溝槽型雙層柵mos的多晶硅間的熱氧介質層的形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溝槽型雙層柵MOS的多晶硅間的熱氧介質層的形成方法，包括步驟：1）生長第一氮化膜；2）溝槽刻蝕；3）生長介質層；4）生長第一層多晶硅；5）第一層多晶硅第一步反刻蝕；6)第一層多晶硅光刻及第二步反刻蝕，并去除第一層多晶硅上方的溝槽側壁介質層；7）淀積第二氮化膜后，刻蝕，露出第一層多晶硅；8）生長熱氧介質層；9）去除氮化膜；10）柵極氧化層生長；11）第二層多晶硅淀積與反刻蝕；12）形成基極和源極；13）形成接觸孔、金屬和鈍化層。本發(fā)明可解決了兩層多晶硅之間介質層厚度難以控制的問題，提高MOS器件性能的穩(wěn)定性；同時，能避免因為多晶硅尖的兩頭產(chǎn)生的強電場削弱柵源擊穿電壓。
【專利說明】溝槽型雙層柵MOS的多晶硅間的熱氧介質層的形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體領域中的熱氧介質層的形成方法，特別是涉及一種溝槽型雙層柵MOS中的多晶硅之間的熱氧介質層的形成方法。
【背景技術】
[0002]在功率器件中，溝槽型雙層柵功率MOS器件具有擊穿電壓高、導通電阻低、轉換效率高、開關速度快的特性。通常，第一層多晶硅電極作為屏蔽電極與源極短接或者通單獨引出，第二層多晶硅電極作為柵極。兩層多晶硅電極之間的氧化層厚度需要嚴格控制，否則會形成漏電或較低的擊穿電壓。
[0003]目前，現(xiàn)有工藝中的兩層多晶硅電極之間的氧化層的制備方法，是在第一層多晶硅反刻之后，生長高密度等離子體(HDP)氧化膜，生長的HDP氧化膜要足夠厚可以將溝槽(Trench)填滿，再進行CMP (化學機械研磨)、光刻、HDP氧化膜反刻，最終在第一層多晶硅上面留下2500埃的HDP作為兩層多晶硅之間的介質層。其中，具體的工藝流程如下:
[0004]I)在溝槽刻蝕前長一層氧化層作為阻擋層，然后進行溝槽刻蝕；
[0005]2)溝槽內介質層生長；
[0006]3)第一層多晶娃生長；
[0007]4)第一層多晶娃第一步反刻蝕；
[0008]5)第一層多晶娃光刻及第二步反刻蝕；
[0009]6)高密度等離子體(HDP)氧化膜淀積；
[0010]7 ) HDP氧化膜CMP (化學機械研磨)至剩余3000埃；
[0011]8)濕法腐蝕，使溝槽內的第一層多晶硅上剩余2500埃HDP氧化膜；
[0012]9)柵極氧化層生長；
[0013]10)第二層多晶硅淀積與反刻蝕；
[0014]11)形成基極(BODY)和源極(Source)；
[0015]12)形成接觸孔、金屬和鈍化層。
[0016]其中，現(xiàn)有工藝中的溝槽刻蝕前生長一層氧化層作為阻擋層的cell (M0SFET的原胞)區(qū)斷面圖，如圖1所示；現(xiàn)有工藝中的第一層多晶硅兩次刻蝕及去除側壁氧化層后的cell區(qū)斷面圖，如圖2所示；現(xiàn)有工藝中的HDP氧化膜生長后的cell區(qū)斷面圖，如圖3所示；現(xiàn)有工藝中的HDP氧化膜濕法刻蝕后的cell區(qū)斷面圖，如圖4所示。
[0017]對于現(xiàn)有工藝，第一層多晶硅第二次刻蝕深度為硅表面以下1.15μπι時，HDP氧化硅淀積厚度約1.5 μ m，HDP氧化硅CMP研磨量約1.2 μ m，由于HDP氧化膜生長厚度和CMP研磨厚度都很大，所以CMP之后的殘余膜厚波動很大。另外，CMP研磨速率在硅片面內不同位置和硅片間存在差異，這也導致了 CMP之后的殘余膜厚的均一性很差。以上兩點導致兩層多晶該之間的介質膜厚度的均一性和穩(wěn)定性都很差。
[0018]由于HDP氧化膜在CMP之后殘留厚度存在起伏和波動，所以HDP氧化膜反刻之后的殘留厚度很難控制，這樣會使器件的性能很不穩(wěn)定。因此，需解決兩層多晶硅之間介質層厚度難以控制的問題，以提高溝槽型雙層柵功率MOS器件性能的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內容】

[0019]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種溝槽型雙層柵MOS中的多晶硅之間的熱氧介質層的形成方法。通過該方法，可解決了兩層多晶硅之間介質層厚度難以控制的問題，提高MOS器件性能的穩(wěn)定性；同時，能避免因為多晶硅尖的兩頭產(chǎn)生的強電場削弱柵源擊穿電壓。
[0020]為解決上述技術問題，本發(fā)明的溝槽型雙層柵MOS中的多晶硅之間的熱氧介質層的形成方法，包括步驟:
[0021]I)在硅基板上，生長第一氮化膜；
[0022]2)在硅基板上，進行溝槽刻蝕；
[0023]3 )在溝槽內，生長介質層；
[0024]4)在介質層上，生長第一層多晶硅；
[0025]5)對第一層多晶硅進行第一步反刻蝕；
[0026]6)對第一層多晶硅進行光刻及第二步反刻蝕，并去除第一層多晶硅上方的溝槽側壁介質層；
[0027]7)在溝槽的底部和側壁以及硅基板表面淀積第二氮化膜后，刻蝕去除溝槽底部的第二氮化膜，露出第一層多晶娃;
[0028]8)在第一層多晶硅上，生長熱氧介質層；
[0029]9)去除溝槽側壁的第二氮化膜和硅基板表面的第一、二氮化膜；
[0030]10)柵極氧化層生長；
[0031]11)第二層多晶硅淀積與反刻蝕；
[0032]12)形成基極(BODY)和源極(Source)；
[0033]13)形成接觸孔、金屬和鈍化層。
[0034]所述步驟I)中，生長第一氮化膜的方法包括:低壓化學氣相沉積或等離子體增強式化學氣相沉積；第一氮化膜的材質包括:氮化硅；第一氮化膜的厚度為500?3000埃。
[0035]所述步驟3)中，介質層為氧化膜，厚度為500?3000埃；介質層的生長方式包括:熱氧或低壓化學氣相沉積方式。
[0036]所述步驟4)中，生長第一層多晶硅的方法包括:低壓化學氣相沉積；第一層多晶硅的厚度為足以填滿溝槽內部。
[0037]所述步驟5)中，第一步反刻蝕時,直至刻蝕至娃表面。
[0038]所述步驟6)的對第一層多晶硅進行光刻及第二步反刻蝕中，對第一層多晶硅進行光刻，保護住需要接出源極多晶硅的位置，剩余的第一層多晶硅位置進行第二步多晶硅反刻蝕，直至刻蝕至硅表面以下所需深度。
[0039]所述步驟7)中，第二氮化膜淀積的方法包括:低壓化學氣相沉積或等離子體增強式化學氣相沉積；第二氮化膜的材質包括:氮化硅；第二氮化膜的厚度為500?3000埃；刻蝕的方法為干法刻蝕。
[0040]所述步驟8)中，生長熱氧介質層的的方法為通過熱氧方式生長熱氧介質層；其中，熱氧方式中的工藝溫度為高于950°C ;熱氧介質層的厚度為500?3000埃。[0041]所述步驟9)中，去除的方式包括:濕法刻蝕。
[0042]本發(fā)明通過在溝槽刻蝕前，生長一層氮化層，并保留到第一層多晶硅電極刻蝕至硅表面以下之后，在溝槽表面生長一層氮化膜，然后利用干法刻蝕各向異性原理，形成氮化硅側壁，并與之前保留在硅基板表面的氮化硅層連在一起，形成側壁及頂部的保護層。利用熱氧化在多晶硅溝槽底部的多晶硅表面生成熱氧化層，再去除側壁及頂部氮化硅，形成溝槽型雙層柵MOS結構兩層多晶硅之間熱氧介質層。由于本發(fā)明利用氮化膜作為長兩層多晶硅間熱氧隔離介質層的保護層，使得在同樣隔離性能的情況下，較現(xiàn)有的形成氧化硅介質層工藝大大簡化，省略多次HDP以及CMP等高成本工藝流程，且不存在HDP氧化膜難以控制的風險，大大簡化工藝控制難度，即本發(fā)明解決了兩層多晶硅之間介質層厚度難以控制的問題，提高器件性能的穩(wěn)定性。更為重要的是，該方法因為使用熱氧化工藝作為介質層，使得下方的源極多晶硅(第一層多晶硅)的形貌從兩端尖的凹形變?yōu)榱藘啥藞A的凸形，從而避免因為多晶硅尖的兩頭產(chǎn)生的強電場削弱柵源擊穿電壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
[0044]圖1是現(xiàn)有工藝中的溝槽刻蝕前生長一層氧化層作為阻擋層的cell區(qū)斷面圖；
[0045]圖2是現(xiàn)有工藝中的第一層多晶硅兩步反刻蝕及去除側壁氧化層后的cell區(qū)斷面圖；
[0046]圖3是現(xiàn)有工藝中的HDP氧化膜生長后的cell區(qū)斷面圖；
[0047]圖4是現(xiàn)有工藝中的HDP氧化膜濕法刻蝕后的cell區(qū)斷面圖；
[0048]圖5是本發(fā)明的溝槽刻蝕前生長一層氮化層作為阻擋層的cell區(qū)斷面圖；
[0049]圖6是本發(fā)明的第一層多晶硅兩步反刻蝕及去除側壁氧化層后的cell區(qū)斷面圖；
[0050]圖7是本發(fā)明的生長一層氮化膜后的cell區(qū)斷面圖；
[0051]圖8是本發(fā)明的刻蝕形成側壁氮化膜保護層的cell區(qū)斷面圖；
[0052]圖9是本發(fā)明的在第一層多晶硅上生長熱氧介質層后的cell區(qū)斷面圖；
[0053]圖10是本發(fā)明的去除溝槽側壁及硅基板表面的氮化膜后的cell區(qū)斷面圖。
[0054]圖中附圖標記說明如下:
[0055]I為娃基板,2為氧化層,3為第一氮化膜,4為介質層,5為第一層多晶娃,6為第二氮化膜，7為熱氧介質層。
【具體實施方式】
[0056]本發(fā)明的溝槽型雙層柵MOS中的多晶硅之間的熱氧介質層的形成方法，其步驟如下:
[0057]I)在硅基板I上，通過低壓化學氣相沉積或等離子體增強式化學氣相沉積方法，生長第一氮化膜3,即氮化娃層,第一氮化膜3的厚度為500?3000埃(如圖5所不)；
[0058]本步驟中的第一氮化膜3可作為后續(xù)工藝中溝槽頂部的保護層；
[0059]2)在硅基板I上,進行溝槽刻蝕；
[0060]3)在溝槽的側壁和底部，通過熱氧或低壓化學氣相沉積方式，生長介質層4 (即氧化硅)，厚度為500?3000埃；
[0061]4)在介質層4上,通過低壓化學氣相沉積，生長第一層多晶娃5,第一層多晶娃5的厚度為足以填滿溝槽內部；
[0062]5)對第一層多晶硅5進行第一步反刻蝕，直至刻蝕至硅表面；
[0063]6)對第一層多晶硅5進行光刻及第二步反刻蝕，并通過濕法刻蝕，去除第一層多晶硅5上方的溝槽側壁介質層4 (如圖6所示)；
[0064]其中，對第一層多晶硅5進行光刻，保護住需要接出源極多晶硅的位置，剩余的第一層多晶硅位置進行第二步多晶硅反刻蝕，直至刻蝕至硅表面以下所需深度(特定深度)；
[0065]圖6中的第一氮化膜3作為后續(xù)熱氧介質層7的表面保護層；
[0066]7)通過低壓化學氣相沉積或等離子體增強式化學氣相沉積，在溝槽的底部和側壁以及硅基板I表面(第一氮化膜3表面)淀積第二氮化膜(即氮化硅)6后(如圖7所示)，干法刻蝕去除溝槽底部的第二氮化膜6，露出第一層多晶硅5 (如圖8所示)；其中，第二氮化膜6的厚度為500?3000埃；
[0067]8)在第一層多晶硅5上，通過熱氧方式(溫度高于950°C)，生長熱氧介質層7 (如圖9所示)，即氧化硅層，其厚度為500?3000埃；
[0068]9)濕法刻蝕，去除溝槽側壁的第二氮化膜6，以及硅基板I表面的第一氮化膜3、和第二氮化膜6 (如圖10所示)，留下溝槽底部的第一層多晶硅5上存在的熱氧介質層7，從而形成溝槽型雙層柵MOS結構中的兩層多晶硅之間的熱氧介質層；
[0069]10)按照現(xiàn)有工藝，利用熱氧化，生長柵極氧化層；
[0070]11)按照現(xiàn)有工藝，進行第二層多晶硅淀積與反刻蝕，即利用低壓化學氣相沉積生長第二層多晶硅，刻蝕至硅表面；
[0071]12)按照現(xiàn)有工藝,通過離子注入,形成基極(BODY)和源極(Source)；
[0072]13)按照現(xiàn)有工藝，形成接觸孔、金屬和鈍化層，即利用掩膜板刻蝕形成接觸孔，淀積金屬層并刻蝕形成接觸電極，淀積并刻蝕形成鈍化層。
[0073]按照上述步驟，通過在第一層多晶硅5光刻及第二步反刻蝕后，需要再生長一層第二氮化膜6并利用干法刻蝕各向異性特征，使得溝槽底部氮化硅刻蝕干凈，露出下面的第一層多晶硅5的同時，側壁氮化硅保護層保留下來(即第二氮化膜6側壁保護層)，并與硅基板I表面的氮化娃一起形成保護層，即溝槽側壁與之前生長在娃基板I表面的第一氮化膜3連在一起形成保護層，使得后續(xù)的熱氧介質層7僅在第一層多晶硅5上生長；然后，通過去除溝槽側壁及硅基板I表面的氮化膜，熱氧隔離層(即熱氧介質層)就此形成，即通過氮化硅作為屏蔽層來形成溝槽型雙層柵MOS結構中的兩層多晶硅之間熱氧介質層。因此，本發(fā)明能解決了兩層多晶硅之間介質層厚度難以控制的問題，而且最終制備得到的溝槽型雙層柵MOS具有較高的性能穩(wěn)定性；同時，本發(fā)明也能避免因為多晶硅尖的兩頭產(chǎn)生的強電場削弱柵源擊穿電壓。
【權利要求】
1.一種溝槽型雙層柵MOS中的多晶硅之間的熱氧介質層的形成方法，其特征在于，包括步驟: 1)在硅基板上，生長第一氮化膜； 2)在硅基板上，進行溝槽刻蝕； 3)在溝槽內，生長介質層； 4)在介質層上,生長第一層多晶娃； 5)對第一層多晶娃進行第一步反刻蝕； 6)對第一層多晶娃進行光刻及第二步反刻蝕，并去除第一層多晶娃上方的溝槽側壁介質層； 7)在溝槽的底部和側壁以及硅基板表面淀積第二氮化膜后，刻蝕去除溝槽底部的第二氮化膜，露出第一層多晶娃; 8)在第一層多晶娃上,生長熱氧介質層； 9)去除溝槽側壁的第二氮化膜和硅基板表面的第一、二氮化膜； 10)柵極氧化層生長； 11)第二層多晶硅淀積與反刻蝕； 12)形成基極和源極； 13)形成接觸孔、金屬和鈍化層。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，生長第一氮化膜的方法包括:低壓化學氣相沉積或等離子體增強式化學氣相沉積；第一氮化膜的材質包括:氮化硅；第一氮化膜的厚度為500?3000埃。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟3)中，介質層為氧化膜，厚度為500?3000埃；介質層的生長方式包括:熱氧或低壓化學氣相沉積方式。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟4)中，生長第一層多晶硅的方法包括:低壓化學氣相沉積；第一層多晶硅的厚度為足以填滿溝槽內部。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟5)中，第一步反刻蝕時，直至刻蝕至娃表面。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟6)的對第一層多晶硅進行光刻及第二步反刻蝕中，對第一層多晶硅進行光刻，保護住需要接出源極多晶硅的位置，剩余的第一層多晶硅位置進行第二步多晶硅反刻蝕，直至刻蝕至硅表面以下所需深度。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟7)中，第二氮化膜淀積的方法包括:低壓化學氣相沉積或等離子體增強式化學氣相沉積； 第二氮化膜的材質包括:氮化硅；第二氮化膜的厚度為500?3000埃； 刻蝕的方法為干法刻蝕。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟8)中，生長熱氧介質層的的方法為通過熱氧方式生長熱氧介質層；其中，熱氧方式中的工藝溫度為高于950°C ； 熱氧介質層的厚度為500?3000埃。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟9)中，去除的方式包括:濕法刻蝕。
【文檔編號】H01L21/283GK103632949SQ201210310839
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月28日 優(yōu)先權日:2012年8月28日
【發(fā)明者】李陸萍, 張博 申請人:上海華虹宏力半導體制造有限公司