专利名称：提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制造方法，尤其涉及一种提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法。
背景技术：
传统的金属氧化物半导体(M0Q晶体管，其栅极、源极和漏极位于同一水平面上， 其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。为了满足大功率晶体管的需求，沟槽栅MOS器件便应运而生。沟槽栅MOS器件不仅继承了水平沟道MOS晶体管输入阻抗高、驱动电流小等优点，还具有耐高压、工作电流大、输出功率高、 开关速度快等优点。在沟槽栅MOS器件的制造过程中，其沟槽栅的制造尤为重要，决定着沟槽栅MOS器件的可靠性。请参阅图7，图7所示为现有沟槽栅MOS器件的第二沟槽栅2的结构示意图。所述第二沟槽栅2形成在第二半导体衬底21内。在所述第二沟槽栅2的形成过程中，具体包括以下步骤在所述第二半导体衬底21的上表面依次叠置形成垫子氧化层22和第二氮化硅层(未图示)，并通过依次刻蚀所述第二氮化硅层和所述第二垫子氧化层22以形成掩膜； 通过所述掩膜，对第二半导体衬底21进行刻蚀，以形成第二沟槽23 ；在所述第二沟槽23内壁生长第二栅氧24，并在所述第二沟槽23内填充第二多晶硅25;对填充于第二沟槽22内的第二多晶硅25进行平坦化处理。请参阅图8 (a)，图8 (b)，图8 (a)，图8 (b)所示为采用现有工艺所制备的第二沟槽栅2的SEM图。如图可知，在栅氧目标厚度为1000A的沟槽栅MOS器件中，其第二沟槽栅顶角26处栅氧厚度达到1000A，而所述第二沟槽栅底角27处栅氧厚度仅为700A左右。第二沟槽栅底角27处过薄的栅氧厚度会导致器件可靠性变差。同时，所述第二沟槽栅顶角沈为垂直结构，在第二多晶硅25填充时会形成狭缝，进一步降低器件的可靠性。针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法。
发明内容
本发明是针对现有技术中，现有的沟槽栅顶角栅氧厚度不均，可靠性差等缺陷，提供一种提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法。为了解决上述问题，本发明提供一种提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法，所述方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底为硅基衬底；硬掩膜的制备，所述硬掩膜具有氮化物层，且在所述氮化物层与半导体衬底之间形成氧化物层；沟槽的制备，利用所述硬掩膜为掩膜，对半导体衬底进行刻蚀以形成沟槽；缺口的制备，蚀刻位于半导体衬底与氮化物层之间的氧化物层，以在所述沟槽顶端外沿形成缺口，所述缺口沿沟槽顶端外沿向异于沟槽的方向延伸；牺牲氧化物的制备，以使沟槽栅顶角处形成坡形结构；剥离牺牲氧化物，并进行栅氧生长，以及多晶硅填充。
可选的，所述氮化物为氮化硅。可选的，所述缺口的刻蚀采用HF溶液。可选的，所述缺口的横向长度为1倍硬掩膜层厚度到1.5倍硬掩膜层厚度之间的
任一值。可选的，所述牺牲氧化层是通过低温湿式氧化法制备。可选的，所述低温为950 1000°C。可选的，所述沟槽栅顶角处的牺牲氧化物为锥形结构综上所述，本发明通过采用具有硬质氮化物膜的硬掩膜作为沟槽的掩膜，并在沟槽顶端外沿蚀刻形成缺口，进而通过低温湿式氧化法形成具有锥形结构的沟槽栅顶角，使得第一沟槽栅顶角栅氧的可靠性得到改善。
图1是本发明提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法的流程图；图2是采用本发明提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法制备的硬掩膜层和光阻层的结构示意图示意图；图3是采用本发明提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法制备的硬掩膜的结构示意图；图4是采用本发明提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法制备的沟槽结构示意图；图5是采用本发明提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法制备缺口的结构示意图；图6是采用本发明提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法制备牺牲氧化物的结构示意图；图7是现有第二沟槽栅的结构示意图；图8(a)，图8(b)是现有第二沟槽栅局部的SEM图。
具体实施例方式为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。请参阅图1，图1所示为提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法的流程图。所述提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法包括执行步骤Sl 提供第一半导体衬底10。如图2所示，所述第一半导体衬底10为硅
基衬底。执行步骤S2 淀积形成硬掩膜层11。请继续参阅图2，所述硬掩膜层11进一步包括淀积形成在所述第一半导体衬底10表面的氧化物层111和淀积形成在氧化物层111之异于第一半导体衬底10 —侧的氮化物层112。具体而言，所述氧化物层111是通过低压淀积四乙氧基硅烷(TEOS)于第一半导体衬底10的表面而形成，以减少后续制程中的表面应力。在所述氧化物层11之异于第一半导体10的一侧淀积形成氮化物层112。所述氮化物层112为氮化硅层。所述氮化物层112为一层硬质材料，用以在第一沟槽12的形成过程中作为硬掩膜。所述氮化物层112的形成是采用低压化学气相淀积的方法。
执行步骤S3 请继续参阅图2，并结合参阅图3，在所述氮化物层112的上表面涂布形成光阻层13，并进行微影图案化形成开口 131，且露出氮化物层112的部分上表面。以继续蚀刻氮化物层112和氧化物层111，而形成硬掩膜113。执行步骤S4 请参阅图4，以硬掩膜113为掩膜，对第一半导体衬底10进行蚀刻， 并形成第一沟槽12。执行步骤S5 请参阅图5，利用HF溶液蚀刻位于第一半导体衬底10与氮化物层 112之间的氧化物层111，以形成缺口 14。所述缺口 14位于所述第一沟槽12的顶端外沿。 其中，所述缺口 14沿第一沟槽12顶端外沿向异于第一沟槽12的方向延伸，且所述缺口 14 的长度优选地为1倍硬掩膜层11厚度到1. 5倍硬掩膜层11厚度之间的任一值。执行步骤S6 请参阅图6，在低温下采用湿式氧化法，通过硅的消耗以在第一沟槽栅顶角121处形成具有锥形结构的牺牲氧化物15。此时，所述第一沟槽栅顶角121也具有相应的坡形结构。所述低温范围优选的为950 1000°C。执行步骤S7 剥离牺牲氧化物15，并移除氮化物层112及硬掩膜13的氧化物层 111。其中，氮化物层112的去除是采用磷酸溶液去除。执行步骤S8 通过常规工艺进行栅氧生长，多晶硅填充，以及平坦化等工艺完成第一沟槽栅的制备。综上所述，本发明通过采用具有硬质氮化物膜112的硬掩膜13作为第一沟槽12 的掩膜，并在第一沟槽12顶端外沿蚀刻形成缺口 14，进而通过低温湿式氧化法形成具有锥形结构的第一沟槽栅顶角121，使得第一沟槽栅顶角栅氧的可靠性得到改善。本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。
权利要求
1.一种提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤提供半导体衬底，所述半导体衬底为硅基衬底；硬掩膜的制备，所述硬掩膜具有氮化物层，且在所述氮化物层与半导体衬底之间形成氧化物层；沟槽的制备，利用所述硬掩膜为掩膜，对半导体衬底进行刻蚀以形成沟槽；缺口的制备，蚀刻位于半导体衬底与氮化物层之间的氧化物层，以在所述沟槽顶端外沿形成缺口；牺牲氧化物的制备，以使沟槽栅顶角处形成坡形结构；剥离牺牲氧化物，并进行栅氧生长，以及多晶硅填充。
2.如权利要求1所述的提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法，其特征在于，所述氮化物为氮化硅。
3.如权利要求1所述的提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法，其特征在于，所述缺口的刻蚀采用HF溶液。
4.如权利要求1所述的提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法，其特征在于，所述缺口沿沟槽顶端外沿向异于沟槽的方向延伸，且所述缺口的横向长度为1倍硬掩膜层厚度到1.5 倍硬掩膜层厚度之间的任一值。
5.如权利要求1所述的提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法，其特征在于，所述牺牲氧化物是通过低温湿式氧化法制备。
6.如权利要求5所述的提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法，其特征在于，所述低温为为 950 1000°C。
7.如权利要求1所述的提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法，其特征在于，所述沟槽栅顶角处的牺牲氧化物为锥形结构。
全文摘要
一种提高沟槽栅顶角栅氧可靠性的方法，包括以下步骤提供半导体衬底；硬掩膜的制备，所述硬掩膜具有氮化物层，且在所述氮化物层与半导体衬底之间形成氧化物层；沟槽的制备，利用所述硬掩膜为掩膜，对半导体衬底进行刻蚀以形成沟槽；缺口的制备，蚀刻位于半导体衬底与氮化物层之间的氧化物层，以在所述沟槽顶端外沿形成缺口；牺牲氧化物的制备，以使沟槽栅顶角处形成坡形结构；栅氧生长，以及多晶硅填充。本发明通过采用具有硬质氮化物膜的硬掩膜作为沟槽蚀刻的掩膜，并在沟槽顶端外沿蚀刻形成缺口，进而通过低温湿式氧化法形成具有坡形结构的沟槽栅顶角，使得第一沟槽栅顶角栅氧的可靠性得到改善。
文档编号H01L21/28GK102184868SQ20111010350
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者楼颖颖, 沈思杰 申请人:上海宏力半导体制造有限公司