一种改善形貌的深沟槽制造方法及深沟槽技术

本申请公开了一种改善形貌的深沟槽制造方法，包括：在外延层上形成ONO层；穿透ONO层并在外延层中形成沟槽的第一部分；在沟槽的第一部分的侧壁形成侧墙；在沟槽的第一部分的底部向下刻蚀，新刻蚀的区域称为沟槽的第二部分，沟槽的第一部分和第二部分的总和构成了完整的沟槽；在沟槽的第二部分的侧壁和底部热氧化生长出第四氧化硅；先去除第四氧化硅和侧墙，再去除ONO层中的第二氧化硅和第一氮化硅，仅保留第一氧化硅。本申请通过一次光刻和两次沟槽刻蚀以改善沟槽形貌，最终提升了沟槽型超级结器件的反向击穿电压。

【技术实现步骤摘要】
一种改善形貌的深沟槽制造方法及深沟槽
本申请涉及一种沟槽型超级结器件的深沟槽制造方法。
技术介绍
申请公布号为CN103035677A、申请公布日为2013年4月10日的中国专利技术专利申请在其说明书的
技术介绍
部分对于超级结MOSFET(金属-氧化物型场效应晶体管)进行了简要介绍。超级结器件除了包含超级结MOSFET外，还包含超级结JFET(结型场效应晶体管)、超级结肖特基二极管、超级结IGBT(绝缘栅双极晶体管)等，这些超级结器件的共同点是都具有超级结结构。请参阅图1a，这是一种现有的超级结JFET的结构示意图，在n型外延层中具有交替排列的p型立柱(pillar，也称为纵向区)和n型立柱。这种在硅材料中所具有的交替排列的p型立柱和n型立柱就被称为超级结结构。一种典型的超级结结构的制造工艺是在硅材料(例如n型外延层)刻蚀多个深沟槽(deeptrench)，然后以p型硅填充这些沟槽而形成p型立柱。相邻两个p型立柱之间的n型外延层就作为n型立柱，如图1b所示。采用这种制造工艺形成超级结结构的超级结器件被称为沟槽型超级结器件。制造沟槽型超级结器件时，深沟槽的形貌至关重要。但是由于刻蚀工艺的限制，一般可获得的深沟槽形貌较差，表现为沟槽侧壁较为倾斜，沟槽开口宽度(topCD)与沟槽底部宽度(bottomCD)具有较大差异。当沟槽较浅时，沟槽形貌对器件性能的影响较小。当沟槽CD(关键尺寸)在5μm以内，沟槽深度在40μm以上时，沟槽形貌带来的沟槽开口和底部的宽度差异将会很大，这对于沟槽型超级结器件的反向击穿电压的提升非常不利。请参阅图2，假设深沟槽的开口宽度为4μm，深度为40μm，工艺能够实现的沟槽侧壁与沟槽底部之间的夹角为102°，此时沟槽底部宽度仅为1.2μm。由于沟槽开口宽度和沟槽底部宽度的实际差异太大，超级结在沟槽开口和沟槽底部难以同时取得电荷平衡，严重影响器件的反向击穿电压。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是提供一种深沟槽刻蚀方法，可以改善沟槽形貌使得沟槽侧壁较为垂直，减小沟槽开口宽度与沟槽底部宽度的差异。为解决上述技术问题，本申请改善形貌的深沟槽制造方法包括如下步骤：第1步，在外延层上形成ONO层，所述ONO层自下而上包括第一氧化硅、第一氮化硅、第二氧化硅；第2步，采用光刻和干法刻蚀工艺穿透ONO层并在外延层中形成沟槽的第一部分；第3步，在硅片表面依次形成第三氧化硅和第二氮化硅，再采用干法反刻第二氮化硅和第三氧化硅从而在沟槽的第一部分的侧壁形成侧墙；第4步，在沟槽的第一部分的底部向下刻蚀，新刻蚀的区域称为沟槽的第二部分，沟槽的第一部分和第二部分的总和构成了完整的沟槽；第5步，在沟槽的第二部分的侧壁和底部热氧化生长出第四氧化硅；所耗费的硅使得沟槽的第二部分的底部宽度大致等于沟槽的第一部分的底部宽度、和/或沟槽的第二部分的开口宽度大致等于沟槽的第一部分的开口宽度；第6步，先去除第四氧化硅和侧墙，再去除ONO层中的第二氧化硅和第一氮化硅，仅保留第一氧化硅。本申请的深沟槽自上而下分为沟槽的第一部分和沟槽的第二部分，这两部分的底部宽度大致相同、和/或这两部分的开口宽度大致相同。本申请通过一次光刻和两次沟槽刻蚀以改善沟槽形貌，适用于深度大于或等于20μm的深沟槽，最终提升了沟槽型超级结器件的反向击穿电压。附图说明图1a是一种现有的超级结JFET的结构示意图；图1b是沟槽型超级结器件的超级结结构制造工艺示意图；图2是现有工艺制造的深沟槽形貌示意图；图3a至图3g是本申请的深沟槽制造方法的各步骤示意图。具体实施方式本申请提供的沟槽型超级结器件的超级结结构的制造方法如下所示：第1步，请参阅图3a，在n型外延层上形成ONO(氧化物-氮化物-氧化物)层作为后续深沟槽刻蚀的硬掩模(hardmask)层。所述n型外延层例如已形成有后续光刻工艺用于对准的零层标记(zeromark)。所述ONO层例如先是热氧化生长或淀积一层氧化硅(称为第一氧化硅)，厚度约再淀积一层氮化硅(称为第一氮化硅)，厚度约最后淀积一层氧化硅(称为第二氧化硅)，厚度约0.5～3μm。所述ONO层中的各部分厚度可根据实际需求增加或减少。第2步，请参阅图3b，先采用光刻工艺以光刻胶定义出沟槽位置，然后采用干法刻蚀工艺在所述沟槽位置穿透ONO层并在n型外延层中形成沟槽的第一部分，最后去除光刻胶。所述沟槽的第一部分的深度大致相当于沟槽总深度的一半。这一步干法刻蚀之后，ONO层最上方的第二氧化硅仍保留超过一半厚度。第3步，请参阅图3c，先在硅片表面热氧化生长或淀积一层氧化硅(称为第三氧化硅)，厚度约第三氧化硅必然覆盖沟槽的第一部分的底部。然后再淀积一层氮化硅(称为第二氮化硅)，厚度约具体厚度根据深沟槽深度和刻蚀选择比决定。之后利用各向异性的干法刻蚀工艺对第二氮化硅和第三氧化硅进行回刻(反刻)，直至硅片表面和沟槽第一部分底部的第二氮化硅和第三氧化硅全部去除，在沟槽的第一部分的侧壁仍保留由第二氮化硅和第三氧化硅所形成的侧墙。第4步，请参阅图3d，在沟槽的第一部分的底部向下刻蚀，新刻蚀的区域称为沟槽的第二部分，这一步刻蚀后沟槽的总深度达到所需深度。上一次刻蚀沟槽的第一部分(第2步)后残留的ONO层作为本次刻蚀沟槽的第二部分的硬掩模层，第3步所形成的侧墙保护沟槽的第一部分的侧壁。第5步，请参阅图3e，采用热氧化生长工艺在硅片上形成氧化硅(称为第四氧化硅)。由于硅片表面有ONO层保护，沟槽的第一部分的侧壁有侧墙保护，因此这一步只在沟槽的第二部分的侧壁和底部通过热氧化生长出第四氧化硅。热氧化生长氧化硅需要耗费一定厚度的硅，这一步用来使沟槽的第二部分(去除第四氧化硅后)的底部宽度b大致等同于沟槽的第一部分(去除侧墙后)的底部宽度a，和/或使沟槽的第二部分(去除第四氧化硅后)的开口宽度d大致等同于沟槽的第一部分(去除侧墙后)的开口宽度c，如图3f所示。第6步，请参阅图3f，先去除第四氧化硅和侧墙，例如采用湿法腐蚀工艺。再对沟槽的侧壁进行修复氧化。接着去除硬掩模层中的第二氧化硅和第一氮化硅，仅保留第一氧化硅用于后续的外延填充(EPIFilling)工艺。第7步，请参阅图3g，采用选择性的外延填充工艺在深沟槽中填充单晶硅以形成填充结构，可根据实际需要使所填充的单晶硅具有掺杂以达到一定电阻率。之后用CMP(化学机械研磨)工艺去除硬掩模层(此时仅为第一氧化硅)之上的单晶硅。接着去除硬掩模层。所述填充结构就可作为p型立柱，两个相邻的p型立柱之间的n型外延层就可作为n型立柱，至此超级结结构制作完成。后续可以形成完整的沟槽型超级结器件。上述方法的第1步至第6步为本申请的改善形貌的深沟槽制造方法，将各部分掺杂类型变为相反也是可行的。与现有的深沟槽制造方法相比，本申请并不增加光刻掩模版的数量，而是通过一次光刻和两次沟槽刻蚀的方法达到改善沟槽形貌的目的，最终提升了沟槽型超级结器件的反向击穿电压(BV)。请参阅图3f，采用上述方法所形成的深沟槽自上而下分为沟槽的第一部分和沟槽的第二部分，这两部分的底部宽度大致相同(即a≈b)、和/或这两部分的开口宽度大致相同(即c≈d)。显然，a≤b，c≤d。此外，从沟槽开口到沟槽底部不再是光滑侧壁，而是在沟槽的两个部分的交界处具有一个瓶颈部，该瓶颈部就是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善形貌的深沟槽制造方法，其特征是，包括如下步骤：第1步，在外延层上形成ONO层，所述ONO层自下而上包括第一氧化硅、第一氮化硅、第二氧化硅；第2步，采用光刻和干法刻蚀工艺穿透ONO层并在外延层中形成沟槽的第一部分；第3步，在硅片表面依次形成第三氧化硅和第二氮化硅，再采用干法反刻第二氮化硅和第三氧化硅从而在沟槽的第一部分的侧壁形成侧墙；第4步，在沟槽的第一部分的底部向下刻蚀，新刻蚀的区域称为沟槽的第二部分，沟槽的第一部分和第二部分的总和构成了完整的沟槽；第5步，在沟槽的第二部分的侧壁和底部热氧化生长出第四氧化硅；所耗费的硅使得沟槽的第二部分的底部宽度大致等于沟槽的第一部分的底部宽度、和/或沟槽的第二部分的开口宽度大致等于沟槽的第一部分的开口宽度；第6步，先去除第四氧化硅和侧墙，再去除ONO层中的第二氧化硅和第一氮化硅，仅保留第一氧化硅。

【技术特征摘要】
1.一种改善形貌的深沟槽制造方法，其特征是，包括如下步骤：第1步，在外延层上形成ONO层，所述ONO层自下而上包括第一氧化硅、第一氮化硅、第二氧化硅；第2步，采用光刻和干法刻蚀工艺穿透ONO层并在外延层中形成沟槽的第一部分所述沟槽的第一部分的深度相当于沟槽总深度的一半；第3步，在硅片表面依次形成第三氧化硅和第二氮化硅，再采用干法反刻第二氮化硅和第三氧化硅从而在沟槽的第一部分的侧壁形成侧墙；第4步，在沟槽的第一部分的底部向下刻蚀，新刻蚀的区域称为沟槽的第二部分，沟槽的第一部分和第二部分的总和构成了完整的沟槽；第5步，在沟槽的第二部分的侧壁和底部热氧化生长出第四氧化硅；所耗费的硅使得沟槽的第二部分的底部宽度等于沟槽的第一部分的底部宽度，沟槽的第二部分的开口宽度等于沟槽的第一部分的开口宽度；第6步，先去除第四氧化硅和侧墙，再去除ONO层中的第二氧化硅和第一氮化硅，仅保留第一氧化硅。2.根据权利要求1所述的改善形貌的深沟槽制造方法，其特征是，所述方法第1步中，所述外延层已形成有后续光刻工艺用于对准的零层标记。3.根据权利要求1所述的改善形貌的深沟槽制造方法，其特征是，所述方法第1步中，形成所述ONO层包括先热氧化生长或淀积第一氧化硅，再淀积第一氮化硅，最后淀积第二氧化硅。4.根据权利要求3所述的改善形貌的深沟槽制造方法，其特征是，所述方法第1步中，第一氧化硅的厚度为100～2000Å；第一氮化硅的厚度为100～1500Å；第二氧化硅的厚度为0.5～3μm。5.根据权利要求1所述的改善形貌的深沟槽制造方法，其特征是，所述方法第2步中，在干法刻蚀之后ONO层最上方的第二氧化硅仍保留超过一半厚度。6.根据权利要求1所述的改善形貌的深沟槽制造方法，其特征是，所述方法第2步中，所述ONO层作为刻蚀沟槽的第一部分的硬掩模层。7.根据权利要求1所述的改善形貌的深沟槽制造方法，其特征是，所述方法第3步中，形成第三氧化硅采用热氧化生长或淀积工艺，形成第二氮化硅采用淀积工艺。8.根据权利要求1所述的改善形貌的深沟槽制造方法，其特征是，所述方法第2步中，第三氧化硅的厚度为100～2000Å；第二氮化硅的厚度为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31