具有沟槽内渐变厚度的场板结构的半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种具有沟槽内渐变厚度的场板结构的半导体器件的制造方法，包括：在晶圆表面形成沟槽；通过淀积向沟槽内填充氧化硅；将沟槽内的氧化硅通过刻蚀去除掉表面的一部分；通过热氧化在沟槽顶部的拐角处形成氧化硅拐角结构；在晶圆表面淀积含氮化合物；干法刻蚀含氮化合物，氧化硅拐角结构表面形成向沟槽内延伸的含氮化合物侧壁残留；以含氮化合物侧壁残留为掩膜，将沟槽内的氧化硅通过刻蚀去除掉表面的一部分；重复执行以上三个步骤，直至将沟槽内的氧化硅刻蚀至所需的底部氧化硅厚度；去除沟槽内的含氮化合物，向沟槽内填入多晶硅。本发明专利技术减少了氧化时间，提高了生产效率。且减少了衬底杂质向外延层的反扩，同时工艺简单。

Manufacturing Method of Semiconductor Devices with Field Plate Structure with Gradual Thickness in Grooves

The invention relates to a manufacturing method of semiconductor devices with field plate structure with gradient thickness in grooves, including: forming grooves on the surface of wafers; filling silicon oxide into grooves by deposition; removing part of the surface by etching the silicon oxide in grooves; forming silicon oxide corner structure at the corner of the top of grooves by thermal oxidation; and depositing nitriding on the surface of wafers. Compounds; dry etching of nitrogen compounds, silicon oxide corner structure surface to form nitrogen compounds extending into the groove side wall residue; using nitrogen compounds side wall residue as a mask, silicon oxide in the groove is removed by etching part of the surface; repeat the above three steps until the silicon oxide in the groove is etched to the required bottom silicon oxide thickness; remove the groove side wall residue. The nitrogen-containing compounds are filled with polycrystalline silicon into the groove. The invention reduces oxidation time and improves production efficiency. It also reduces the backpropagation of substrate impurities to epitaxy layer, and the process is simple.

【技术实现步骤摘要】
具有沟槽内渐变厚度的场板结构的半导体器件的制造方法
本专利技术涉及半导体制造领域，特别是涉及一种具有沟槽内渐变厚度的场板结构的半导体器件的制造方法。
技术介绍
为了降低能耗、节省能源，低压功率金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)技术在进行持续的技术改进，场板、超结等器件结构也由高压功率器件移植到低压器件中，并加以改进和优化，以降低低压功率器件的比导通电阻。这其中，基于恒定厚度的具有沟槽场板结构的MOSFET尤为常见。但正由于恒定的场板介质厚度导致了电势、电场的分布不均，使得器件特性难以优化。基于已有的深槽刻蚀技术，如何简化工艺流程、节省mask层数，达到相同特性的多层渐变厚度的器件隔离结构，是业界持续改善、优化的方向。一种传统的具有深槽内渐变厚度的场板的半导体器件的制造方法是在深槽内壁化学气相淀积(CVD)薄氧层，然后形成一层牺牲层，之后etch-back(回刻)牺牲层至一定深度，同时并刻蚀该薄氧层；第二次氧化层通过热氧化形成、再次形成牺牲层、然后再次回刻牺牲层并刻蚀氧化层，由此在第一次薄氧层上累加第二次热氧化形成的较厚的氧化层。之后的氧化层、牺牲层、刻蚀与上述类似，直至最后形成底部厚氧、顶部薄氧的多层渐变厚度的槽内场板结构。然而该制造方法包括多次氧化、回刻，一定程度上增加了衬底向外延层的杂质反扩、同时增加了工艺时间、降低了生产效率。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种生产效率较高的具有沟槽内渐变厚度的场板结构的半导体器件的制造方法。一种具有沟槽内渐变厚度的场板结构的半导体器件的制造方法，包括：步骤A，在晶圆表面形成沟槽；步骤B，通过淀积向所述沟槽内填充氧化硅；步骤C，通过刻蚀去除掉沟槽内的氧化硅表面的一部分；步骤D，通过热氧化在沟槽顶部的拐角处形成氧化硅拐角结构，所述氧化硅拐角结构为从拐角处往下、位于沟槽内部的氧化硅逐渐变厚的结构；步骤E，在晶圆表面淀积含氮化合物，覆盖所述沟槽内的氧化硅表面及所述氧化硅拐角结构表面；步骤F，干法刻蚀所述含氮化合物，将沟槽内的氧化硅表面的含氮化合物去除，所述氧化硅拐角结构表面形成向沟槽内延伸的含氮化合物侧壁残留；步骤G，以所述含氮化合物侧壁残留为掩膜，通过刻蚀去除掉沟槽内的氧化硅表面的一部分；依次重复执行步骤E至步骤G，直至将沟槽内的氧化硅刻蚀至所需的底部氧化硅厚度，每执行一次步骤F所述含氮化合物侧壁残留就进一步向沟槽内延伸，所述沟槽内的氧化硅包括底部氧化硅和侧壁氧化硅，所述侧壁氧化硅的厚度从沟槽顶部至沟槽底部逐渐增厚；步骤H，去除所述沟槽内的含氮化合物；步骤I，向所述沟槽内填入多晶硅。在其中一个实施例中，所述步骤B之前还包括对所述沟槽进行侧壁氧化的步骤。在其中一个实施例中，所述步骤B是采用高密度等离子化学气相淀积工艺填充氧化硅。在其中一个实施例中，所述半导体器件是金属氧化物半导体场效应管。在其中一个实施例中，所述步骤A之前在晶圆表面形成有氮化硅层，所述步骤A是将所述氮化硅层刻穿形成所述沟槽。在其中一个实施例中，所述去除所述沟槽内的含氮化合物的步骤是通过浓磷酸湿法去除含氮化合物。在其中一个实施例中，所述在所述下层多晶硅上形成隔离氧化硅是生长高温氧化膜。在其中一个实施例中，所述通过热氧化在沟槽顶部的拐角处形成氧化硅拐角结构的步骤中，氧化温度为800～950摄氏度。在其中一个实施例中，所述步骤A和所述步骤F的刻蚀是采用CHCl3和/或CH2Cl2作为刻蚀剂。在其中一个实施例中，所述含氮化合物是氮化硅。上述具有沟槽内渐变厚度的场板结构的半导体器件的制造方法，沟槽内的氧化硅组成的场板结构无需通过每回刻一次就进行一次热氧化的方式来形成，减少了氧化时间，提高了生产效率。且减少了衬底杂质向外延层的反扩，同时工艺简单，对沟槽刻蚀的深宽比没有过分严格要求。附图说明图1是一实施例中具有沟槽内渐变厚度的场板结构的半导体器件的制造方法的流程图；图2至图6是一实施例中采用具有沟槽内渐变厚度的场板结构的半导体器件的制造方法制造的器件在制造过程中的剖视图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的首选实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“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。本文所使用的半导体领域词汇为本领域技术人员常用的技术词汇，例如对于P型和N型杂质，为区分掺杂浓度，简易的将P+型代表重掺杂浓度的P型，P型代表中掺杂浓度的P型，P-型代表轻掺杂浓度的P型，N+型代表重掺杂浓度的N型，N型代表中掺杂浓度的N型，N-型代表轻掺杂浓度的N型。图1是一实施例中具有沟槽内渐变厚度的场板结构的半导体器件的制造方法的流程图，包括下列步骤：S110，在晶圆表面形成沟槽。可以采用本领域习知的工艺在晶圆(本实施例中为硅片)表面刻蚀出深槽，具体深度可以根据器件的设计参数参照现有技术进行选择。在本实施例中，刻蚀形成沟槽之前可以先在晶圆表面形成一层氮化硅膜，再于氮化硅膜上通过光刻胶图案化出刻蚀窗口，再通过刻蚀窗口刻穿氮化硅膜形成沟槽，刻蚀完成后沟槽顶部的周围形成有氮化硅层。在本实施例中，沟槽的刻蚀是采用CHCl3和/或CH2Cl2作为刻蚀剂进行干法刻蚀，在其他实施例中也可以采用其他本领域习知的沟槽刻蚀工艺进行刻蚀。在一个实施例中，通过外延工艺在高掺杂浓度的衬底上外延出低掺杂浓度的外延层，刻蚀得到的沟槽是形成于外延层中。S120，通过淀积向沟槽内填充氧化硅。通过淀积工艺形成氧化硅(SiOx)层的速度远大于传统的通过热氧化生长氧化硅层的速度。在本实施例中，步骤S120是采用高密度等离子化学气相淀积(HDPCVD)工艺进行氧化硅的淀积，可以获得较好的形貌。在其他实施例中也可以根据实际需求采用其他本领域习知的淀积工艺淀积氧化硅层。淀积完后可以通过化学机械研磨(CMP)将多余的氧化硅层去除，即将露出于沟槽外面的氧化硅层去除。对于步骤S110采用氮化硅作为硬掩膜刻蚀出沟槽的实施例，CMP是将氧化硅层研磨至该氮化硅层。S130，通过刻蚀去除掉沟槽内的氧化硅表面的一部分。可以采用干法刻蚀，利用其各向异性获得合适的形貌。在其中一个实施例中，步骤S130选用高密度等离子刻蚀的工艺进行刻蚀。S140，通过氧化在沟槽顶部的拐角处形成氧化硅拐角结构。为了后续步骤中得到的含氮化合物侧壁残留能形成本方案所需的形貌，在刻蚀后通过氧化形成特殊的拐角形貌，即在沟槽内的氧化硅表面形成类似于半球形的凹面。从拐角处往下、位于沟槽内部的氧化硅逐渐变厚，从而形成圆滑的拐角，如图2所示。图2中在硅片的表面形成有沟槽，沟槽内填充有氧化硅202，沟槽顶部的周围形成有氮化硅层302。在本实施例中通过800～950摄氏度的低温氧化来得到该氧化硅拐角结构。采用低温氧化是因为专利技术人发现若采用较高的温度(例如1000摄氏度的牺牲氧化)，则晶圆的高浓度衬底中的掺杂离子容易反扩至低浓度的外延层10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有沟槽内渐变厚度的场板结构的半导体器件的制造方法，包括：步骤A，在晶圆表面形成沟槽；步骤B，通过淀积向所述沟槽内填充氧化硅；步骤C，通过刻蚀去除掉沟槽内的氧化硅表面的一部分；步骤D，通过热氧化在沟槽顶部的拐角处形成氧化硅拐角结构，所述氧化硅拐角结构为从拐角处往下、位于沟槽内部的氧化硅逐渐变厚的结构；步骤E，在晶圆表面淀积含氮化合物，覆盖所述沟槽内的氧化硅表面及所述氧化硅拐角结构表面；步骤F，干法刻蚀所述含氮化合物，将沟槽内的氧化硅表面的含氮化合物去除，所述氧化硅拐角结构表面形成向沟槽内延伸的含氮化合物侧壁残留；步骤G，以所述含氮化合物侧壁残留为掩膜，通过刻蚀去除掉沟槽内的氧化硅表面的一部分；依次重复执行步骤E至步骤G，直至将沟槽内的氧化硅刻蚀至所需的底部氧化硅厚度，每执行一次步骤F所述含氮化合物侧壁残留就进一步向沟槽内延伸，所述沟槽内的氧化硅包括底部氧化硅和侧壁氧化硅，所述侧壁氧化硅的厚度从沟槽顶部至沟槽底部逐渐增厚；步骤H，去除所述沟槽内的含氮化合物；步骤I，向所述沟槽内填入多晶硅。

【技术特征摘要】
1.一种具有沟槽内渐变厚度的场板结构的半导体器件的制造方法，包括：步骤A，在晶圆表面形成沟槽；步骤B，通过淀积向所述沟槽内填充氧化硅；步骤C，通过刻蚀去除掉沟槽内的氧化硅表面的一部分；步骤D，通过热氧化在沟槽顶部的拐角处形成氧化硅拐角结构，所述氧化硅拐角结构为从拐角处往下、位于沟槽内部的氧化硅逐渐变厚的结构；步骤E，在晶圆表面淀积含氮化合物，覆盖所述沟槽内的氧化硅表面及所述氧化硅拐角结构表面；步骤F，干法刻蚀所述含氮化合物，将沟槽内的氧化硅表面的含氮化合物去除，所述氧化硅拐角结构表面形成向沟槽内延伸的含氮化合物侧壁残留；步骤G，以所述含氮化合物侧壁残留为掩膜，通过刻蚀去除掉沟槽内的氧化硅表面的一部分；依次重复执行步骤E至步骤G，直至将沟槽内的氧化硅刻蚀至所需的底部氧化硅厚度，每执行一次步骤F所述含氮化合物侧壁残留就进一步向沟槽内延伸，所述沟槽内的氧化硅包括底部氧化硅和侧壁氧化硅，所述侧壁氧化硅的厚度从沟槽顶部至沟槽底部逐渐增厚；步骤H，去除所述沟槽内的含氮化合物；步骤I，向所述沟槽内填入多晶硅。2.根据权利要求1所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁树坤，孙贵鹏，
申请(专利权)人：无锡华润上华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32