一種溝槽型mos器件中溝槽柵的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種溝槽型MOS器件中溝槽柵的制備方法，其特征是溝槽底部的柵氧化膜較溝槽側(cè)壁的柵氧化膜厚，包括以下步驟：1在需要制作溝槽柵的硅片上經(jīng)光刻和刻蝕的方法形成溝槽；2第一柵氧化膜的生長(zhǎng)；3光刻膠的旋涂；4部分去除光刻膠，保留溝槽底部的光刻膠；5去除溝槽側(cè)壁以及硅片表面的第一柵氧化膜，保留溝槽底部的第一柵氧化膜,然后去除溝槽底部的光刻膠；6第二柵氧化膜的生長(zhǎng)；7多晶硅的填充；8通過(guò)回刻或化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)多晶硅平坦化，形成最終的溝道柵。本發(fā)明能減少柵極和漏極之間的寄生電容，提高溝槽型MOS器件的開(kāi)關(guān)速度，降低開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)也可以解決溝槽型MOS器件在溝槽底部容易發(fā)生電擊穿的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種溝槽型MOS器件中溝槽柵的制備方法
【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，尤其涉及一種溝槽型MOS器件中溝槽柵的制備方法。
【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(wú)法滿(mǎn)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)，從而是導(dǎo)通通道轉(zhuǎn)移到硅片的縱向方向，這樣做有三個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1)縮小器件面積，進(jìn)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(dòng)，有效地抑制了 pnpn閂鎖效應(yīng)(pnpn閂鎖效應(yīng)指當(dāng)器件的工作電流比閂鎖臨界電流大時(shí)，器件的寄生pnpn管會(huì)導(dǎo)通，而此時(shí)實(shí)際控制器件的MOS管可能還沒(méi)導(dǎo)通，因此就無(wú)法由外電路通過(guò)MOS管來(lái)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(lái)控制MOS器件的開(kāi)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)柵氧化膜800的生長(zhǎng)；(4)多晶硅600的填充；(5)通過(guò)回刻或化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)多晶硅平坦化，形成最終的由多晶硅600和柵氧化膜800組成的溝槽柵結(jié)構(gòu)。在上述方法中，溝槽底部的柵氧化膜厚度與溝槽側(cè)壁的柵氧化膜厚度基本一致，因此柵極和漏極之間的寄生電容較大，影響了溝槽型MOS器件的開(kāi)關(guān)速度；同時(shí)，由于在溝槽底部拐角700處曲率很大，電場(chǎng)容易集中，所以在這個(gè)部位最容易發(fā)生電擊穿而影響器件整體的擊穿電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種溝槽型MOS器件中溝槽柵的制備方法，通過(guò)增加溝槽型MOS器件中溝槽底部柵氧化膜的厚度，以此減少柵極和漏極之間的寄生電容，提高溝槽型MOS器件的開(kāi)關(guān)速度，降低開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)解決溝槽型MOS器件在溝槽底部容易發(fā)生電擊穿的問(wèn)題。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，一種溝槽型MOS器件中溝槽柵的制備方法，該溝槽底部的柵氧化膜較溝槽側(cè)壁的柵氧化膜厚，該方法包括以下步驟:
[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)第一柵氧化膜的生長(zhǎng)；
[0008](3)光刻膠的旋涂；
[0009](4)部分去除光刻膠，保留溝槽底部的光刻膠；
[0010](5)去除溝槽側(cè)壁以及硅片表面的第一柵氧化膜，保留溝槽底部的第一柵氧化膜，然后去除溝槽底部的光刻膠；
[0011](6)第二柵氧化膜的生長(zhǎng)；
[0012](7)多晶硅的填充；
[0013](8)通過(guò)回刻或化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)多晶硅平坦化，形成最終的溝道柵。
[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，在所述第一柵氧化膜生長(zhǎng)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(guò)氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的顆粒和有機(jī)物雜質(zhì)，以及用鹽酸和過(guò)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(guò)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(guò)濕法刻蝕的方法去除所述的二氧化硅，以達(dá)到去除溝槽表面的缺陷和雜質(zhì)的目的。所述第一柵氧化膜使用熱氧化法生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)溫度為750-1100°C，所述第一柵氧化膜的厚度為50-5000納米，且所述第一柵氧化膜厚度大于后續(xù)第二柵氧化膜厚的厚度。
[0016]在步驟(4)中，所述光刻膠的去除使用泛曝光和顯影的方式；所述保留的溝槽底部的光刻膠的厚度為0.1-10微米。
[0017]在步驟(5)中，所述第一柵氧化膜的去除使用濕法刻蝕的方法，所述的濕法刻蝕以步驟(4)所形成的溝槽底部的光刻膠為刻蝕掩膜。
[0018]在步驟(6)中，所述第二柵氧化膜使用熱氧化法生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)溫度為750-1100°C，所述第二柵氧化膜厚度`為50-5000納米，且小于步驟(2)中所述第一柵氧化膜的厚度。在所述第二柵氧化膜生長(zhǎng)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(guò)氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的顆粒和有機(jī)物雜質(zhì)，以及用鹽酸和過(guò)氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的金屬雜質(zhì)。
[0019]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。
[0020]在步驟(8)中，所述的回刻或化學(xué)機(jī)械研磨以硅片表面的第二柵氧化膜為終止層，平坦化處理后硅片表面的多晶硅被去除，而溝槽內(nèi)的多晶硅則得以保留，形成溝槽型MOS器件的溝槽柵。
[0021]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(guò)增加溝槽型MOS器件中溝槽底部柵氧化膜的厚度，減少了柵極和漏極之間的寄生電容，提高了溝槽型MOS器件的開(kāi)關(guān)速度，降低了開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)解決了溝槽型MOS器件在溝槽底部容易發(fā)生電擊穿的問(wèn)題。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]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；
[0023]圖2是本發(fā)明的一種溝槽型MOS器件的溝槽柵的制備方法流程圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的一種溝槽型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(1)完成后的示意圖；圖3(B)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；
[0025]圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0026]100-硅片，200-溝槽，300-第一柵氧化膜，301-溝槽底部的第一柵氧化膜，400-光刻膠，401-溝槽底部的光刻膠，500-第二柵氧化膜，600-多晶硅，700-溝槽底部拐角，800-柵氧化膜。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0028]如圖2和圖3所示，本發(fā)明的一種溝槽型MOS器件中溝槽柵的制備方法，其特征是溝槽底部的柵氧化膜較溝槽側(cè)壁的柵氧化膜厚，包括以下步驟:
[0029](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(shí)施例采用以光刻膠圖形為掩膜，經(jīng)過(guò)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。
[0030](2)如圖3(B)所示，在全硅片上生長(zhǎng)第一柵氧化膜300:所述第一柵氧化膜300使用熱氧化法生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)溫度為750-1100°C，且所述第一柵氧化膜300的厚度為50-5000納米，為了使溝槽底部的第一柵氧化膜301的厚度大于溝槽200側(cè)壁柵氧化膜的厚度，所述第一柵氧化膜300的厚度要大于后續(xù)步驟(6)中第二柵氧化膜500的厚度；另外，為了獲得高質(zhì)量的柵氧化膜，一般在生長(zhǎng)柵氧化膜之前，會(huì)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(guò)氧化氫去離子水的混合液)去除溝槽200表面的顆粒和有機(jī)物雜質(zhì)以及用SC2溶液(鹽酸/過(guò)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(guò)熱氧的方法使溝槽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(guò)濕法刻蝕的方法去除所述的二氧化硅，以達(dá)到去除溝槽200表面的缺陷和雜質(zhì)的目的。
[0031](3)如圖3(C)所示，光刻膠400的旋涂:由于光刻膠400的可流動(dòng)性，經(jīng)旋涂之后能夠?qū)喜?00的內(nèi)部完全填滿(mǎn)。
[0032](4)如圖3(D)所示，部分去除光刻膠400，保留溝槽底部的光刻膠401:所述光刻膠400的去除使用泛曝光(即沒(méi)有掩膜版的曝光)和顯影的方式，使得除溝槽200底部以外(溝槽200的側(cè)壁和上表面)的光刻膠曝光,而位于溝槽底部的光刻膠401因?yàn)樯疃容^大以及光刻膠400對(duì)曝光光強(qiáng)的吸收，泛曝光不足以使溝槽底部的光刻膠401曝光，顯影后就可以去除除溝槽200底部以外的光刻膠，而保留溝槽底部的光刻膠401，保留的溝槽底部的光刻膠401的厚度可以通過(guò)調(diào)節(jié)泛曝光的能量和聚焦點(diǎn)來(lái)控制，根據(jù)工藝需求，其厚度范圍為0.1-10微米。
[0033](5)如圖3(E)所示，去除溝槽側(cè)壁以及硅片表面的第一柵氧化膜300，保留溝槽底部的第一柵氧化膜301，然后去除溝槽底部的光刻膠401:所述第一柵氧化膜300的去除使用濕法刻蝕的方法，可以使用業(yè)界常用的氫氟酸為主要刻蝕劑的濕法刻蝕方法，所述的濕法刻蝕以步驟(4)所形成的溝槽底部的光刻膠401為刻蝕掩膜；為了防止干法刻蝕中等離子體對(duì)已形成的溝槽底部的第一柵氧化膜301的物理轟擊損傷，所述的去除溝槽底部的光刻膠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。
[0034](6)如圖3(F)所示，在全硅片上生長(zhǎng)第二柵氧化膜500 ;所述第二柵氧化膜500的生長(zhǎng)使用熱氧化法，其生長(zhǎng)溫度為750-1100°C，所述第二柵氧化膜500的厚度為50-5000納米，如步驟(2)中所述，第二柵氧化膜500的厚度小于第一柵氧化膜300的厚度；需要說(shuō)明的是，在第二柵氧化膜500的生長(zhǎng)之前，因?yàn)闇喜鄣撞康牡谝粬叛趸?01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(lái)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。
[0035](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。
[0036](8)如圖3 (H)所示，通過(guò)回刻或化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)多晶硅600平坦化，形成最終的溝道柵:所述的回刻或化學(xué)機(jī)械研磨以硅片表面(即溝槽200的上表面)的第二柵氧化膜500為終止層(Endpoint)，平坦化處理后硅片表面的多晶硅600被去除，而溝槽200內(nèi)的多晶硅600則得以保留，形成溝槽型MOS器件的溝槽柵。
[0037]本發(fā)明通過(guò)增加溝槽型MOS器件中溝槽底部柵氧化膜(即圖3(H)中溝槽底部的第一柵氧化膜301)的厚度，減少了溝槽底部的電容，也即柵極和漏極之間的寄生電容，提高了溝槽型MOS器件的開(kāi)關(guān)速度，降低了開(kāi)關(guān)損耗；同時(shí)由于在溝槽底部拐角700處獲得了相對(duì)較厚的柵氧化膜，能夠承受較傳統(tǒng)方法更高的擊穿電壓，因此解決了傳統(tǒng)的溝槽型MOS器件在溝槽底部拐角700處因曲率很大(見(jiàn)圖1)，電場(chǎng)容易集中，在溝槽底部容易發(fā)生電擊穿的問(wèn)題。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽型MOS器件中溝槽柵的制備方法，其特征是溝槽底部的柵氧化膜較溝槽側(cè)壁的柵氧化膜厚，該方法包括以下步驟: (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)第一柵氧化膜的生長(zhǎng)； (3)光刻膠的旋涂； (4)部分去除光刻膠，保留溝槽底部的光刻膠； (5)去除溝槽側(cè)壁以及硅片表面的第一柵氧化膜，保留溝槽底部的第一柵氧化膜，然后去除溝槽底部的光刻膠； (6)第二柵氧化膜的生長(zhǎng)； (7)多晶硅的填充； (8)通過(guò)回刻或化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)多晶硅平坦化，形成最終的溝道柵。
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，在所述第一柵氧化膜生長(zhǎng)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，所述第一柵氧化膜使用熱氧化法生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)溫度為750-1100°C ;所述第一柵氧化膜的厚度為50-5000納米，且所述第一柵氧化膜厚度大于后續(xù)步驟(6)所述第二柵氧化膜的厚度。
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(guò)氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的顆粒和有機(jī)物雜質(zhì)，以及用鹽酸和過(guò)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(guò)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(guò)濕法刻蝕的方法去除所述的二氧化硅，以達(dá)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(4)中，所述光刻膠的去除使用泛曝光和顯影的方式；所述保留的溝槽底部的光刻膠的厚度為0.1-10微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中，所述第一柵氧化膜的去除使用濕法刻蝕的方法，所述的濕法刻蝕以步驟(4)所形成的溝槽底部的光刻膠為刻蝕掩膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(6)中，所述第二柵氧化膜使用熱氧化法生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)溫度為750-1100°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的方法，其特征在于，在步驟(6)中，所述第二柵氧化膜的厚度為50-5000納米，且小于步驟(2)中所述第一柵氧化膜的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的方法，其特征在于，在步驟(6)中，在所述第二柵氧化膜生長(zhǎng)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(guò)氧化氫去離子水的混合液去除溝槽表面的顆粒和有機(jī)物雜質(zhì)，以及用鹽酸和過(guò)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，所述的回刻或化學(xué)機(jī)械研磨以硅片表面的第二柵氧化膜為終止層，平坦化處理后硅片表面的多晶硅被去除，而溝槽內(nèi)的多晶硅則得 以保留，形成溝槽型MOS器件的溝槽柵。
【文檔編號(hào)】H01L21/28GK103824764SQ201210468885
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月19日
【發(fā)明者】郭曉波 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司