沟槽梯度侧氧结构及其制备方法与半导体器件技术

本发明专利技术涉及沟槽梯度侧氧结构及其制备方法与半导体器件。所述沟槽梯度侧氧结构的制备方法包括：a)在硅片的表面形成掩膜层，所述掩膜层形成有沟槽定义区；b)对所述沟槽定义区进行刻蚀，形成沟槽，并去除所述掩膜层；c)在所述沟槽的表面形成至少一层包覆层，并对所述沟槽表面的包覆层进行表面磷处理；d)以填充材料对所述沟槽进行填充；e)对所述包覆层进行腐蚀，并获得所需的腐蚀效果；f)去除部分或全部的所述填充材料，获得沟槽梯度侧氧结构。该方法简单高效，能够在沟槽侧壁表面形成理想的斜坡阶梯场板，优化器件漂移区的电场分布，实现器件性能的显著提升和改进。

Groove gradient side oxygen structure and its preparation and semiconductor devices

【技术实现步骤摘要】
沟槽梯度侧氧结构及其制备方法与半导体器件
本专利技术涉及半导体器件
，具体而言，涉及沟槽梯度侧氧结构及其制备方法与半导体器件。
技术介绍
目前，在半导体器件技术中，沟槽结构的侧氧(Oxide-BypassedOB)技术被广泛应用，如中低压MOSFET以及沟槽肖特基(TMBS)等器件中，对于FRD、IGBT器件也有被采用。典型的量产产品如SGT(分裂栅MOSFET)器件等。对于沟槽侧氧(Oxide-BypassedOB)MOSFET，其器件漂移区的电场分布不均匀，与SuperJunction超级结结构还存在差距，于是就有了梯度侧氧(Gradedoxideby-passedGOB)结构的设计概念。美国专利文献US20010000033A1中给出了如图1所示的结构，同时也给出了其实施方法：采用动态掩膜的腐蚀原理，用多晶硅作为牺牲层，随着多晶硅逐渐被腐蚀，从而使氧化层实现斜坡状的梯度侧氧腐蚀形貌。ChenYu，NationalUniversityofSingapore(新加坡国立大学)2008年博士学位论文“DesignandFabricationofSuperjunctionPowerMOSFETDevices”第66～69页中，也给出了很多可能实现斜坡状的梯度侧氧腐蚀形貌的工艺实现方式，其应用的仍是动态掩膜的腐蚀原理。不过，正如该论文第72页中谈到的那样，“要找到合适的腐蚀液和牺牲材料来实现垂直梯度氧化层壁还需要做很多工作”。又如“兰昊，哈尔滨工程大学2013年硕士学位论文，栅增强功率UMOSFET深槽介质工程模拟研究”第16页中谈到“GOB通过调整侧氧角度来调节漂移区中的电场分布，使其电场分布比OB结构的要明显均匀，拥有更好的性能，其缺点主要是实际工艺中侧氧角度难以控制”。总体来说，GOB梯度侧氧结构目前实际工艺难以实现，所以实际量产的器件也都是OB侧氧结构，如图2中(a)、(b)和(c)所示。对于OB侧氧结构的MOSFET器件，如分裂栅MOSFET器件，如果沟槽中的侧氧采用热氧化工艺生长的热氧化层，在进行沟道区腐蚀后，氧化层界面基本与沟槽侧壁成90度角，在这种情况，再进行热氧化工艺生长栅氧化层，会在侧氧与沟槽侧壁界面处形成比较薄的栅氧化层，如图3，从而使栅-源之间耐压(Vgs)大幅降低，同时降低器件的耐用性。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种沟槽梯度侧氧结构及其制备方法，该方法简单高效，能够在沟槽侧壁表面形成理想的斜坡阶梯场板，优化器件漂移区的电场分布，实现器件性能的显著提升和改进。本专利技术还提供了应用了上述沟槽梯度侧氧结构的半导体器件。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：沟槽梯度侧氧结构的制备方法，其包括：a)在硅片的表面形成掩膜层，所述掩膜层形成有沟槽定义区；b)对所述沟槽定义区进行刻蚀，形成沟槽，并去除所述掩膜层；c)在所述沟槽的表面形成至少一层包覆层，并对所述沟槽表面的包覆层进行表面磷处理；d)以填充材料对所述沟槽进行填充；e)对所述包覆层进行腐蚀，并获得所需的腐蚀效果；f)去除部分或全部的所述填充材料，获得沟槽梯度侧氧结构。可选地，步骤a)中，所述硅片选自单晶片或外延片。可选地，所述硅片为N型硅片。可选地，步骤c)中，通过热氧化和/或气相沉积法(CVD)形成至少一层所述包覆层。可选地，所述包覆层包括场氧化层和/或介质层。可选地，步骤c)中，通过热氧化形成至少一层场氧化层，再通过气相沉积法形成至少一层介质层。在至少一层所述包覆层中，最外层的包覆层需要满足“能够被腐蚀而去除”的条件，其他的内层包覆层(场氧化层和/或介质层)可以是能够被腐蚀的，也可以是无法被腐蚀的，即内层包覆层是否需要被腐蚀可以根据实际需要而设计。作为本专利技术一种实施方式，在沟槽中形成的包覆层可以是场氧化层，也可以是复合介质层，也可以是既包括场氧化层也包括复合介质层；例如，通过热氧化工艺形成部分氧化层，之后再进行CVD工艺淀积介质层，形成2种或2种以上的介质层构成，最后形成的最外层介质层要求能够进行湿法腐蚀，且能够实现比较浓磷掺杂(磷处理工艺)。可选地，步骤c)中，所述表面磷处理的方法包括：在850℃～1100℃下，采用磷源进行磷的预扩散处理，处理时间在10min以上。可选地，所述磷源选自POCl3或PH3。本专利技术中，通过调整磷预扩散处理的扩散温度以及通入磷源的时间，可以在一定范围内调整包覆层(场氧化层和/或介质层)的腐蚀后斜坡角度，扩散温度越高、时间越长，包覆层(场氧化层和/或介质层)的腐蚀后斜坡角度越小。可选地，在所述预扩散处理后还包括退火处理；所述退火处理的方法包括：在退火气氛和高于所述预扩散处理温度的条件下热处理0min～60min。可选地，所述退火气氛选自氧气和/或氮气。可选地，磷源的预扩散与退火均可以选择在扩散炉中进行。作为本专利技术一种实施方式，对沟槽表面的包覆层进行表面磷处理，通常可以采用扩散炉进行，通入液态源POCl3或气态源PH3进行常规磷预扩散的工艺处理，扩散温度为850℃～1100℃，扩散时间大于10分钟。作为本专利技术一种实施方式，在常规磷预扩散的工艺处理进行完毕后，可以继续进行退火处理，通常可以采用扩散炉进行，气氛可以是氧气O2或氮气N2或氮氧混合气体，工艺温度不低于前述的磷处理温度，工艺时间可以根据实际情况和实际需要进行调整，通常情况下退火1小时就足够了。可选地，根据实际需要，退火处理步骤可以进行，也可以不进行。可选地，步骤d)中，所述填充材料选自多晶硅或有机材料。可选地，所述有机材料选自光刻胶或聚酰亚胺中的至少一种。当有机材料用作填充材料时，要求该有机材料属于不能被腐蚀液腐蚀，又能够在后续工艺中被高选择性地被去除的材料。可选地，步骤e)中，对所述包覆层进行湿法腐蚀，经湿法腐蚀后，残留的所述包覆层斜坡与所述沟槽深度的轴向呈夹角α；所述夹角α为6～40度。可选地，所述湿法腐蚀的腐蚀液可以选用BOE(6:1)，其组成为：氢氟酸(49％)水溶液与氟化铵水溶液(40％)的体积比为6:1。可选地，步骤f)中，将沟槽填充物去除，例如，填充物是多晶硅，根据器件结构设计，进行相应的工艺处理，可以将填充多晶硅完全去除，或者将多晶硅刻蚀到腐蚀后所形成的包覆层(例如场氧化层)斜坡的高度以下。根据本专利技术的另一个方面，提供了根据上述任一方法制备得到的沟槽梯度侧氧结构。根据本专利技术的另一个方面，提供了应用了上述沟槽梯度侧氧结构的半导体器件。所述半导体器件包括基片；所述基片上设置有至少一个如前所述的沟槽梯度侧氧结构。可选地，所述半导体器件还包括设置在沟槽内的绝缘介质层和导电电极材料。可选地，所述绝缘介质层的厚度沿所述沟槽的深度方向线性增加。可选地，所述绝缘介质层呈斜坡状，斜坡长度为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.沟槽梯度侧氧结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：/na)在硅片的表面形成掩膜层，所述掩膜层形成有沟槽定义区；/nb)对所述沟槽定义区进行刻蚀，形成沟槽，并去除所述掩膜层；/nc)在所述沟槽的表面形成至少一层包覆层，并对所述沟槽表面的包覆层进行表面磷处理；/nd)以填充材料对所述沟槽进行填充；/ne)对所述包覆层进行腐蚀，并获得所需的腐蚀效果；/nf)去除部分或全部的所述填充材料，获得沟槽梯度侧氧结构。/n

【技术特征摘要】
1.沟槽梯度侧氧结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
a)在硅片的表面形成掩膜层，所述掩膜层形成有沟槽定义区；
b)对所述沟槽定义区进行刻蚀，形成沟槽，并去除所述掩膜层；
c)在所述沟槽的表面形成至少一层包覆层，并对所述沟槽表面的包覆层进行表面磷处理；
d)以填充材料对所述沟槽进行填充；
e)对所述包覆层进行腐蚀，并获得所需的腐蚀效果；
f)去除部分或全部的所述填充材料，获得沟槽梯度侧氧结构。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)中，所述硅片选自单晶片或外延片；
优选地，所述硅片为N型硅片。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤c)中，通过热氧化和/或气相沉积法形成至少一层所述包覆层；优选地，所述包覆层包括场氧化层和/或介质层；
更优选地，步骤c)中，通过热氧化形成至少一层场氧化层，再通过气相沉积法形成至少一层介质层。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c)中，所述表面磷处理的方法包括：
在850℃～1100℃下，采用磷源进行磷的预扩散处理，处理时间在10min以上；
优选地，所述磷源选自POCl3或PH3；
优选地，在所述预扩散处理后还包括退火处理；所述退火处理的方法包括：
在退火气氛和高于所述预扩散处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：左义忠，
申请(专利权)人：吉林华微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22