专利名称：一种可提高沟槽栅mos器件性能的沟槽栅及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅 及其制造方法。
背景技术：
在功率M0S器件中，传统的表面栅结构存在着通态电阻大和功耗高的问题，无法 很好的满足功率器件的需求，于是沟槽栅M0S器件便应运而生，其使用挖槽工艺和介质填 充工艺制作沟槽栅，能够得到较低的通态电阻，所以沟槽栅M0S器件在低压范围内得到了
普遍应用。参见图1，其为现有技术中沟槽栅M0S器件的沟槽栅的组成结构示意图，如图所 示，现有技术中的沟槽栅制作在硅衬底1中，其包括层叠在栅极沟槽中的栅介质层2和多晶 栅层3，该栅介质层2具有分别位于栅极沟槽侧壁和底端的侧壁部分20和底端部分22，该 侧壁部20和底端部分22均为氧化硅。现有技术中制作沟槽栅的工艺包括以下步骤(1)、 提供一硅衬底；(2)、在硅衬底上进行刻蚀工艺形成栅极沟槽；(3)、通过化学气相沉积工艺 例如高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)工艺在沟槽中填充氧化硅；(4)、进行化学机 械抛光(CMP)工艺去除栅极沟槽外的氧化硅；(4)、进行湿法刻蚀工艺形成栅介质层；(5)、 进行化学气相沉积工艺在栅介质层上沉积多晶硅；(6)、进行化学机械抛光工艺去除栅极沟 槽外的多晶硅。上述现有技术沟槽栅制作工艺在进行步骤(4)中的CMP工艺时由于氧化硅和硅的 选择比较小，很难精准地抓取到抛光终点(endpoint)，易出现过抛光现象而损伤硅衬底，从 而影响后续工艺并降低器件性能(例如漏电增大和可靠性降低等)；另外栅介质层的底端 部分为氧化硅，为降低沟槽栅M0S器件的栅漏电容(Cgd)，需尽可能的将底端部分的氧化硅 做厚，但增厚氧化硅厚度会使通态比电阻和沟道电阻增加，所以通过增厚氧化硅厚度来降 低栅漏电容受到一定限制。因此，如何提供一种可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅及其制造方法以避免过 抛光损伤硅衬底，并有效降低栅漏电容，已成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅及其制造方法， 通过所述沟槽栅及其制造方法可避免过抛光损伤硅衬底且降低器件性能，并可降低沟槽栅 M0S器件的栅漏电容。本发明的目的是这样实现的一种可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅，包括层 叠在栅极沟槽中的栅介质层和多晶栅层，该栅介质层具有分别位于栅极沟槽侧壁和底端的 侧壁部分和底端部分，该侧壁部分为氧化硅，该底端部分包括依次层叠的第一氧化硅层、化 学机械抛光终止层和第二氧化硅层。在上述的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅中，该化学机械抛光终止层为氮化硅或氮氧化硅。在上述的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅中，该第一氧化硅层、化学机械抛 光终止层和第二氧化硅层的厚度范围分别为100 200埃、200 1000埃和500 3000埃。本发明还提供一种上述的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅制造方法，包括以 下步骤a、提供一硅衬底；b、在硅衬底上进行刻蚀工艺形成栅极沟槽；c、进行化学气相沉 积工艺沉积第一氧化硅层和化学机械抛光终止层；d、进行化学气相沉积工艺沉积媒介氧化 硅层；e、进行化学机械抛光工艺去除栅极沟槽外的媒介氧化硅层；f、进行湿法刻蚀工艺去 除栅极沟槽外的化学机械抛光终止层；g、进行湿法刻蚀工艺去除栅极沟槽内的媒介氧化硅 层侧墙；h、进行湿法刻蚀工艺去除栅极沟槽内的化学机械抛光终止层侧墙；i、进行湿法刻 蚀工艺去除未被化学机械抛光终止层覆盖的氧化硅；j、进行化学气相沉积工艺沉积第二氧 化硅层和多晶硅层；k、进行化学机械抛光工艺去除栅极沟槽外的多晶硅层。 在上述的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅制造方法中，在步骤f和步骤h中， 所述湿法刻蚀的刻蚀液为磷酸。在上述的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅制造方法中，在步骤g和步骤i中， 所述湿法刻蚀的刻蚀液为稀释氢氟酸。在上述的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅制造方法中，在步骤d中，通过高密 度等离子体化学气相沉积工艺沉积媒介氧化硅层。与现有技术中栅介质层的底端部分仅为氧化硅，从而造成栅漏电容过大且易出现 过刻蚀损伤硅衬底并影响器件性能相比，本发明的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅的 底端部分包括依次层叠的第一氧化硅层、化学机械抛光终止层和第二氧化硅层，从而方便 本发明的沟槽栅在制造时CMP工艺在化学机械抛光终止层上终止，避免了过刻蚀损伤硅衬 底和器件的性能，另外依次层叠的第一氧化硅层、化学机械抛光终止层和第二氧化硅层可 有效降低栅漏电容。
本发明的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅及其制造方法由以下的实施例及 附图给出。图1为现有技术中沟槽栅M0S器件的沟槽栅的组成结构示意图；图2为本发明的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅的组成结构示意图；图3为本发明的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅制造方法的流程图；图4至图12为完成图3中步骤S31至S39后沟槽栅M0S器件的组成结构示意图。
具体实施例方式以下将对本发明的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅及其制造方法作进一步 的详细描述。参见图2，其为本发明的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅的组成结构示意图， 如图所示，本发明的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅制作在硅衬底1中，其包括层叠在 栅极沟槽中的栅介质层2’和多晶栅层3，所述栅介质层具有分别位于栅极沟槽侧壁和底端的侧壁部分20和底端部分22’，所述侧壁部分20为氧化硅。所述底端部分22’包括依次 层叠的第一氧化硅层220’、化学机械抛光终止层222’和第二氧化硅层224’。所述化学机 械抛光终止层222’为氮化硅或氮氧化硅。所述第一氧化硅层220’、化学机械抛光终止层 222，和第二氧化硅层224，的厚度范围分别为100 200埃、200 1000埃和500 3000埃。在本实施例中，所述化学机械抛光终止层222’为氮化硅，所述第一氧化硅层 220’、化学机械抛光终止层222’和第二氧化硅层224’的厚度分别为200埃、1000埃和1000埃。参见图3，其显示了本发明的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅制造方法的流 程图，本发明的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅制造方法首先进行步骤S30，提供一硅 衬底。接着继续步骤S31，在硅衬底上进行刻蚀工艺形成栅极沟槽，所述刻蚀工艺为干法 刻蚀工艺，刻蚀气体可为四氟化碳(CF4)和氧气(02)的混合气体。参见图4，其显示了完成步骤S31后可提高沟槽栅M0S器件的组成结构示意图，如 图所示，栅极沟槽10形成在硅衬底1上。接着继续步骤S32，进行化学气相沉积工艺沉积第一氧化硅层和化学机械抛光终 止层，所述第一氧化硅层厚度范围为100 200埃；化学机械抛光终止层为氮化硅或氮氧化 硅，其厚度范围为200 1000埃。在本实施例中，通过热氧化工艺形成第一氧化硅层，其厚 度为200埃；化学机械抛光终止层为氮化硅，其厚度为1000埃，通过低压化学气相沉积工艺 (LPCVD)沉积而成。参见图5，结合参见图4，图5显示了完成步骤S32后可提高沟槽栅M0S器件的组 成结构示意图，如图所示，第一氧化硅层40和化学机械抛光终止层42依次沉积在硅衬底1 上包括沟槽10内外，第一氧化硅层40和化学机械抛光终止层42对应栅极沟槽10均具有 对应的侧墙。接着继续步骤S33，进行化学气相沉积工艺沉积媒介氧化硅层。在本实施例中，通 过高密度等离子体化学气相沉积工艺(HDP CVD)沉积媒介氧化硅层。参见图6，结合参见图4和图5，图6显示了完成步骤S33后可提高沟槽栅M0S器 件的组成结构示意图，如图所示，媒介氧化硅层44覆盖在化学机械抛光终止层42上，其对 应栅极沟槽10具有对应的侧墙。接着继续步骤S34，进行化学机械抛光工艺去除栅极沟槽外的媒介氧化硅层。参见图7，结合参见图4至图6，图7显示了完成步骤S34后可提高沟槽栅M0S器 件的组成结构示意图，如图所示，媒介氧化硅层44覆盖在栅极沟槽10外的部分均被去除。接着继续步骤S35，进行湿法刻蚀工艺去除栅极沟槽外的化学机械抛光终止层，所 述湿法刻蚀的刻蚀液为磷酸。参见图8，结合参见图4至图7，图8显示了完成步骤S35后可提高沟槽栅M0S器 件的组成结构示意图，如图所示，栅极沟槽10外的化学机械抛光终止层42均被去除。接着继续步骤S36，进行湿法刻蚀工艺去除栅极沟槽内的媒介氧化硅侧墙，所述湿 法刻蚀的刻蚀液为稀释氢氟酸。参见图9，结合参见图4至图8，图9显示了完成步骤S36后可提高沟槽栅M0S器件的组成结构示意图，如图所示，媒介氧化硅层44仅在栅极沟槽10的底部区域保留，其他 区域均被去除。接着继续步骤S37，进行湿法刻蚀工艺去除栅极沟槽的化学机械抛光终止层侧墙， 所述湿法刻蚀的刻蚀液为磷酸。参见图10，结合参见图2、图4至图9，图10显示了完成步骤S37后可提高沟槽栅 M0S器件的组成结构示意图，如图所示，化学机械抛光终止层42仅在栅极沟槽10的底部区 域保留并形成底端部分22’所包括的化学机械抛光终止层222’。接着继续步骤S38，进行湿法刻蚀工艺去除未被化学机械抛光终止层覆盖的氧化 硅，所述湿法刻蚀的刻蚀液为稀释氢氟酸。参见图11，结合参见图2、图4至图10，图11显示了完成步骤S38后可提高沟槽 栅M0S器件的组成结构示意图，如图所示，底端部分22’所包括的第一氧化硅层220’和化 学机械抛光终止层222’形成在栅极沟槽10底部。接着继续步骤S39，进行化学气相沉积工艺沉积第二氧化硅层和多晶硅层。参见图12，结合参见图2、图4至图11，图12显示了完成步骤S39后可提高沟槽栅 M0S器件的组成结构示意图，如图所示，底端部分22’所包括的第一氧化硅层220’、化学机 械抛光终止层222’和第二氧化硅层224’形成在栅极沟槽10底部。接着继续步骤S40，进行化学机械抛光工艺去除栅极沟槽外的多晶硅层。完成步骤 S40后可提高沟槽栅M0S器件的组成结构如图2所示。综上所述，本发明的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅包括层叠在栅极沟槽中 的栅介质层和多晶栅层，所述栅介质层具有分别位于栅极沟槽侧壁和底端的侧壁部分和底 端部分，所述侧壁部分为氧化硅，所述底端部分包括依次层叠的第一氧化硅层、化学机械抛 光终止层和第二氧化硅层，本发明的沟槽栅在制造时CMP工艺在化学机械抛光终止层上终 止，避免了过刻蚀损伤硅衬底和器件的性能，另外可有效降低栅漏电容。
权利要求
一种可提高沟槽栅MOS器件性能的沟槽栅，包括层叠在栅极沟槽中的栅介质层和多晶栅层，该栅介质层具有分别位于栅极沟槽侧壁和底端的侧壁部分和底端部分，该侧壁部分为氧化硅，其特征在于，该底端部分包括依次层叠的第一氧化硅层、化学机械抛光终止层和第二氧化硅层。
2.如权利要求1所述的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅，其特征在于，该化学机械 抛光终止层为氮化硅或氮氧化硅。
3.如权利要求1或2所述的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅，其特征在于，该第 一氧化硅层、化学机械抛光终止层和第二氧化硅层的厚度范围分别为100 200埃、200 1000埃和500 3000埃。
4.一种权利要求1所述的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅的制造方法，包括以下 步骤a、提供一硅衬底；b、在硅衬底上进行刻蚀工艺形成栅极沟槽；其特征在于，该方法还 包括以下步骤c、进行化学气相沉积工艺沉积第一氧化硅层和化学机械抛光终止层；d、进 行化学气相沉积工艺沉积媒介氧化硅层；e、进行化学机械抛光工艺去除栅极沟槽外的媒介 氧化硅层；f、进行湿法刻蚀工艺去除栅极沟槽外的化学机械抛光终止层；g、进行湿法刻蚀 工艺去除栅极沟槽内的媒介氧化硅层侧墙；h、进行湿法刻蚀工艺去除栅极沟槽内的化学机 械抛光终止层侧墙；i、进行湿法刻蚀工艺去除未被化学机械抛光终止层覆盖的氧化硅；j、 进行化学气相沉积工艺沉积第二氧化硅层和多晶硅层；k、进行化学机械抛光工艺去除栅极 沟槽外的多晶硅层。
5.如权利要求1所述的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅制造方法，其特征在于，在 步骤f和步骤h中，所述湿法刻蚀的刻蚀液为磷酸。
6.如权利要求1所述的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅制造方法，其特征在于，在 步骤g和步骤i中，所述湿法刻蚀的刻蚀液为稀释氢氟酸。
7.如权利要求1所述的可提高沟槽栅M0S器件性能的沟槽栅制造方法，其特征在于，在 步骤d中，通过高密度等离子体化学气相沉积工艺沉积媒介氧化硅层。
全文摘要
本发明提供一种可提高沟槽栅MOS器件性能的沟槽栅及其制造方法。现有技术中栅介质层的底端部分仅为氧化硅，从而造成栅漏电容过大且在制造时易出现过刻蚀损伤硅衬底并影响器件性能。本发明的可提高沟槽栅MOS器件性能的沟槽栅包括层叠在栅极沟槽中的栅介质层和多晶栅层，该栅介质层具有分别位于栅极沟槽侧壁和底端的侧壁部分和底端部分，该侧壁部分为氧化硅，该底端部分包括依次层叠的第一氧化硅层、化学机械抛光终止层和第二氧化硅层，本发明的沟槽栅制造方法在进行氧化硅的化学机械抛光时在化学机械抛光终止层上终止。本发明可避免过刻蚀损伤硅衬底和器件的性能，并可有效降低栅漏电容。
文档编号H01L29/51GK101847655SQ20101015374
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月22日 优先权日2010年4月22日
发明者克里丝, 刘宪周 申请人:上海宏力半导体制造有限公司