專利名稱：一種功率mos器件硅溝槽制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種功率MOS器件硅溝槽制作方法。
背景技術：
隨著功率MOS器件更多的應用到通訊及個人便攜式電腦等電子設備上，對于功率 MOS器件的功率損耗的要求也不斷提高。在器件設計上，需要不斷縮小每個單元器件的尺 寸，提高器件集成度。然而，隨著原胞的尺寸的不斷縮小，對工藝加工的要求也越來越高，特 別是在不同尺寸深溝槽的半導體結(jié)構(gòu)中，干刻后的溝深及形貌的控制成為決定產(chǎn)品性能的
重要因素。深溝槽結(jié)構(gòu)大功率MOS管已成為大功率MOS管發(fā)展的趨勢?，F(xiàn)在大多數(shù)的高性能 大功率MOS管都是采用該種結(jié)構(gòu)。因此生產(chǎn)廠家如何利用本身現(xiàn)有資源來實現(xiàn)溝槽刻蝕已成為重中之重。。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，該方法操作簡單，易 于控制，只需控制硅溝槽刻蝕過程中各步驟的刻蝕時間即可控制溝槽的形貌。本發(fā)明的技術方案在于一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于按以下 步驟進行
1)進行LPSiN掩蔽層的刻蝕；
2)進行硅溝槽的刻蝕。所述LPSiN掩蔽層的刻蝕按以下步驟進行a)去除光刻顯影后殘留的LPSiN表面 膠底膜，刻蝕量為100Λ 500 A ； b)穩(wěn)定步，調(diào)整工藝參數(shù)，穩(wěn)定壓力，以便主刻蝕開始時能快速放電并穩(wěn)定；υ)王刻蝕，對 LPSiN層進行刻蝕，刻蝕速度為1000 Λ /mirT3000 4 ,min，刻蝕均勻性彡2. 0，圖形剖面傾 斜度α >86°，刻蝕時間由終點檢測法控制；d)過刻蝕，刻蝕時間為步驟c)的109Γ40%; e)薄氧化層刻蝕，根據(jù)薄氧化層的厚度刻蝕時間為20秒飛0秒。所述步驟a)過程中的工藝參數(shù)為O2流量lSCCMlOSCCM，He^O2流量 5SCCM 20SCCM，刻蝕腔壓力20mtorr 50mtorr，射頻功率100W 200W。所述步驟b)過程中的工藝參數(shù)為SF6流量40SCCM 80SCCM，刻蝕腔壓力80mtorr 120mtorr，磁場強度 20GAUSS 60GAUSS。所述步驟C)過程中的工藝參數(shù)為SF6流量40SCCM 80SCCM，刻蝕腔壓力80mtorr 120mtorr，磁場強度20GAUSS 60GAUSS，射頻功率100W 300W，所述終點檢測法為光譜分析法。所述步驟d)過程中的工藝參數(shù)為SF6流量40SCCM 80SCCM，HBr流量(T20SCCM，刻 蝕腔壓力80mtorr 120mtorr，磁場強度20GAUSS 60GAUSS，射頻功率100W 300W。所述步驟e)過程中的工藝參數(shù)為CF4流量15SCCM 50SCCM，刻蝕腔壓力50mtorr 150mtorr，射頻功率100W 500W。所述硅溝槽的刻蝕按以下步驟進行A)表面清理，去除硅表面的自然氧化層，工 藝條件為CF4流量15SCCM 50SCCM，刻蝕腔壓力50mtorr 150mtorr ；射頻功率100W 500W， 刻蝕時間為5秒 20秒，刻蝕量在…Λ ^200 B)第一步主刻蝕，工藝條件為Cl2流 量30SCCM 70SCCM，HBr流量20SCCM 40SCCM，刻蝕腔壓力50mtorr 150mtorr，磁場強度 10GAUSS 40GAUSS，射頻功率100W 400W，刻蝕深度為X ；C)第二步主刻蝕，工藝條件為Cl2 流量30SCCM 70SCCM，HBr流量20SCCM 60SCCM，刻蝕腔壓力50mtorr 150mtorr，磁場強度 20GAUSS 60GAUSS，射頻功率100W 400W，刻蝕深度為Y。硅溝槽刻蝕深度Z=X+Y，其中Χ=3/5Ζ，Υ=2/5Ζ。所述硅溝槽剖面傾斜角度β在86° 90°。


圖1 為 LPSiN掩蔽層刻蝕過程中殘留表面膠層去除后的形貌。
圖2 為 LPSiN掩蔽層刻蝕過程中主刻蝕前的形貌。
圖3 為 LPSiN掩蔽層刻蝕過程中主刻蝕后的形貌。
圖4 為 LPSiN掩蔽層刻蝕過程中薄氧化層刻蝕后的形貌。
圖5 為 LPSiN掩蔽層刻蝕完成后的形貌。
圖6為硅溝槽刻蝕過程中兩步主刻蝕后調(diào)整前的形貌。
圖7為硅溝槽刻蝕過程中兩步主刻蝕后調(diào)整后的形貌。
圖8為硅溝槽刻蝕過程中底部微溝槽調(diào)整前的形貌。
圖9為硅溝槽刻蝕過程中底部微溝槽調(diào)整后的形貌。
圖中標號所示:l、Si 層 2、SiO2 層 3、LPSiN 4、表面膠層。
具體實施例方式一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于按以下步驟進行1)進行LPSiN 掩蔽層的刻蝕；2)進行硅溝槽的刻蝕。由于光刻膠在硅深溝槽刻蝕中抗蝕能力不足，且在等離子刻蝕過程中極易形成 聚合物黏附在硅表面而降低刻蝕速率，此聚合物會大量黏附在溝槽側(cè)壁影響溝槽形貌，很 難形成理想的硅溝槽。為解決上述問題，本發(fā)明選用一定厚度的LPSiN層代替光刻膠來 做后續(xù)硅溝槽刻蝕的掩蔽層，掩蔽層厚度由溝槽深度決定，一般可用以下公式進行換算 D1=IZSD2, D1為LPSiN厚度，D2為溝槽深度，為方便后續(xù)溝槽形貌控制LPSiN層厚度應不小 于 1000 A °所述LPSiN掩蔽層的刻蝕按以下步驟進行a)去除光刻顯影后殘留的LPSiN表面 膠底膜，刻蝕量為IOOtX 500A ；b)穩(wěn)定步，調(diào)整工藝參數(shù)，穩(wěn)定壓力，以便主刻蝕開始時能 快速放電并穩(wěn)定；c)主刻蝕，對LPSiN層進行刻蝕，刻蝕速度為IOOOA /minlOOOA /min， 刻蝕均勻性<2.0，圖形剖面傾斜度α >86°，刻蝕時間由終點檢測法控制；d)過刻蝕，刻 蝕時間為步驟c)的109Γ40% ；e)薄氧化層刻蝕，根據(jù)薄氧化層的厚度刻蝕時間為20秒 60 秒。所述步驟a)主要為了去除光刻顯影后殘留在LPSiN內(nèi)表面膠底膜，以便更好地控制掩蔽層的形貌，保證光刻膠的形貌，過程中的工藝參數(shù)為O2流量lSCCMlOSCCM，HiTO2流 量5SCCM 20SCCM，刻蝕腔壓力20mtorr 50mtorr，射頻功率100W 200W，圖1所示為表面膠層 去除后的形貌。所述步驟b)其工藝條件與主刻蝕一致，此步無射頻功率，只起到壓力穩(wěn)定作用，以 便主刻蝕開始時能快速放電并穩(wěn)定，過程中的工藝參數(shù)為SF6流量40SCCiT80SCCM，刻蝕腔 壓力 8Omtorr I2Omtorr,磁場強度 2OGAUSS 6OGAUSS。所述步驟c)主要解決LPSiN的刻蝕及形貌的控制，磁場的作用為以電磁原理 為基礎使等離子運行路線盡量垂直于硅片表面從而控制圖形的形貌，刻蝕速率及刻蝕均 勻性可通過調(diào)整工藝條件中個氣體比例、刻蝕腔壓力和射頻功率來實現(xiàn)，圖形剖面傾斜 度可以通過調(diào)整刻蝕腔壓力和磁場強度來實現(xiàn)，圖2及圖3為調(diào)整前后形貌的變化，過 程中的工藝參數(shù)為SF6流量40SCCM 80SCCM，刻蝕腔壓力80mtorr 120mtorr，磁場強度 20GAUSS飛OGAUSS，射頻功率100W 300W，所述終點檢測法為光譜分析法。所述步驟d)過程中的工藝參數(shù)為SF6流量40SCCM 80SCCM，HBr流量(T20SCCM，刻 蝕腔壓力80mtorr 120mtorr，磁場強度20GAUSS 60GAUSS，射頻功率100W 300W。所述步驟e)過程中的工藝參數(shù)為CF4流量15SCCM 50SCCM，刻蝕腔壓力50mtorr 150mtorr，射頻功率100W 500W，刻蝕后的剖面圖如圖4所示，最終表面膠層被去除后形成 帶圖形的LPSiN掩蔽層，如圖5所示。在對深硅溝的刻蝕過程中，隨著溝槽深度的加大，刻蝕難度也隨之變大。溝槽深度 變大，等離子體難以進入溝槽底部，刻蝕過程中形成的聚合物聚集在溝槽側(cè)壁對刻蝕起到 阻擋作用，隨著溝槽的加深，這種阻擋變的更加明顯，因此深溝槽刻蝕過程對溝槽深度及形 貌控制變的很困難，因此本發(fā)明通過兩步刻蝕來實現(xiàn)對溝槽深度和形貌的控制。所述硅溝槽的刻蝕按以下步驟進行
A)表面清理，此步目的在于去除硅表面自然氧化層，由于刻硅過程對SiO2的刻蝕 主要通過物理刻蝕來實現(xiàn)的即靠等離子體轟擊來實現(xiàn)對SiO2的刻蝕，所以刻蝕速率極 慢，自然氧化層的存在對后續(xù)刻蝕影響很大，因此需要此步去除，工藝條件為〔&流量 15SCCM 50SCCM，刻蝕腔壓力50mtorr 150mtorr ；射頻功率100W 500W，刻蝕時間為5秒 20 秒，刻蝕量在50 A loo A ；
B)第一步主刻蝕，工藝條件為Cl2流量30SCCM 70SCCM，HBr流量20SCCM 40SCCM，刻蝕 腔壓力50mtorr 150mtorr，磁場強度10GAUSS 40GAUSS，射頻功率100W 400W，刻蝕深度為 X;
C)第二步主刻蝕，工藝條件為Cl2流量30SCCM 70SCCM，HBr流量20SCCM 60SCCM，刻蝕 腔壓力50mtorr 150mtorr，磁場強度20GAUSS 60GAUSS，射頻功率100W 400W，刻蝕深度為Y。設定不同的時間可以得到不同深度的溝槽，假設硅溝槽刻蝕深度為Z，第一步刻蝕 量為X，第二步刻蝕量為Y，硅溝槽刻蝕深度Z=X+Y，其中Χ=3/5Ζ，Υ=2/5Ζ,通過調(diào)整Cl2和 HBr比例、磁場強度可以控制溝槽的形貌即溝槽剖面傾斜角度，本發(fā)明刻蝕的硅溝槽剖面傾 斜角度β在86°、0°，調(diào)整前后的形貌入圖6及圖7所示。本發(fā)明Cl2氣體為刻硅的主要成分，HBr主要提供Br +離子，在磁場的作用下主要 表現(xiàn)為物理特性，可以清除刻蝕過程附著在硅表面及側(cè)壁的聚合物，其含量對溝槽形貌起主要影響，在其它參數(shù)不變的情況下，本發(fā)明第二步主刻蝕中HBR的設定量為第一步主刻 蝕的1.5倍 3倍。在刻蝕過程中在溝槽底部極易出現(xiàn)微溝槽現(xiàn)象，在通電后會在微溝槽初出現(xiàn)尖端 放電現(xiàn)象，此異常為器件失效的主要原因之一，本發(fā)明可以通過調(diào)整刻蝕腔壓力來改善及 消除微溝槽現(xiàn)象，注意第一步主刻蝕與第二步主刻蝕的刻蝕腔壓力設置應保持一致，調(diào)整 前后如圖8和圖9?？涛g后在LPSIN表面及溝槽側(cè)壁會殘留聚合物，此聚合物可用一定比例的氫氟酸 來去除
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修 飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于按以下步驟進行1)進行LPSiN掩蔽層的刻蝕；2)進行硅溝槽的刻蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于所述LPSiN 掩蔽層的刻蝕按以下步驟進行a)去除光刻顯影后殘留的LPSiN表面膠底膜，刻蝕量為100 A 50()b)穩(wěn)定步，調(diào)整工藝參數(shù)，穩(wěn)定壓力，以便主刻蝕開始時能快速放電并穩(wěn)定；c)主刻蝕，對LPSiN層進行刻蝕，刻蝕速度為1000A /mirT3i)(K) /min,刻蝕均勻性 ^ 2. 0，圖形剖面傾斜度α ^ 86°，刻蝕時間由終點檢測法控制；d)過刻蝕，刻蝕時間為步驟c)的10% 40%；e)薄氧化層刻蝕，根據(jù)薄氧化層的厚度刻蝕時間為20秒飛0秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于所述步 驟a)過程中的工藝參數(shù)為O2流量lSCCMlOSCCM，He^O2流量5SCCiT20SCCM，刻蝕腔壓力 20mtorr 50mtorr，射頻功率 100W 200W。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于所述步驟b)過程中的工藝參數(shù)為SF6流量40SCCM 80SCCM，刻蝕腔壓力80mtorr 120mtorr，磁場強 度 20GAUSS 60GAUSS。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于所述步驟c)過程中的工藝參數(shù)為SF6流量40SCCM 80SCCM，刻蝕腔壓力80mtorr 120mtorr，磁場強 度20GAUSS飛0GAUSS，射頻功率100W 300W，所述終點檢測法為光譜分析法。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于所述步驟d)過程中的工藝參數(shù)為SF6流量40SCCM 80SCCM，HBr流量(T20SCCM，刻蝕腔壓力80mtorr 120mtorr，磁場強度20GAUSS 60GAUSS，射頻功率100W 300W。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于所述步驟e)過程中的工藝參數(shù)為CF4流量15SCCM 50SCCM，刻蝕腔壓力50mtorr 150mtorr，射頻功 率 100W 500W。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于所述硅溝 槽的刻蝕按以下步驟進行A)表面清理，去除硅表面的自然氧化層，工藝條件為CF4流量15SCCiT50SCCM刻蝕腔壓力50mtorr 150mtorr ；射頻功率100W 500W，刻蝕時間為5秒 20秒，刻蝕量在50 S 200 ^ B)第一步主刻蝕，工藝條件為Cl2流量30SCCM 70SCCM，HBr流量20SCCM 40SCCM，刻蝕 腔壓力50mtorr 150mtorr，磁場強度10GAUSS 40GAUSS，射頻功率100W 400W，刻蝕深度為 X;C)第二步主刻蝕，工藝條件為Cl2流量30SCCM 70SCCM，HBr流量20SCCM 60SCCM，刻蝕 腔壓力50mtorr 150mtorr，磁場強度20GAUSS 60GAUSS，射頻功率100W 400W，刻蝕深度為Y。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于硅溝槽刻 蝕深度 Z=X+Y，其中 Χ=3/5Ζ，Υ=2/5Ζ。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于所述硅溝 槽剖面傾斜角度β在86°、0°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率MOS器件硅溝槽制作方法，其特征在于按以下步驟進行1)進行LPSiN掩蔽層的刻蝕；2)進行硅溝槽的刻蝕，該方法操作簡單，易于控制，只需控制硅溝槽刻蝕過程中各步驟的刻蝕時間即可控制溝槽的形貌。
文檔編號H01L21/3065GK102142377SQ20111003278
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月30日
發(fā)明者張鵬, 李豪, 林善彪, 林立桂, 梅海軍, 熊愛華 申請人:福建福順微電子有限公司