艺具有本技术的对准标记102形成方法，能够在针对超级结器件进行外延回填等工艺时，通过对准标记刻蚀掩模101形成对准标记102，有效保证了对准标记的完整性，从而提高了后续工艺的套刻精度以制造出合格的超级结器件。
71.示例性地，该外延回填工艺包括步骤s101，通过刻蚀工艺在第一外延层1的上表面形成第一沟槽11。此外，经过刻蚀的第一外延层1和外延部22c后续可被用于形成超级结器件。
72.参考图3，本技术提供一种半导体结构，包括第一外延层1和至少一对对准标记刻蚀掩模101。第一外延层1包括标记区a、功能区b以及位于功能区b的第一沟槽11，第一沟槽11朝向第一外延层1的上侧(即加工侧)；对准标记刻蚀掩模101位于标记区a，且位于第一外延层1的上侧。
73.在本技术中，通过上述结构设置，在半导体器件的外延回填工艺的工程中，能够利用对准标记刻蚀掩模101在完成外延回填工艺后获得对准标记102，有效保证了对准标记102的完整性，从而提高了后续工艺的套刻精度以制造出合格的半导体器件。
74.对准标记刻蚀掩模101具体可以选择为碳膜。碳材料作为掩模应用在半导体集成工艺中，安全性能好且实用性强，使对准标记刻蚀掩模为碳膜，能够保证上述半导体结构在投入工艺过程时的安全性能，也有效控制了加工成本。
75.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的专利保护范围应以所附权利要求为准。