一种沟槽形成方法与流程

【技术领域】

本发明涉及半导体芯片制造工艺技术领域,具体为功率器件制造工艺流程领域；特别地，涉及一种沟槽形成方法。

背景技术：

垂直双扩散场效应晶体管(vdmos)的漏源两极分别在器件的两侧，使电流在器件内部垂直流通，增加了电流密度，改善了额定电流，单位面积的导通电阻也较小，是一种用途非常广泛的功率器件。目前，垂直双扩散场效应晶体管的发展方向是：

(1)降低正向导通电阻以减小静态功率损耗；

(2)提高开关速度以减小瞬态功率损耗。

其中，减小静态功率损耗主要通过降低器件总导通电阻来实现。器件总导通电阻主要由三部分构成：(1)沟道电阻；(2)漂移区电阻；(3)衬底电阻。这三部分电阻值的大小由器件的结构和制造工艺决定。

对于低压功率器件,在导通电阻中漂移区电阻相对所占比例较小,所以在导通电阻组成部分中沟道电阻起主要决定作用。因此，降低沟道电阻能够显著减小器件的导通电阻，减小原胞尺寸能够使单位器件面积内沟道的数量增大，增加了沟道的宽/长比,使电流通路增大,从而减小沟道电阻。目前，减小原胞尺寸的主要方法是减小沟槽的宽度。目前常用的沟槽制作方法，沟槽宽度由光刻工艺的最小线条宽度决定。为了减小沟槽宽度，需要使用更先进的光刻设备，器件制造成本会大幅上升。

有鉴于此，有必要提供一种沟槽形成方法，以解决现有技术存在的上述问题。

技术实现要素：

本发明的其中一个目的在于为解决上述问题而提供一种适用于窄沟槽制作的沟槽形成方法。

本发明提供的沟槽形成方法，包括：在硅衬底形成多晶硅层并在所述多晶硅层形成第一多晶硅沟槽；在所述多晶硅层表面形成第一氧化层，所述第一氧化层覆盖所述第一多晶硅沟槽的内表面；对所述第一氧化层进行刻蚀并形成第二多晶硅沟槽；在所述多晶硅层表面形成第二氧化层，所述第二氧化层覆盖所述第二多晶硅沟槽的内表面；对所述第二氧化层进行刻蚀并形成第三多晶硅沟槽；利用所述多晶硅层作为掩膜对所述硅衬底进行刻蚀，并形成衬底沟槽。

作为在本发明提供的沟槽形成方法的一种改进，在一种优选实施例中，所述在硅衬底形成多晶硅层并在所述多晶硅层形成第一多晶硅沟槽的步骤包括：在所述硅衬底表面形成多晶硅层，并利用光刻胶作为掩膜形成刻蚀窗口；利用所述刻蚀窗口在所述多晶硅层形成第一多晶硅沟槽。

作为在本发明提供的沟槽形成方法的一种改进，在一种优选实施例中，所述第一多晶硅沟槽的沟槽宽度与当前光刻设备的光刻宽度相一致。

作为在本发明提供的沟槽形成方法的一种改进，在一种优选实施例中，所述在多晶硅层表面形成第一氧化层的步骤包括：在所述第一多晶硅沟槽形成之后，首先将所述多晶硅层表面的光刻胶去除掉；通过热氧化工艺在所述多晶硅层表面进行第一次氧化处理，从而在所述多晶硅层表面形成所述第一氧化层。

作为在本发明提供的沟槽形成方法的一种改进，在一种优选实施例中，所述第一氧化层在所述第一多晶硅沟槽的沟槽垂直表面形成有氧化层侧墙，并且所述第一多晶硅沟槽的氧化层侧墙使得所述第一多晶硅沟槽的有效沟槽宽度减小。

作为在本发明提供的沟槽形成方法的一种改进，在一种优选实施例中，所述对第一氧化层进行刻蚀并形成第二多晶硅沟槽的步骤包括：通过干法刻蚀工艺对所述第一氧化层进行刻蚀，从而去除掉所述多晶硅层表面以及所述第一多晶硅沟槽的沟槽底面的氧化层，其中所述第一氧化层刻蚀之后，所述第一多晶硅沟槽的垂直表面仍然存在有所述氧化层侧墙；在所述第一氧化层刻蚀之后，继续对所述第一多晶硅沟槽进行所述干法刻蚀工艺，从而形成第二多晶硅沟槽；其中，所述第二多晶硅沟槽的沟槽宽度小于所述第一多晶硅沟槽的沟槽宽度。

作为在本发明提供的沟槽形成方法的一种改进，在一种优选实施例中，所述在多晶硅层表面形成第二氧化层的步骤包括：在所述第二多晶硅沟槽形成之后，通过热氧化工艺在所述多晶硅层表面进行第二次氧化处理，从而在所述多晶硅层表面形成第二氧化层。

作为在本发明提供的沟槽形成方法的一种改进，在一种优选实施例中，所述第二氧化层在所述第二多晶硅沟槽的沟槽垂直表面进一步形成有氧化层侧墙，且所述第二多晶硅沟槽的氧化层侧墙使得所述第二多晶硅沟槽的有效沟槽宽度减小。

作为在本发明提供的沟槽形成方法的一种改进，在一种优选实施例中，所述对第二氧化层进行刻蚀并形成第三多晶硅沟槽的步骤包括：通过干法刻蚀工艺对所述第二氧化层进行刻蚀，从而去除掉所述多晶硅层表面以及所述第二多晶硅沟槽的沟槽底面的氧化层，其中所述第二氧化层刻蚀之后所述第二多晶硅沟槽的垂直表面仍然存在有所述氧化层侧墙；在所述第二氧化层刻蚀之后，继续对所述第二多晶硅沟槽进行所述干法刻蚀工艺，从而形成第三多晶硅沟槽；其中，所述第三多晶硅沟槽的沟槽宽度小于所述第二多晶硅沟槽的沟槽宽度。

作为在本发明提供的沟槽形成方法的一种改进，在一种优选实施例中，所述利用多晶硅层作为掩膜对所述硅衬底进行刻蚀，并形成衬底沟槽的步骤包括：在所述第三多晶硅沟槽形成之后，利用具有所述第三多晶硅沟槽的多晶硅层作为掩膜，对所述硅衬底进行干法刻蚀，从而在所述硅衬底蚀刻出衬底沟槽；其中，所述衬底沟槽的宽度是由所述第三多晶硅沟槽的沟槽宽度所决定的。

相较于现有技术，本发明提供的沟槽形成方法多次刻蚀多晶硅并在每次刻蚀之前增加一次多晶硅氧化来减小沟槽有效宽度，最后利用所述多晶硅层作为掩膜以在所述硅衬底蚀刻出沟槽，因此所述衬底沟槽的沟槽宽度远小于光刻设备的光刻宽度。因此，采用本发明提供的沟槽形成方法降低制作窄沟槽对光刻设备的要求，可以有效地减少器件制作成本。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明提供的沟槽形成方法一种实施例的流程示意图；

图2为图1所示的沟槽形成方法中在硅衬底制作多晶硅层并形成刻蚀窗口的剖面示意图；

图3为在图2所示的多晶硅层利用所述刻蚀窗口形成第一多晶硅沟槽的剖面示意图；

图4为在图3所示的第一多晶硅沟槽形成之后在所述多晶硅层表面进行第一次氧化处理并形成第一氧化层的剖面示意图；

图5为对图4所示的第一氧化层进行刻蚀并形成第二多晶硅沟槽的剖面示意图；

图6为在图5所示的第二多晶硅沟槽形成之后在所述多晶硅层表面进行第二次氧化处理并形成第二氧化层的剖面示意图；

图7为对图6所示的第二氧化层进行刻蚀并形成第三多晶硅沟槽的剖面示意图；

图8为以图7所示的具有第三多晶硅沟槽的多晶硅层作为掩膜对所述硅衬底进行刻蚀并形成沟槽的剖面示意图；

图9为图8所示的沟槽宽度与光刻宽度的对比示意图。

【具体实施方式】

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决现有技术的半导体沟槽制作方法存在的难以实现窄沟槽的问题，本发明提供一种沟槽形成方法，其主要是通过一次光刻，多次刻蚀多晶硅，每次刻蚀前增加一次多晶硅氧化，多晶硅氧化后形成氧化硅，厚度增加，进而减少了沟槽掩膜宽度，最终用多晶硅作为掩膜刻蚀形成沟槽，沟槽的最终宽度远小于光刻宽度，降低了对光刻设备的要求，减少了器件制造成本。

请参阅图1，其为本发明提供的沟槽形成方法一种实施例的流程图。所述沟槽形成方法可以应用于功率器件，比如垂直双扩散场效应晶体管(vdmos)的制作工艺，用来实现功率器件的窄沟槽制作。具体地，所述沟槽形成方法主要包括以下步骤：

步骤s1，在硅衬底表面形成多晶硅层，并利用光刻胶作为掩膜形成刻蚀窗口。

请参阅图2，在步骤s1中，首先提供一个硅衬底(si衬底)，接着，利用多晶硅生长工艺在所述硅衬底形成一个多晶硅层。在所述多晶硅层形成之后，在所述多晶硅层表面涂覆光刻胶，并利用所述光刻胶作为掩膜，制作出刻蚀窗口，如图2所示。其中，所述刻蚀窗口的开口尺寸可以跟当前光刻设备的光刻宽度(即光刻工艺的最小线条尺寸)相一致。

步骤s2，利用所述刻蚀窗口在所述多晶硅层形成第一多晶硅沟槽。

具体地，在步骤s2中，请参阅图3，利用步骤s1制作的刻蚀窗口，通过干法刻蚀工艺，可以在所述多晶硅层形成第一多晶硅沟槽，其中所述第一多晶硅沟槽的沟槽宽度由所述刻蚀窗口所决定。并且，一般来说，所述第一多晶硅沟槽的沟槽宽度要大于期望在所述硅衬底形成的衬底沟槽的目标沟槽宽度。

步骤s3，在所述多晶硅层表面形成第一氧化层，所述第一氧化层覆盖所述第一多晶硅沟槽的内表面；

请参阅图4，在步骤s3中，在所述第一多晶硅沟槽形成之后，首先将所述多晶硅层表面的光刻胶去除掉，然后通过热氧化工艺在所述多晶硅层表面进行第一次氧化处理，从而在所述多晶硅层表面形成第一氧化层。所述第一氧化层的材料可以具体为氧化硅(比如所述第一氧化层可以为二氧化硅层)。并且，所述第一氧化层除了覆盖所述多晶硅层的水平表面以外，还同时覆盖所述第一多晶硅沟槽的内表面，包括沟槽垂直表面以及沟槽底面，如图4所示。从图4的剖面结构可以看出，所述第一氧化层在所述第一多晶硅沟槽的沟槽垂直表面形成有氧化层侧墙。

步骤s4，对所述第一氧化层进行刻蚀并形成第二多晶硅沟槽；

请参阅图5，在步骤s4中，首先通过干法刻蚀工艺对所述第一氧化层进行刻蚀，从而去除掉所述多晶硅层表面以及所述第一多晶硅沟槽的沟槽底面的氧化层，但此时所述第一多晶硅沟槽的垂直表面仍然存在有所述氧化层侧墙。所述氧化层侧墙会使得所述第一多晶硅沟槽的沟槽宽度变小，因此，在步骤s4中，在所述第一氧化层刻蚀之后，继续对所述第一多晶硅沟槽进行所述干法刻蚀工艺，从而形成第二多晶硅沟槽；其中，所述第二多晶硅沟槽以所述第一多晶硅沟槽的氧化层侧墙作为侧壁，因此，其沟槽宽度会小于所述第一多晶硅沟槽的沟槽宽度。

步骤s5，在所述多晶硅层表面形成第二氧化层，所述第二氧化层覆盖所述第二多晶硅沟槽的内表面。

请参阅图6，在所述第二多晶硅沟槽形成之后，通过热氧化工艺在所述多晶硅层表面进行第二次氧化处理，从而在所述多晶硅层表面形成第二氧化层。所述第二氧化层的材料同样可以具体为氧化硅(比如所述第二氧化层可以为二氧化硅层)。并且，所述第二氧化层除了覆盖所述多晶硅层的水平表面以外，还同时覆盖所述第二多晶硅沟槽的内表面，包括沟槽垂直表面以及沟槽底面，如图6所示；从图6的剖面结构可以看出，所述第二氧化层在所述第二多晶硅沟槽的沟槽垂直表面进一步形成有氧化层侧墙。

步骤s6，对所述第二氧化层进行刻蚀并形成第三多晶硅沟槽；

请参阅图7，在步骤s6中，首先通过干法刻蚀工艺对所述第二氧化层进行刻蚀，从而去除掉所述多晶硅层表面以及所述第二多晶硅沟槽的沟槽底面的氧化层，但此时所述第二多晶硅沟槽的垂直表面仍然存在有所述氧化层侧墙。所述氧化层侧墙会使得所述第二多晶硅沟槽的沟槽宽度进一步减小，因此，在步骤s6中，在所述第二氧化层刻蚀之后，可以继续对所述第二多晶硅沟槽进行所述干法刻蚀工艺，从而形成第三多晶硅沟槽。其中，所述第三多晶硅沟槽以所述第二多晶硅沟槽的氧化层侧墙作为侧壁，因此，其沟槽宽度会小于所述第二多晶硅沟槽的沟槽宽度，即其相对于所述第一多晶硅沟槽，其沟槽宽度至少会减小所述第一氧化层和所述第二氧化层的厚度，因此会明显小于所述第一多晶硅沟槽的沟槽宽度。

步骤s7，利用所述多晶硅层作为掩膜对所述硅衬底进行刻蚀，并形成衬底沟槽。

请参阅图8，在所述第三多晶硅沟槽形成之后，利用具有所述第三多晶硅沟槽的多晶硅层作为掩膜，对所述硅衬底进行干法刻蚀，从而在所述硅衬底蚀刻出衬底沟槽。其中，所述衬底沟槽的宽度是由所述第三多晶硅沟槽的沟槽宽度所决定的；因此，如上所述，所述衬底沟槽的宽度会明显小于所述第一多晶硅沟槽的宽度，即是小于所述光刻设备的光刻宽度，如图9所示。所述衬底沟槽的宽度是由所述光刻宽度和氧化层侧墙的厚度共同决定的。

相较于现有技术，本发明提供的沟槽形成方法通过多次刻蚀多晶硅并在每次刻蚀之前增加一次多晶硅氧化来减小沟槽有效宽度，最后利用所述多晶硅层作为掩膜以在所述硅衬底蚀刻出沟槽，因此所述衬底沟槽的沟槽宽度远小于光刻设备的光刻宽度。因此，采用本发明提供的沟槽形成方法降低制作窄沟槽对光刻设备的要求，可以有效地减少器件制作成本。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。