沟槽栅的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种沟槽栅的制造方法，包括步骤：步骤一、进行刻蚀形成栅极沟槽；步骤二、采用在HCl气氛下对硅衬底进行烘烤的方法对栅极沟槽进行圆化；Cl‑离子的刻蚀作用产生的硅消耗效应对栅极沟槽的顶部开口宽度的影响大于H+离子的圆化作用产生的硅堆积效应对栅极沟槽的顶部开口宽度的影响，使栅极沟槽的顶部开口的宽度满足在后续步骤四中能实现无缝填充；步骤三、在栅极沟槽的内侧表面形成栅氧化层；步骤四、在栅极沟槽中无缝填充多晶硅栅。本发明专利技术能减少栅极沟槽圆化的热预算同时能实现栅极沟槽的无缝隙填充。

【技术实现步骤摘要】
沟槽栅的制造方法
本专利技术涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种沟槽栅的制造方法。
技术介绍
超级结为由形成于半导体衬底中的交替排列的P型薄层也称P型柱(Pillar)和N型薄层也称N型柱组成，采用了超级结的器件为超级结器件如超级结MOSFET。利用P型薄层和N型薄层电荷平衡的体内降低表面电场(Resurf)技术能提升器件的反向击穿电压的同时又保持较小的导通电阻。超级结的PN间隔的Pillar结构是超级结的最大特点。现有制作PN间隔的pillar结构主要有两种方法，一种是通过多次外延以及离子注入的方法获得，另一种是通过深沟槽刻蚀以及外延(EPI)填充的方式来制作。后一种方法是通过沟槽工艺制作超级结器件，需要先在半导体衬底如硅衬底表面的N型掺杂外延层上刻蚀一定深度和宽度的沟槽，然后利用外延填充(EPIFilling)的方式在刻出的沟槽上填充P型掺杂的硅外延。随着超级结的步进(Pitch)的不断缩小，P型柱和N型柱的P型和N型掺杂在热过程中互相扩散形成的反向掺杂(counterdope)造成的问题越来越严重，严重地影响了器件性能。如图1所示，是现有超级结的互扩散的结构示意图；超级结主要包括：形成于N型半导体衬底如硅衬底101表面上的N型外延层102，通过，集成电路制造领域中，半导体衬底呈一圆片结构故也称晶圆(wafer)；在N型外延层102中形成有超级结沟槽103，本申请中将超级结对应的沟槽称为超级结沟槽，在超级结沟槽103中填充有P型外延层并由填充在超级结沟槽103中的P型外延层组成P型柱104，由P型柱104之间的N型外延层102组成N型柱，由P型柱104和N型柱交替排列形成超级结。通常，超级结的P型柱104和N型柱的杂质在热过程中会互相扩散，例如，P型柱104中的P型杂质会扩散到N型柱中，图1中标记105对应的区域为P型柱104中的P型杂质扩散到N型柱中的区域。P型杂质扩散到N型柱中之后会使N型柱的N型掺杂浓度即N型净掺杂浓度减小或者N型柱的宽度会变小，在N型超级结器件中，N型柱在导通过程中通常是作为漂移区的组成部分，N型柱的掺杂浓度降低以及宽度变窄之后，器件的导通电阻会降低。随着超级结的步进减小，超级结中由于热过程产生的P型和N型杂质互相扩散所影响的宽度范围如图1中的区域105的宽度占步进总宽度的比值增加，步进的总宽度为超级结沟槽103的宽度和间距的和，故会严重影响器件的性能。沟槽栅结构时现代MOS类器件最常采购的栅结构，目前也越多约为超级结器件所采用。由于超级结的柱状(pillar)结构制作完成后，需要尽量控制热预算，否则pillar横向互扩会导致器件性能的大幅下降。所以沟槽栅结构的制作过程中不能使用高温牺牲氧化，以及高温栅氧化层。只能采用较低温度比如不超过1050℃。而氧化工艺需要温度超过1100℃才会对沟槽的顶角(corner)产生圆化作用。温度较低的氧化会造成沟槽的corner的进一步恶化。为了解决由于热预算限制而只能采用低温氧化工艺来进行沟槽圆化不好带来的可靠性问题，一种改进方法是采用氢气(H2)高温烘烤(bake)的方法来实现沟槽即栅极沟槽的顶角圆化，利用Si材料表面在高温H2氛围中具有重新分布以趋向于表面张力最小的倾向，对corner进行了较好的rounding。但是随着栅极沟槽尺寸的缩小，这一方法带来的副作用是会产生多晶硅缝隙(polyseam)。即使采用了较为倾斜的沟槽，仍然难以解决polyseam的影响。而这一polyseam的存在，最终导致多晶硅工艺后氧化时，seam内部被氧化层带来的张压力挤压，而在硅片表面产生缺陷，导致Vth的失效，严重时IDSS也会失效。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种沟槽栅的制造方法，能减少栅极沟槽圆化的热预算同时能实现栅极沟槽的无缝隙填充。为解决上述技术问题，本专利技术提供的沟槽栅的制造方法包括如下步骤：步骤一、提供一硅衬底，对选定区域的所述硅衬底进行刻蚀形成栅极沟槽。步骤二、采用在HCl气氛下对所述硅衬底进行烘烤的方法对所述栅极沟槽进行圆化。所述烘烤的温度要求使所述HCl活化成Cl-离子和H+离子。通过所述H+离子使所述硅衬底表面的硅原子活化并重新分布从而使所述栅极沟槽顶角圆化，所述H+离子的圆化作用会在所述栅极沟槽的顶角产生硅堆积效应；利用所述H+离子对硅原子的活化作用降低圆化工艺的热预算。通过Cl-离子对所述栅极沟槽顶角的硅产生刻蚀作用，所述Cl-离子的刻蚀作用使所述栅极沟槽的顶角产生硅消耗效应。所述硅消耗效应对所述栅极沟槽的顶部开口宽度的影响大于所述硅堆积效应对所述栅极沟槽的顶部开口宽度的影响，使所述栅极沟槽的顶部开口的宽度满足在后续步骤四中能实现无缝填充。步骤三、在所述栅极沟槽的内侧表面形成栅氧化层。步骤四、在所述栅极沟槽中无缝填充多晶硅栅。进一步的改进是，在所述硅衬底上形成有第一导电类型的第一硅外延层，所述栅极沟槽形成于所述第一硅外延层中。进一步的改进是，步骤一中采用光刻工艺定义出形成所述栅极沟槽的选定区域。进一步的改进是，步骤一中，在进行光刻工艺之前还包括在所述第一硅外延层表面形成第一硬质掩膜层的步骤，之后，先刻蚀所述第一硬质掩膜层再刻蚀所述第一硅外延层形成所述栅极沟槽。进一步的改进是，步骤四包括多晶硅沉积和第一次平坦化工艺。所述多晶硅沉积工艺形成第一多晶硅层将所述栅极沟槽填充并延伸到所述栅极沟槽外。所述第一次平坦化工艺将所述栅极沟槽外的所述第一多晶硅层去除，使所述第一多晶硅层仅填充在所述栅极沟槽中并由填充于所述栅极沟槽中的所述第一多晶硅层组成所述多晶硅栅。进一步的改进是，所述第一次平坦化工艺采用多晶硅回刻工艺或化学机械研磨工艺，所述第一次平坦化停止在所述第一硬质掩膜层上之后去除所述第一硬质掩膜层。进一步的改进是，所述沟槽栅作为超级结器件的栅极结构，所述超级结器件的器件单元结构形成于超级结上，所述超级结由形成于所述第一硅外延层中的第二导电类型柱和由所述第二导电类型柱之间的所述第一硅外延层组成的第一导电类型柱交替排列而成。进一步的改进是，所述超级结在步骤一的所述栅极沟槽形成之前形成。进一步的改进是，所述烘烤的温度为950℃～1150℃。进一步的改进是，步骤二中，所述烘烤的腔体压强我50T～1000T。进一步的改进是，超级结在步骤四的所述多晶硅栅形成之后形成。进一步的改进是，步骤三中所述栅氧化层采用热氧化工艺形成。进一步的改进是，还包括步骤：采用离子注入和退火推进工艺形成体区，所述体区的形成区域通过光刻定义。采用离子注入和退火推进工艺形成源区，所述源区的形成区域通过光刻定义，在所述器件单元区中，所述源区和对应的所述栅极结构的侧面自对准。形成场氧。进一步的改进是，形成所述场氧之后，还包括步骤：形成层间膜、接触孔，所述接触孔的形成区域通过光刻定义，所述栅极结构的引出位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沟槽栅的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、提供一硅衬底，对选定区域的所述硅衬底进行刻蚀形成栅极沟槽；/n步骤二、采用在HCl气氛下对所述硅衬底进行烘烤的方法对所述栅极沟槽进行圆化；/n所述烘烤的温度要求使所述HCl活化成Cl-离子和H+离子；/n通过所述H+离子使所述硅衬底表面的硅原子活化并重新分布从而使所述栅极沟槽顶角圆化，所述H+离子的圆化作用会在所述栅极沟槽的顶角产生硅堆积效应；利用所述H+离子对硅原子的活化作用降低圆化工艺的热预算；/n通过Cl-离子对所述栅极沟槽顶角的硅产生刻蚀作用，所述Cl-离子的刻蚀作用使所述栅极沟槽的顶角产生硅消耗效应；/n所述硅消耗效应对所述栅极沟槽的顶部开口宽度的影响大于所述硅堆积效应对所述栅极沟槽的顶部开口宽度的影响，使所述栅极沟槽的顶部开口的宽度满足在后续步骤四中能实现无缝填充；/n步骤三、在所述栅极沟槽的内侧表面形成栅氧化层；/n步骤四、在所述栅极沟槽中无缝填充多晶硅栅。/n

【技术特征摘要】
1.一种沟槽栅的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、提供一硅衬底，对选定区域的所述硅衬底进行刻蚀形成栅极沟槽；
步骤二、采用在HCl气氛下对所述硅衬底进行烘烤的方法对所述栅极沟槽进行圆化；
所述烘烤的温度要求使所述HCl活化成Cl-离子和H+离子；
通过所述H+离子使所述硅衬底表面的硅原子活化并重新分布从而使所述栅极沟槽顶角圆化，所述H+离子的圆化作用会在所述栅极沟槽的顶角产生硅堆积效应；利用所述H+离子对硅原子的活化作用降低圆化工艺的热预算；
通过Cl-离子对所述栅极沟槽顶角的硅产生刻蚀作用，所述Cl-离子的刻蚀作用使所述栅极沟槽的顶角产生硅消耗效应；
所述硅消耗效应对所述栅极沟槽的顶部开口宽度的影响大于所述硅堆积效应对所述栅极沟槽的顶部开口宽度的影响，使所述栅极沟槽的顶部开口的宽度满足在后续步骤四中能实现无缝填充；
步骤三、在所述栅极沟槽的内侧表面形成栅氧化层；
步骤四、在所述栅极沟槽中无缝填充多晶硅栅。


2.如权利要求1所述的沟槽栅的制造方法，其特征在于：在所述硅衬底上形成有第一导电类型的第一硅外延层，所述栅极沟槽形成于所述第一硅外延层中。


3.如权利要求2所述的沟槽栅的制造方法，其特征在于：步骤一中采用光刻工艺定义出形成所述栅极沟槽的选定区域。


4.如权利要求3所述的沟槽栅的制造方法，其特征在于：步骤一中，在进行光刻工艺之前还包括在所述第一硅外延层表面形成第一硬质掩膜层的步骤，之后，先刻蚀所述第一硬质掩膜层再刻蚀所述第一硅外延层形成所述栅极沟槽。


5.如权利要求4所述的沟槽栅的制造方法，其特征在于：步骤四包括多晶硅沉积和第一次平坦化工艺；
所述多晶硅沉积工艺形成第一多晶硅层将所述栅极沟槽填充并延伸到所述栅极沟槽外；
所述第一次平坦化工艺将所述栅极沟槽外的所述第一多晶硅层去除，使所述第一多晶硅层仅填充在所述栅极沟槽中并由填充于所述栅极沟槽中的所述第一多晶硅层组成所述多晶硅栅。


6.如权利要求5所述的沟槽栅的制造方法，其特征在于：所述第一次平坦化工艺采用多晶硅回刻工艺或化学机械研磨工艺，所述第一次平坦化停止在所述第一硬质掩膜层上之后去除所述第一硬质掩膜层。


7.如权利要求2所述的沟槽栅的制造方法，其特征在于：所述沟槽栅作为超级结器件的栅极结构，所述超级结器件的器件单元结构形成于超级结上，所述超级结由形成于所述第一硅外延层中的第二导电类型柱和由所述第二导电类型柱之间的所述第一硅外延层组成的第一导电类型柱交替排列而成。


8.如权利要求7所述的沟槽栅的制造方法，其特征在于：所述超级结在步骤一的所述栅极沟槽形成之前形成。


9.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，陆怡，侯翔宇，
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