栅极沟槽顶部倒角的工艺方法与流程

本发明涉及半导体器件制造工艺领域，特别是指一种具有沟槽型栅极器件的栅极沟槽顶部倒角(rounding)的工艺方法。

背景技术：

功率器件大致分为平面栅器件及沟槽栅器件。平面栅器件是在硅衬底上淀积一层氧化层作为栅氧化层，然后再淀积一层多晶硅，刻蚀成型后形成器件的多晶硅栅极。因此，其栅极结构是平面状，覆盖于硅衬底的表面。而沟槽型功率器件，其沟槽型栅极是在硅衬底或者外延中刻蚀形成一条深沟槽，在深沟槽里填充多晶硅形成栅极。因此其多晶硅栅极是位于硅衬底的内部。沟槽型功率器件由于其器件的集成度较高，导通电阻较低，具有较低的栅-漏电荷密度、较大的电流容量，因而具备较低的开关损耗和较快的开关速度，被广泛地应用在低压功率领域。沟槽的深度决定了产品的击穿电压能力，击穿电压的大小与沟槽的深度成正比。击穿电压大致与槽深的关系是击穿电压＝沟槽深度*(15～20)v/μm。

现有的制造工艺包括在外延上进行沟槽刻蚀，然后整体淀积一层氧化硅作为厚栅氧化层，再进行后续的填充多晶硅等步骤。

栅极沟槽刻蚀完成后顶部与衬底表面的角度约成90度，如图1中大圆圈处所示，此处形成的尖角容易引起栅氧化层质量变差而造成漏电，因此需要进行倒角以使尖角圆化，通过牺牲氧化层工艺后能有一定改善作用，如图2所示，是通过在沟槽内部形成一层牺牲氧化层，通过对硅的氧化进行倒角，分为低温工艺及高温工艺。而低温牺牲氧化层工艺较高温牺牲氧化层工艺而言，高温牺牲氧化层工艺对顶部尖角的倒角效果更为明显，如图2所示。

对于超级结器件而言，由于超级结器件在衬底或者外延中形成有交替重复排列的p、n薄层，即p柱、n柱形成超结结构，再进行高温牺牲氧化层工艺的话，高温牺牲氧化层工艺会使p柱内的硼杂质向n柱内扩散，电流路径变窄，导通电阻上升，破坏了原超结结构的效果，因此，通过高温牺牲氧化层工艺来进行栅槽顶部倒角的工艺，对于超级结器件来说并不适用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种栅极沟槽顶部倒角的工艺方法，适用于超级结器件的沟槽顶部倒角，具有较好的倒角效果。

为解决上述问题，本发明所述的一种栅极沟槽顶部倒角的工艺方法，针对具有沟槽型栅极的器件，在栅极沟槽刻蚀形成之后，保留刻蚀所使用的硬掩膜层，然后进行牺牲氧化层工艺。

进一步的改进是，所述的沟槽型栅极，是形成于硅衬底，或者是硅外延层中。

进一步的改进是，所述的沟槽型栅极在硬掩膜遮挡下刻蚀之后，沟槽顶部与硅衬底表面或者外延表面具有接近90度的夹角。

进一步的改进是，所述的牺牲氧化层，是通过对硅衬底或者硅外延进行氧化形成。

进一步的改进是，所述的牺牲氧化层工艺，是低温的牺牲氧化层工艺。

进一步的改进是，所述的牺牲氧化层工艺，是通过硅表面和沟槽侧壁的氧化速率差，实现沟槽顶部的倒角。

进一步的改进是，所述的硬掩膜层为apcvd法形成的氧化层。

本发明所述的栅极沟槽顶部倒角的工艺方法，通过保留沟槽刻蚀时的硬掩膜，然后进行低温的牺牲氧化层工艺，通过顶部与沟槽侧壁的不同的氧化速率，达到沟槽顶部倒角的效果，由于是低温牺牲氧化层工艺，不会对超级结的p柱、n柱造成杂质扩散的影响。

附图说明

图1是现有的沟槽型器件的栅极沟槽刻蚀完成之后，沟槽顶部的夹角示意图。

图2是现有的通过牺牲氧化层进行沟槽顶部倒角的示意图，图中采用的是高温牺牲氧化层工艺。

图3是现有的高温牺牲氧化层工艺后倒角的示意图。

图4是本发明保留沟槽刻蚀的硬掩膜，然后进行低温牺牲氧化层工艺的示意图。

附图标记说明

1是硅衬底或者硅外延，2是牺牲氧化层，3是硬掩膜层。

具体实施方式

由于传统的高温牺牲氧化层工艺进行倒角的方式不适用于具有超级结的器件，因此本发明提出一种基于低温牺牲氧化层工艺的倒角的方法，适用于超级结器件的沟槽顶部倒角，具有较好的倒角效果。

本发明所述的一种栅极沟槽顶部倒角的工艺方法，针对具有沟槽型栅极的器件，在栅极沟槽刻蚀形成之后，保留刻蚀所使用的硬掩膜层，然后进行牺牲氧化层工艺。

具体来说，在超级结器件的工艺中，在硅衬底，或者是硅的外延层中，首先制作形成有超级结结构，所述的超级结结构是在衬底中形成多个p、n、p、n交替重复排列的结构，一般是在n型衬底中刻蚀形成多个平行的沟槽，然后填充p型的硅而形成。在超级结结构形成之后，再制作沟槽型的栅极。通过淀积一层硬掩膜层，图案化之后以硬掩膜作为遮挡刻蚀形成栅极的沟槽。

沟槽刻蚀完成之后，沟槽侧壁顶部与硅表面的夹角一般都接近90度的直角，由于90度的直角在后续形成栅氧化层的时候会导致栅氧化层的质量变差，在尖角的位置形成的栅氧化层较薄，容易形成漏电，因此需要做进一步的倒角圆化处理。

牺牲氧化层工艺是一种比较有效的办法，是通过对沟槽侧壁的硅衬底或者硅外延进行氧化形成。在反应腔中通入氧气后进行氧化反应，氧化反应会消耗沟槽侧壁及顶部的一部分硅材质，沟槽顶部的夹角由于较为突出且受顶部及侧壁同时氧化的影响，尖角氧化的速率较快，顶部的硅尖角也就被消除，达到了倒角的效果。

采用低温的牺牲氧化层工艺，避免了高温工艺的热过程。由于热过程会导致超级结中p柱内的硼杂质向n柱扩散，因此低温工艺回避了此问题。但是如前述的问题，低温的牺牲氧化层工艺倒角效果不如高温的牺牲氧化层工艺，仅采用低温的牺牲氧化层工艺并不能达到理想的效果，将沟槽刻蚀时的硬掩膜层保留，例如保留一层厚度为左右的apcvd法沉积的氧化层作为硬掩膜，然后进行低温的牺牲氧化层工艺，由于顶部硬掩膜层的存在，在通入氧气进行牺牲氧化层反应，直接消耗衬底硅时，顶部由于与氧气的接触有限而氧化速率慢，而沟槽侧壁尤其是沟槽上部区域与氧气充分接触，氧化速率快，利用硅表面和沟槽侧壁的氧化速率差，形成的倒角更加的平滑，倒角效果更好。

本发明所述的栅极沟槽顶部倒角的工艺方法，通过保留沟槽刻蚀时的硬掩膜，然后进行低温的牺牲氧化层工艺，通过顶部与沟槽侧壁的不同的氧化速率，达到沟槽顶部倒角的效果，由于是低温牺牲氧化层工艺，不会对超级结的p柱、n柱造成杂质扩散的影响。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种栅极沟槽顶部倒角的工艺方法，针对具有沟槽型栅极的器件，在栅极沟槽刻蚀形成之后，保留刻蚀所使用的硬掩膜层，然后进行牺牲氧化层工艺。本发明所述的栅极沟槽顶部倒角的工艺方法，通过保留沟槽刻蚀时的硬掩膜，然后进行低温的牺牲氧化层工艺，通过顶部与沟槽侧壁的不同的氧化速率，达到沟槽顶部倒角的效果，由于是低温牺牲氧化层工艺，不会对超级结的P柱、N柱造成杂质扩散的影响。

技术研发人员：李昊;陆怡
受保护的技术使用者：上海华虹宏力半导体制造有限公司
技术研发日：2019.01.23
技术公布日：2019.06.18