一種改善形貌的深溝槽制造方法及深溝槽的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及一種溝槽型超級(jí)結(jié)器件的深溝槽制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 申請(qǐng)公布號(hào)為CN103035677A、申請(qǐng)公布日為2013年4月10日的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申 請(qǐng)?jiān)谄湔f(shuō)明書(shū)的【背景技術(shù)】部分對(duì)于超級(jí)結(jié)MOSFET(金屬-氧化物型場(chǎng)效應(yīng)晶體管）進(jìn)行了 簡(jiǎn)要介紹。超級(jí)結(jié)器件除了包含超級(jí)結(jié)MOSFET外，還包含超級(jí)結(jié)JFET(結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體 管）、超級(jí)結(jié)肖特基二極管、超級(jí)結(jié)IGBT(絕緣柵雙極晶體管）等，這些超級(jí)結(jié)器件的共同點(diǎn) 是都具有超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0003] 請(qǐng)參閱圖la，這是一種現(xiàn)有的超級(jí)結(jié)JFET的結(jié)構(gòu)示意圖，在n型外延層中具有交 替排列的P型立柱（pillar，也稱(chēng)為縱向區(qū)）和n型立柱。這種在硅材料中所具有的交替排 列的P型立柱和n型立柱就被稱(chēng)為超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0004] 一種典型的超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的制造工藝是在硅材料（例如n型外延層）刻蝕多個(gè)深溝 槽（de印trench)，然后以p型硅填充這些溝槽而形成p型立柱。相鄰兩個(gè)p型立柱之間的 n型外延層就作為n型立柱，如圖lb所示。采用這種制造工藝形成超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的超級(jí)結(jié)器 件被稱(chēng)為溝槽型超級(jí)結(jié)器件。
[0005] 制造溝槽型超級(jí)結(jié)器件時(shí)，深溝槽的形貌至關(guān)重要。但是由于刻蝕工藝的限制，一 般可獲得的深溝槽形貌較差，表現(xiàn)為溝槽側(cè)壁較為傾斜，溝槽開(kāi)口寬度（topCD)與溝槽底 部寬度（bottomCD)具有較大差異。當(dāng)溝槽較淺時(shí)，溝槽形貌對(duì)器件性能的影響較小。當(dāng) 溝槽CD(關(guān)鍵尺寸）在5ym以內(nèi)，溝槽深度在40ym以上時(shí)，溝槽形貌帶來(lái)的溝槽開(kāi)口和 底部的寬度差異將會(huì)很大，這對(duì)于溝槽型超級(jí)結(jié)器件的反向擊穿電壓的提升非常不利。請(qǐng) 參閱圖2,假設(shè)深溝槽的開(kāi)口寬度為4ym，深度為40ym，工藝能夠?qū)崿F(xiàn)的溝槽側(cè)壁與溝槽 底部之間的夾角為102°，此時(shí)溝槽底部寬度僅為1. 2ym。由于溝槽開(kāi)口寬度和溝槽底部 寬度的實(shí)際差異太大，超級(jí)結(jié)在溝槽開(kāi)口和溝槽底部難以同時(shí)取得電荷平衡，嚴(yán)重影響器 件的反向擊穿電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種深溝槽刻蝕方法，可以改善溝槽形貌使得 溝槽側(cè)壁較為垂直，減小溝槽開(kāi)口寬度與溝槽底部寬度的差異。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)改善形貌的深溝槽制造方法包括如下步驟：
[0008] 第1步，在外延層上形成0N0層，所述0N0層自下而上包括第一氧化硅、第一氮化 硅、第二氧化硅；
[0009] 第2步，采用光刻和干法刻蝕工藝穿透0N0層并在外延層中形成溝槽的第一部 分；
[0010] 第3步，在硅片表面依次形成第三氧化硅和第二氮化硅，再采用干法反刻第二氮 化硅和第三氧化硅從而在溝槽的第一部分的側(cè)壁形成側(cè)墻；
[0011] 第4步，在溝槽的第一部分的底部向下刻蝕，新刻蝕的區(qū)域稱(chēng)為溝槽的第二部分， 溝槽的第一部分和第二部分的總和構(gòu)成了完整的溝槽；
[0012] 第5步，在溝槽的第二部分的側(cè)壁和底部熱氧化生長(zhǎng)出第四氧化硅；所耗費(fèi)的硅 使得溝槽的第二部分的底部寬度大致等于溝槽的第一部分的底部寬度、和/或溝槽的第二 部分的開(kāi)口寬度大致等于溝槽的第一部分的開(kāi)口寬度；
[0013] 第6步，先去除第四氧化硅和側(cè)墻，再去除ONO層中的第二氧化硅和第一氮化硅， 僅保留第一氧化硅。
[0014] 本申請(qǐng)的深溝槽自上而下分為溝槽的第一部分和溝槽的第二部分，這兩部分的底 部寬度大致相同、和/或這兩部分的開(kāi)口寬度大致相同。
[0015] 本申請(qǐng)通過(guò)一次光刻和兩次溝槽刻蝕以改善溝槽形貌，適用于深度大于或等于 20ym的深溝槽，最終提升了溝槽型超級(jí)結(jié)器件的反向擊穿電壓。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖la是一種現(xiàn)有的超級(jí)結(jié)JFET的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖lb是溝槽型超級(jí)結(jié)器件的超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)制造工藝示意圖；
[0018] 圖2是現(xiàn)有工藝制造的株溝槽形貌不意圖；
[0019] 圖3a至圖3g是本申請(qǐng)的深溝槽制造方法的各步驟示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本申請(qǐng)?zhí)峁┑臏喜坌统?jí)結(jié)器件的超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)的制造方法如下所示：
[0021] 第1步，請(qǐng)參閱圖3a，在n型外延層上形成ONO(氧化物-氮化物-氧化物）層作 為后續(xù)深溝槽刻蝕的硬掩模（hardmask)層。所述n型外延層例如已形成有后續(xù)光刻工 藝用于對(duì)準(zhǔn)的零層標(biāo)記（zeromark)。所述ONO層例如先是熱氧化生長(zhǎng)或淀積一層氧化硅 (稱(chēng)為第一氧化硅），厚度約100~2000A;再淀積一層氮化硅（稱(chēng)為第一氮化硅），厚度約 100~1500A;最后淀積一層氧化硅（稱(chēng)為第二氧化硅），厚度約0. 5~3ym。所述0N0層中 的各部分厚度可根據(jù)實(shí)際需求增加或減少。
[0022] 第2步，請(qǐng)參閱圖3b，先采用光刻工藝以光刻膠定義出溝槽位置，然后采用干法刻 蝕工藝在所述溝槽位置穿透0N0層并在n型外延層中形成溝槽的第一部分，最后去除光刻 膠。所述溝槽的第一部分的深度大致相當(dāng)于溝槽總深度的一半。這一步干法刻蝕之后，0N0 層最上方的第二氧化硅仍保留超過(guò)一半厚度。
[0023] 第3步，請(qǐng)參閱圖3c，先在硅片表面熱氧化生長(zhǎng)或淀積一層氧化硅（稱(chēng)為第三氧化 硅），厚度約100~2000A,第三氧化硅必然覆蓋溝槽的第一部分的底部。然后再淀積一層氮 化硅（稱(chēng)為第二氮化硅），厚度約1000~5000A,具體厚度根據(jù)深溝槽深度和刻蝕選擇比決 定。之后利用各向異性的干法刻蝕工藝對(duì)第二氮化硅和第三氧化硅進(jìn)行回刻（反刻），直至 硅片表面和溝槽第一部分底部的第二氮化硅和第三氧化硅全部去除，在溝槽的第一部分的 側(cè)壁仍保留由第二氮化硅和第三氧化硅所形成的側(cè)墻。
[0024] 第4步，請(qǐng)參閱圖3d，在溝槽的第一部分的底部向下刻蝕，新刻蝕的區(qū)域稱(chēng)為溝槽 的第二部分，這一步刻蝕后溝槽的總深度達(dá)到所需深度。上一次刻蝕溝槽的第一部分（第2 步）后殘留的0N0層作為本次刻蝕溝槽的第二部分的硬掩模層，第3步所形成的側(cè)墻保護(hù) 溝槽的第一部分的側(cè)壁。
[0025] 第5步，請(qǐng)參閱圖3e，采用熱氧化生長(zhǎng)工藝在硅片上形成氧化硅（稱(chēng)為第四氧化 硅）。由于硅片表面有0N0層保護(hù)，溝槽的第一部分的側(cè)壁有側(cè)墻保護(hù)，因此這一步只在溝 槽的第二部分的側(cè)壁和底部通過(guò)熱氧化生長(zhǎng)出第四氧化硅。熱氧化生長(zhǎng)氧化硅需要耗費(fèi)一 定厚度的硅，這一步用來(lái)使溝槽的第二部分（去除第四氧化硅后）的底部寬度b大致等同 于溝槽的第一部分（去除側(cè)墻后）的底部寬度a，和/或使溝槽的第二部分（去除第四氧化 硅后）的開(kāi)口寬度d大致等同于溝槽的第一部分（去除側(cè)墻后）的開(kāi)口寬度c，如圖3f所 不〇
[0026] 第6步，請(qǐng)參閱圖3f，先去除第四氧化硅和側(cè)墻，例如采用濕法腐蝕工藝。再對(duì)溝 槽的側(cè)壁進(jìn)行修復(fù)氧化。接著去除硬掩模層中的第二氧化硅和第一氮化硅，僅保留第一氧 化硅用于后續(xù)的外延填充（EPIFilling)工藝。
[0027] 第7步，請(qǐng)參閱圖3g，采用選擇性的外延填充工藝在深溝槽中填充單晶硅以形成 填充結(jié)構(gòu)，可根據(jù)實(shí)際需要使所填充的單晶硅具有摻雜以達(dá)到一定電阻率。之后用CMP(化 學(xué)機(jī)械研磨）工藝去除硬掩模層（此時(shí)僅為第一