應(yīng)用于溝槽型mos器件的溝槽柵的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于溝槽型MOS器件的溝槽柵的制備方法，包括以下步驟：(1)在需要制作溝槽柵的硅片上經(jīng)由光刻和刻蝕的方法形成溝槽；(2)第一柵氧化層的生長；(3)光刻膠的涂布和烘烤；(4)用曝光、顯影的方法在溝槽頂角處形成光刻膠圖形；(5)用濕法刻蝕的方法去掉除溝槽頂角處以外的第一柵氧化層，保留溝槽頂角處的第一柵氧化層，然后去除光刻膠圖形；(6)第二柵氧化層的生長；(7)多晶硅的填充；(8)經(jīng)由光刻和刻蝕的方法形成最終所需的由多晶硅和柵氧化層組成的溝槽柵結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)方法中由于在溝槽頂角處電場集中而導(dǎo)致的擊穿電壓降低的問題。
【專利說明】應(yīng)用于溝槽型MOS器件的溝槽柵的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造工藝，尤其涉及一種應(yīng)用于溝槽型MOS器件的溝槽柵的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的平面型MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)器件中，其MOS晶體管的源極、柵極和漏極都位于硅片的水平面上，不僅占用的面積大，而且導(dǎo)通電阻和功耗也較大，無法滿足功率器件小型化和低功耗化的要求。而溝槽型MOS器件巧妙地將晶體管的柵極形成于垂直于硅片表面的溝槽內(nèi)，從而使導(dǎo)通通道轉(zhuǎn)移到硅片的縱向方向，這樣做有三個優(yōu)點:(1)縮小器件面積，進一步提高器件集成密度，(2)有效降低了導(dǎo)通電阻和功耗，(3)基本消除了空穴在P講的橫向流動，有效地抑制了 pnpn閂鎖效應(yīng)(pnpn閂鎖效應(yīng)是指當器件的工作電流比閂鎖臨界電流大時，器件的寄生pnpn管會導(dǎo)通，而此時實際控制器件的MOS管可能還沒導(dǎo)通，因此就無法由外電路通過MOS管來控制器件的關(guān)斷)。因此溝槽型MOS器件被普遍應(yīng)用于功率器件。
[0003]在溝槽型MOS器件制造工藝中，晶體管的柵極在溝槽內(nèi)部形成，用來控制MOS器件的開與關(guān)，因此溝槽柵的制作是非常關(guān)鍵和重要的工藝，圖1是傳統(tǒng)溝槽柵的結(jié)構(gòu)，其制備工藝主要包括以下步驟:(I)在需要制作溝槽柵的硅片100上經(jīng)由光刻和刻蝕的方法形成溝槽200 ； (2)使用濕法清洗或犧牲氧化的方法去除溝槽表面的缺陷和雜質(zhì)；(3)柵氧化層800的生長；(4)多晶硅600的填充；(5)經(jīng)由光刻和刻蝕的方法形成最終所需的由多晶硅600和柵氧化層800組成的溝槽柵結(jié)構(gòu)。在上述方法中，因為步驟(I)所形成的溝槽頂角700很尖(90°直角)，電荷容易在此累積并形成較密集的電場(尖端放電)，在施加同樣的外部電壓的情況下，容易在溝槽頂角700處發(fā)生電擊穿(Break down)而形成漏電，而在溝槽的側(cè)壁和底部因為沒有電場的累積而不容易發(fā)生擊穿，因此溝槽頂角700處的擊穿電壓(BV:Breakdown Voltage)通常都會小于溝槽的側(cè)壁和底部的擊穿電壓,而溝槽頂角700處的擊穿電壓決定了整個器件的擊穿電壓。因此在傳統(tǒng)工藝中，往往因為在溝槽頂角700處容易發(fā)生電擊穿而降低了整個器件的擊穿電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于溝槽型MOS器件的溝槽柵的制備方法，通過增加溝槽頂角處柵氧化層的厚度，使該處的擊穿電壓提高到與溝槽側(cè)壁和底部相當甚至更高的水平，以解決傳統(tǒng)方法中由于在溝槽頂角處電場容易集中而導(dǎo)致的擊穿電壓降低的問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，一種應(yīng)用于溝槽型MOS器件的溝槽柵的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006]( I)在需要制作溝槽柵的硅片上經(jīng)由光刻和刻蝕的方法形成溝槽；
[0007](2)第一柵氧化層的生長；[0008](3)光刻膠的涂布和烘烤；
[0009](4)用曝光、顯影的方法在溝槽頂角處形成光刻膠圖形；
[0010](5)用濕法刻蝕的方法去掉除溝槽頂角處以外的第一柵氧化層，保留溝槽頂角處的第一柵氧化層，然后去除光刻膠圖形；
[0011](6)第二柵氧化層的生長；
[0012](7)多晶硅的填充；
[0013](8)經(jīng)由光刻和刻蝕的方法形成最終所需的由多晶硅和柵氧化層組成的溝槽柵結(jié)構(gòu)。
[0014]在步驟(1)中，所述溝槽是以光刻膠圖形為掩膜刻蝕硅片形成，或以介質(zhì)膜圖形為掩膜刻蝕硅片 形成。
[0015]在步驟(2)中，在所述第一柵氧化層生長之前，優(yōu)選地，使用濕法清洗或犧牲氧化或兩者相結(jié)合的方法去除溝槽表面的缺陷和雜質(zhì)，所述的濕法清洗包括:用氫氟酸去除溝槽表面的自然氧化層，用氫氧化銨和過氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的顆粒和有機物雜質(zhì)，以及用鹽酸和過氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的金屬雜質(zhì)；所述的犧牲氧化是指先通過熱氧化的方法使溝槽表面的硅和氧氣或水蒸汽反應(yīng)生成二氧化硅，然后再通過濕法刻蝕的方法去除所述的二氧化硅，以達到去除溝槽表面的缺陷和雜質(zhì)的目的。所述第一柵氧化層使用熱氧化法生長，其生長溫度為750-1100°C，且所述第一柵氧化層的厚度為50-5000納米，且所述第一柵氧化層的厚度大于后續(xù)步驟(6)所述第二柵氧化層的厚度。
[0016]在步驟(3)中，所述光刻膠為負性光刻膠，且所述負性光刻膠涂布之后要能完全覆蓋步驟(1)中所述溝槽的底部和側(cè)面、以及所述硅片的表面；所述光刻膠的涂布采用旋涂或噴涂的方式。
[0017]在步驟(4)中，所述曝光、顯影的方法是指使用掩模版在溝槽頂角處進行曝光，使溝槽側(cè)壁和硅片表面的負性光刻膠僅在靠近溝槽頂角處的部分被曝光，顯影后在溝槽頂角處形成光刻膠圖形。
[0018]在步驟(5)中，所述的濕法刻蝕使用氫氟酸為主要刻蝕劑，所述的濕法刻蝕以步驟(4)所形成的光刻膠圖形為刻蝕掩膜。
[0019]在步驟(6)中，所述第二柵氧化層使用熱氧化法生長，其生長溫度為750-1100°C，所述第二柵氧化層的厚度為50-5000納米，且小于步驟(2)中所述第一柵氧化層的厚度。在所述第二柵氧化層生長之前，使用濕法清洗方法去除溝槽表面的缺陷和雜質(zhì)；所述濕法清洗方法包括:用氫氧化銨和過氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的顆粒和有機物雜質(zhì)，以及用鹽酸和過氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的金屬雜質(zhì)。
[0020]在步驟(7)中，所述的多晶硅被用作為溝槽柵的導(dǎo)電電極，使用化學(xué)氣相淀積方法在溝槽內(nèi)填充多晶硅。
[0021]在步驟(8)中，在所述光刻之前，可選地，采用干法回刻或化學(xué)機械研磨的方法對步驟(7)所形成的多晶硅進行平坦化處理。
[0022]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明通過增加溝槽頂角處柵氧化層的厚度，使該處的擊穿電壓提高到與溝槽側(cè)壁和底部相當甚至更高的水平，從而解決了傳統(tǒng)方法中由于在溝槽頂角處電場容易集中而導(dǎo)致的擊穿電壓降低的問題?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0023]圖1是傳統(tǒng)的溝槽型MOS器件中的溝槽柵結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明的應(yīng)用于溝槽型MOS器件的溝槽柵的制備方法流程圖；
[0025]圖3是本發(fā)明的應(yīng)用于溝槽型MOS器件的溝槽柵的制備方法流程剖面示意圖；其中，圖3(A)是本發(fā)明方法的步驟(I)完成后的示意圖；圖3?)是本發(fā)明方法的步驟(2)完成后的示意圖；圖3(0是本發(fā)明方法的步驟(3)完成后的示意圖；圖3(0)是本發(fā)明方法的步驟(4)完成后的示意圖；圖3?)是本發(fā)明方法的步驟(5)完成后的示意圖；圖3(的是本發(fā)明方法的步驟(6)完成后的示意圖，圖3(G)是本發(fā)明方法的步驟(7)完成后的示意圖；圖3(H)是本發(fā)明方法的步驟(8)完成后的示意圖。
[0026]圖中附圖標記說明如下:
[0027]100-硅片，200-溝槽，300-第一柵氧化層，301-溝槽頂角處的第一柵氧化層，400-負性光刻膠，401-光刻膠圖形，500-第二柵氧化層，600-多晶硅，700-溝槽頂角，800-柵氧化層，900-掩膜版。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0029]本發(fā)明一種應(yīng)用于溝槽型MOS器件的溝槽柵的制備方法，其工藝流程如圖2和圖3所示，具體包括以下步驟:
[0030](I)如圖3⑷所示，在需要制作溝槽柵的硅片100上經(jīng)由光刻和刻蝕的方法形成溝槽200:所述溝槽200是以光刻膠圖形(圖中未示出)為掩膜刻蝕硅片形成，或以介質(zhì)膜圖形(圖中未示出)為掩膜刻蝕硅片形成，優(yōu)選地，本實施例采用以光刻膠圖形為掩膜，經(jīng)過干法刻蝕娃片100的基底娃，去除光刻I父以后獲得如圖3(A)所不的溝槽200。
[0031](2)如圖3(B)所示，在全硅片上生長第一柵氧化層300:所述第一柵氧化層300使用熱氧化法生長，其生長溫度為750-1100°C，且所述第一柵氧化層300的厚度為50-5000納米，為了獲得高質(zhì)量的柵氧化層，一般在生長柵氧化層之前，會使用濕法清洗或犧牲氧化或兩者相結(jié)合的方法去除溝槽200表面的缺陷和雜質(zhì)，所述的濕法清洗包括用氫氟酸去除溝槽200表面的自然氧化層、用SCl溶液(氫氧化銨/過氧化氫去離子水的混合液)去除溝槽200表面的顆粒和有機物雜質(zhì)以及用SC2溶液(鹽酸/過氧化氫去離子水的混合液)去除溝槽200表面的金屬雜質(zhì)，所述的犧牲氧化是指先通過熱氧化的方法使溝槽200表面的硅和氧氣或水蒸汽反應(yīng)生成二氧化硅，然后再通過濕法刻蝕的方法去除所述的二氧化硅，以達到去除溝槽200表面的缺陷和雜質(zhì)的目的。
[0032](3)如圖3(C)所示，光刻膠的涂布和烘烤:所述光刻膠為負性光刻膠400，通過調(diào)節(jié)涂布程序，使所述負性光刻膠400涂布之后要能完全覆蓋步驟(I)中所述溝槽200的底部和側(cè)面、以及所述硅片100的表面，當所需要填充的溝槽200較淺時(如小于50微米)，所述涂布可以使用旋涂的方式，當所需要填充的溝槽200較深時(如大于50微米)，所述涂布可以使用噴涂的方式。
[0033](4)如圖3(D)所示，用曝光、顯影的方法在溝槽頂角700處形成光刻膠圖形401 ；使用掩模版900在溝槽頂角700處進行曝光，使溝槽200側(cè)壁和硅片100表面(即溝槽200上表面)的負性光刻膠400僅在靠近溝槽頂角700處的部分被曝光，其他部分不曝光，而靠近溝槽200底部側(cè)壁的負性光刻膠400因為其深度較大以及頂部側(cè)壁負性光刻膠400對曝光光強的吸收，它不能被曝光，因此基于負性光刻膠的特性(即曝光部分不溶于顯影液，而未曝光部分溶于顯影液)，顯影后可在溝槽頂角700處形成光刻膠圖形401。
[0034](5)如圖3(E)所示，用濕法刻蝕的方法去掉除溝槽頂角700處以外的第一柵氧化層300，保留溝槽頂角處的第一柵氧化層301，然后去除光刻膠圖形401:所述的濕法刻蝕可以使用業(yè)界常用的氫氟酸為主要刻蝕劑，所述的濕法刻蝕以步驟⑷所形成的光刻膠圖形401為刻蝕掩膜，為了防止干法刻蝕中等離子體對已形成的溝槽頂角處的第一柵氧化層301的物理轟擊損傷，所述的去除光刻膠圖形401的方法一般不使用干法刻蝕，而使用業(yè)界常用的以硫酸和雙氧水的混合液體為主要刻蝕劑的濕法刻蝕。
[0035](6)如圖3(F)所示，在全硅片上生長第二柵氧化層500 ;所述第二柵氧化層500使用熱氧化法生長。其生長溫度為750-1100°C，所述第二柵氧化層500的厚度為50-5000納米，因為在溝槽頂角700處容易發(fā)生電場積累而發(fā)生電擊穿，因此為了使溝槽頂角700處的擊穿電壓和溝槽側(cè)壁和底部的擊穿電壓相當甚至更高，步驟(2)中所述第一柵氧化層300的厚度要大于所述第二柵氧化層500的厚度，需要說明的是，在第二柵氧化層500的生長之前，因為溝槽頂角處的第一柵氧化層301的存在，因此就不能再使用如步驟(2)所述的氫氟酸濕法清洗法和/或犧牲氧化法來去除溝槽200表面的缺陷和雜質(zhì)，但可以使用SCl和SC2溶液清洗法。
[0036](7)如圖3 (G)所示，多晶硅600的填充:所述的多晶硅600被用作為溝槽柵的導(dǎo)電電極，可以使用業(yè)界常用的CVD(化學(xué)氣相淀積)方法淀積。
[0037](8)如圖3⑶所示，經(jīng)由光刻和刻蝕的方法形成最終所需的由多晶硅600和柵氧化層(包括溝槽頂角處的第一柵氧化層301和溝槽側(cè)壁和底部的第二柵氧化層500)組成的溝槽柵結(jié)構(gòu):在所述光刻之前，可選地，采用干法回刻或化學(xué)機械研磨的方法對步驟(6)所形成的多晶硅600進行平坦化處理，以提高光刻工藝的DOF (D印th of Focus:聚焦深度)。本發(fā)明通過增加溝槽頂角700處柵氧化層的厚度(溝槽頂角處的第一柵氧化層301的厚度要大于溝槽側(cè)壁和底部的第二柵氧化層500的厚度，見如圖3(G))，使溝槽頂角700處的擊穿電壓提高到與溝槽側(cè)壁和底部相當甚至更高的水平，從而解決了傳統(tǒng)方法中由于在溝槽頂角處電場容易集中而導(dǎo)致的擊穿電壓降低的問題。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于溝槽型MOS器件的溝槽柵的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)在需要制作溝槽柵的硅片上經(jīng)由光刻和刻蝕的方法形成溝槽； (2)第一柵氧化層的生長； (3)光刻膠的涂布和烘烤； (4)用曝光、顯影的方法在溝槽頂角處形成光刻膠圖形； (5)用濕法刻蝕的方法去掉除溝槽頂角處以外的第一柵氧化層，保留溝槽頂角處的第一柵氧化層，然后去除光刻膠圖形； (6)第二柵氧化層的生長； (7)多晶硅的填充； (8)經(jīng)由光刻和刻蝕的方法形成最終所需的由多晶硅和柵氧化層組成的溝槽柵結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述溝槽是以光刻膠圖形為掩膜刻蝕硅片形成，或以介質(zhì)膜圖形為掩膜刻蝕硅片形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，在所述第一柵氧化層生長之前，使用濕法清洗和/或犧牲氧化的方法去除溝槽表面的缺陷和雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述第一柵氧化層使用熱氧化法生長，其生長溫度為750-1100°C ;所述第一柵氧化層的厚度為50-5000納米，且所述第一柵氧化層的厚度大于后續(xù)步驟(6)所述第二柵氧化層的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述的濕法清洗包括:用氫氟酸去除溝槽表面的自然氧化層，用氫氧化銨和過氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的顆粒和有機物雜質(zhì)，以及用鹽酸和過氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的金屬雜質(zhì)；所述的犧牲氧化是指先通過熱氧化的方法使溝槽表面的硅和氧氣或水蒸汽反應(yīng)生成二氧化硅，然后再通過濕法刻蝕的方法去除所述的二氧化硅，以達到去除溝槽表面的缺陷和雜質(zhì)的目的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述光刻膠為負性光刻膠，且所述負性光刻膠涂布之后要能完全覆蓋步驟(1)中所述溝槽的底部和側(cè)面、以及所述硅片的表面；所述光刻膠的涂布采用旋涂或噴涂的方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述曝光、顯影的方法是指使用掩模版在溝槽頂角處進行曝光，使溝槽側(cè)壁和硅片表面的負性光刻膠僅在靠近溝槽頂角處的部分被曝光，顯影后在溝槽頂角處形成光刻膠圖形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中，所述的濕法刻蝕使用氫氟酸為主要刻蝕劑，所述的濕法刻蝕以步驟(4)所形成的光刻膠圖形為刻蝕掩膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(6)中，所述第二柵氧化層使用熱氧化法生長，其生長溫度為750-1100°C，所述第二柵氧化層的厚度為50-5000納米，且所述第二柵氧化層的厚度小于步驟(2)中所述第一柵氧化層的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的方法，其特征在于，在步驟(6)中，在所述第二柵氧化層生長之前，使用濕法清洗方法去除溝槽表面的缺陷和雜質(zhì)；所述濕法清洗方法包括:用氫氧化銨和過氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的顆粒和有機物雜質(zhì)，以及用鹽酸和過氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的金屬雜質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(7)中，所述的多晶硅被用作為溝槽柵的導(dǎo)電電極，使用化學(xué)氣相淀積方法在溝槽內(nèi)填充多晶硅。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(8)中，在所述光刻之前，采用干法回刻或化學(xué)機械研磨的方法對步驟(7)所形成的多晶硅進行平坦化處理。
【文檔編號】H01L21/28GK103839791SQ201210473216
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】郭曉波, 孟鴻林 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司