專利名稱：將溝槽頂部拐角改善為圓角的方法
技術領域：
本發明涉及集成電路半導體制造領域，特別涉及一種將溝槽頂部拐角改善為圓角 的方法。
背景技術：
溝槽結構，被廣泛用于功率電子器件，如金屬-氧化物-半導體場效應管(MOSFET) 和絕緣柵雙極晶體管(IGBT))等。由于其將導通通道從硅片的表面轉移到了硅片的垂直方 向，溝槽型器件比平面型器件能在單位面積上集成更多的單元，從而使導通電阻大大得到 減低，減小了功耗。因此在功率器件中，溝槽型MOSFET和溝槽型IGBT已經被越來越廣泛的 采用。但是通常由于溝槽刻蝕工藝本身限制，如圖1所示，溝槽頂部拐角處容易形成直 角或負角(即頂角處往里凹陷的角)，從而在該處積累電荷并形成較密集的電場導致該處 容易發生漏電，導致器件整體擊穿電壓下降。在實際工藝中，通常在溝槽刻蝕完成后采用一些方法將溝槽頂部的直角或負角改 善成緩角。但工藝方法都不夠便捷，工藝成本過高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種將溝槽頂部拐角改善為圓角的方法，通過 改善溝槽的頂角形狀提高器件的擊穿電壓。為解決上述技術問題，本發明將溝槽頂部拐角改善為圓角的方法的技術方案是， 在形成溝槽之后，包括以下步驟1)在溝槽內以及硅襯底或者硅外延層上淀積一層氧化硅；2)采用等離子體轟擊刻蝕，將溝槽頂部拐角打成圓角；3)進行犧牲氧化，形成犧牲氧化膜，改善頂部圓角的圓滑程度；4)除去殘留的氧化層。作為本發明的進一步改進是，步驟2)中將溝槽頂部拐角打成圓角為將氧化硅層 打成圓角。作為本發明另一種進一步改進是，步驟2)中將溝槽頂部拐角打成圓角為將硅襯 底打成圓角。本發明通過先在溝槽和硅襯底或者硅外延層上方生長氧化硅膜再回刻，并與高溫 犧牲氧化相結合，形成圓滑的溝槽頂部拐角，消除電荷積累，降低拐角處電場密度，從而提 高器件的擊穿電壓。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明圖1為現有技術中溝槽結構示意圖2為本發明將溝槽頂部拐角改善為圓角的方法流程示意圖；圖3為HDP機臺等離子體濺射強度與入射角度關系坐標圖；圖4為本發明方法流程結構示意圖。
具體實施例方式在采用通常的工藝在硅基板上刻蝕出溝槽時，溝槽的頂部拐角為直角。本發明在 此基礎上，在溝槽以及硅基板或者硅外延層上淀積一層氧化硅，作為溝槽的薄氧化膜保護 層，如圖4(a)所示。此步驟可以采用HDPCVD(高密度等離子體化學氣相淀積)工藝淀積氧 化硅，腔體內的反應氣體為Ar (氬氣)或He (氦氣)、O2 (氧氣)、SiH4 (硅烷)，所淀積的氧 化硅層厚度為100-4000A。接著，要將溝槽頂部拐角打成圓角。此步驟利用HDPCVD工藝的等離子體轟擊技 術，刻蝕上一步中淀積的氧化膜保護層，反應氣體為Ar (氬氣)或He (氦氣)、02 (氧氣)，轟 擊偏壓為1000-3000W，轟擊時間為5-25s，并且，這一步的等離子體轟擊刻蝕與上一步的氧 化硅膜淀積可以在同一個反應腔體中進行，也可以在不同腔體完成。如圖2所示，利用HDPCVD等離子體各項異性物理轟擊作用，其轟擊強度(sputter yield)隨離子束的入射角而變化。當離子束的入射角在50-70度時，等離子體轟擊強度較 大，因此能將溝槽頂部拐角優先刻成緩角，而溝槽內側壁及底部在氧化膜的保護下，由于受 到的離子轟擊作用較弱，可避免等離子體對其表面的損害。在此步驟中，刻蝕的位置可以有兩種方式方式一用等離子體轟擊刻蝕，僅僅刻蝕氧化膜層，不刻硅襯底，也就是轟擊停留 在氧化硅保護層里，將溝槽頂部拐角處的氧化硅刻蝕掉，并在溝槽頂部拐角處形成圓角，如 圖4(b)所示。方式二 用等離子體轟擊刻蝕，不僅刻蝕氧化膜層，還刻硅襯底，除了將溝槽頂部 拐角處的氧化硅刻蝕掉，還將此處的硅襯底也刻蝕一部分，并使得在溝槽頂部拐角處的硅 襯底形成圓角，如圖4(c)所示。在將溝槽頂部拐角處打成圓角之后，進行犧牲氧化，形成犧牲氧化膜，改善頂部圓 角的圓滑程度。針對上一步中的兩種等離子體轟擊刻蝕方法，形成犧牲氧化膜雖然能形成 同樣溝槽頂部圓角結構，但是工藝步驟作用原理不完全相同。當用等離子體轟擊刻蝕僅僅刻蝕氧化膜層，而不刻硅襯底時，轟擊停留在氧化硅 保護層里，由于頂部拐角處的殘留氧化硅較薄，在之后的犧牲氧化時會產生更厚的犧牲氧 化層，因為氧化消耗硅，會導致頂部硅的形狀更為圓滑，形成如圖4(d)所示的結構。當用等離子體轟擊刻蝕不僅刻蝕氧化膜層，還刻硅襯底時，轟擊情況是已穿過氧 化硅保護層，直接將頂部拐角的硅打圓，此時增大了硅表面粗糙度，之后的爐管犧牲氧化， 可修復溝槽頂部緩角硅表面的粗糙度，也可以獲得溝槽頂部的圓滑拐角效果，也能形成如 圖4(d)所示的結構。無論是上述哪種情況，都能夠在溝槽頂部拐角處形成圓角。形成犧牲氧化層可以 采用爐管氧化，溫度900-1200°C，膜厚100-1500埃。最后，除去殘留的氧化層。此處可以采用濕法刻蝕去除氧化膜，得到如圖4(e)所 示的溝槽頂部拐角處為圓角的溝槽。
本發明在溝槽內先長膜后再加一步回刻的特殊工藝方法，同時結合犧牲氧化，將 溝槽的拐角改善成緩角，消除電荷積累，降低拐角處電場密度，從而提高器件的擊穿電壓。 工藝簡單方便，不僅提高器件的性能，還降低工藝成本。
權利要求
一種將溝槽頂部拐角改善為圓角的方法，其特征在于，在形成溝槽之后，包括以下步驟1)在溝槽內以及硅襯底或者硅外延層上淀積一層氧化硅；2)采用等離子體轟擊刻蝕，將溝槽頂部拐角打成圓角；3)進行犧牲氧化，形成犧牲氧化膜，改善頂部圓角的圓滑程度；4)除去殘留的氧化層。
2.根據權利要求1所述的將溝槽頂部拐角改善為圓角的方法，其特征在于，步驟2)中 將溝槽頂部拐角打成圓角為將氧化硅層打成圓角。
3.根據權利要求1所述的將溝槽頂部拐角改善為圓角的方法，其特征在于，步驟2)中 將溝槽頂部拐角打成圓角為將硅襯底打成圓角。
4.根據權利要求1所述的將溝槽頂部拐角改善為圓角的方法，其特征在于，步驟1) 采用HDPCVD工藝淀積氧化硅，反應氣體為Ar或He、02、SiH4,所淀積的氧化硅層厚度為 100-4000A。
5.根據權利要求1所述的將溝槽頂部拐角改善為圓角的方法，其特征在于，步驟2)采 用HDPCVD工藝進行等離子體轟擊刻蝕，反應氣體為Ar或He、O2,轟擊偏壓為1000-3000W， 轟擊時間為5-25s。
6.根據權利要求4或5所述的將溝槽頂部拐角改善為圓角的方法，其特征在于，步驟 1)和步驟2)在同一個腔體完成，或者在不同的腔體完成。
7.根據權利要求1所述的將溝槽頂部拐角改善為圓角的方法，其特征在于，步驟4)中 采用爐管氧化進行犧牲氧化，工藝溫度為900-1200°C，膜厚為100-1500 L
全文摘要
本發明公開了一種將溝槽頂部拐角改善為圓角的方法，在形成溝槽之后，包括以下步驟1)在溝槽內以及硅襯底或者硅外延層上淀積一層氧化硅；2)采用等離子體轟擊刻蝕，將溝槽頂部拐角打成圓角；3)進行犧牲氧化，形成犧牲氧化膜，改善頂部圓角的圓滑程度；4)除去殘留的氧化層。本發明能改善溝槽的拐角，消除電荷積累，降低拐角處電場密度，從而提高器件的擊穿電壓。
文檔編號H01L21/311GK101924018SQ20091005740
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月11日 優先權日2009年6月11日
發明者彭仕敏, 彭虎, 謝烜 申請人:上海華虹Nec電子有限公司