專利名稱：在溝槽底部制作厚氧化層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種在溝槽底部制作 厚氧化層的方法。
背景技術：
溝槽結構被廣泛用于功率電子器件，如M0S管(M0SFET，金屬-氧化物-半導體場 效應晶體管)和IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)等。和平面型器件相比，溝槽型器件將導通 通道從硅片的表面轉移到了硅片的垂直方向，因此能在單位面積上集成更多的單元，從而 使導通電阻大大降低，減小了功耗。目前的M0S管和IGBT已經(jīng)越來越廣泛的采用溝槽型器 件。請參閱圖1，這是傳統(tǒng)的溝槽型M0S管的硅片剖面示意圖。在重摻雜N型襯底11 上具有N型外延層12，N型外延層12上形成有P阱13，P阱13上具有溝槽14，溝槽14的 側壁和底部具有氧化層(二氧化硅)15作為柵氧化層，溝槽14的內部填充有多晶硅作為柵 極16，溝槽14的上部外側具有N型重摻雜區(qū)作為源極17，N型襯底11上接電極作為漏極
18。當柵極16上接正電壓時，將會在溝槽14兩側的源極17和漏極18之間形成導電溝道19。在上述傳統(tǒng)的溝槽型器件中，溝槽的側壁和底部的氧化層厚度基本一致，柵極和 漏極之間通過溝槽底部的氧化層隔離，由于柵極與漏極有很大的疊加面積，使得器件柵極 和漏極的寄生電容很大，影響器件的開關速度和動態(tài)功耗。作為對上述結構的改進，有工藝使用氮化硅作掩模對溝槽底部進行局部氧化，從 而在溝槽底部得到較厚的氧化層。但該工藝中氮化硅應力導致的缺陷和局部氧化時氮化硅 的白色會標效應(白色會標效應是由氮化硅與周圍高溫高濕環(huán)境相互作用引起的，兩者相 互作用的結果是生成氨氣(nh3)并擴散到Si和Si02的界面并形成白色的條帶狀，白色會標 會引起氧化層的擊穿電壓下降)會導致柵氧化層的擊穿電壓下降甚至漏電，使該工藝有較 大的風險。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種在溝槽底部制作氧化層的方法，該方法可 以大大減小器件的柵極和漏極的寄生電容，改善器件的開關速度和動態(tài)功耗。為解決上述技術問題，本發(fā)明在溝槽底部制作氧化層的方法，所述溝槽在硅片上， 所述硅片表面無溝槽的區(qū)域覆蓋有掩膜層；所述方法包含以下步驟第1步，在硅片表面生長或淀積一層介質層；第2步，采用各向異性刻蝕工藝反刻去除溝槽底部的介質層，保留溝槽側壁的介 質層；第3步，采用離子注入工藝在溝槽底部注入氧離子；
第4步，采用干法刻蝕工藝和/或濕法腐蝕工藝去除溝槽側壁的介質層和硅片表 面的掩膜層；第5步，采用退火工藝對硅片進行退火，在溝槽底部形成1500 6000人厚度的厚
氧化層。本發(fā)明可以大大減小器件的柵極和漏極的寄生電容，改善器件的開關速度和動態(tài) 功耗；并且工藝簡單，易于集成，可以用于批量生產(chǎn)。


圖1是傳統(tǒng)的溝槽型M0S管的硅片剖面示意圖；圖2a 圖2g是本發(fā)明在溝槽底部制作氧化層的方法的各步驟硅片剖面示意圖；圖3是本發(fā)明制作的溝槽型M0S管的硅片剖面示意圖。圖中附圖標記說明11為硅襯底；12為外延層；13為P阱或N阱；14為溝槽；15為氧化層；15a為厚氧 化層；16為柵極；17為源極；18為漏極；19為導電溝道；20為硅片；21為溝槽；22為掩膜 層；23為介質層；24為氧離子注入?yún)^(qū)；25為厚氧化層；26為氧化層。
具體實施例方式本發(fā)明在溝槽底部制作氧化層的方法，具體包括如下步驟開始時的狀態(tài)，請參閱圖2a，硅片20上已刻蝕有溝槽21，硅片20包括硅襯底、外 延層、P阱或N阱等。硅片20的表面無溝槽21的區(qū)域覆蓋有掩膜層22，掩膜層22可以是 氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)、氧化氮化硅(SiOxNy)或其三者的任意結合。第1步，請參閱圖2b，在硅片20的表面生長或淀積一層介質層23。所述介質層23 淀積在硅片20的表面無溝槽21的區(qū)域、溝槽21的側壁和底部。介質層23可以是熱氧化生 長的氧化硅、化學氣相淀積(CVD)的氧化硅、化學氣相淀積的氮化硅或其三者的任意結合。 介質層23的厚度可以是500 5000人。第2步，請參閱圖2c，采用各向異性刻蝕工藝反刻(回刻)去除溝槽21底部的介 質層23。由于各向異性刻蝕工藝可以保持垂直的刻蝕剖面，因此溝槽21側壁的介質層23 仍被保留。這一步中也可以一起去除硅片20的表面無溝槽21的區(qū)域上的介質層23，或者 硅片20的表面無溝槽21的區(qū)域上的介質層23也可以等到第4步中再去除。第3步，請參閱圖2d，采用離子注入工藝在溝槽21底部注入氧離子，形成位于溝槽 21底部的氧離子注入?yún)^(qū)24。這一步的氧離子注入可以是一次注入，也可以是多次注入。多 次注入可以得到更高的氧離子濃度并對溝槽21造成較小的損傷。根據(jù)溝槽21的深寬比調 整注入角度，可以保證溝槽21底部角落處得到氧離子的注入，同時減小溝道效應的影響。本發(fā)明給出這一步的優(yōu)選工藝參數(shù)為離子注入角度為0 15度，離子注入的能 量為30 300keV (千電子伏特)，離子注入的劑量為1 X 1017 3 X 1018個離子每平方厘米。以一次離子注入為例，當離子注入的能量為80kev，劑量為2X1018個離子每平方 厘米時，可以得到氧離子濃度約1 X 1023個離子每立方厘米、深度約1000 3000人的氧離 子分布。在下面的第5步退火結束后可以得到約4000人的氧化層。第4步，請參閱圖2e，去除溝槽21側壁的介質層23和硅片20的表面無溝槽21的區(qū)域上覆蓋的掩膜層22。如果第2步中未去除硅片20的表面無溝槽21的區(qū)域上的介質層 23，這一步也一并去除。這一步采用的去除方法可以是干法刻蝕工藝或濕法腐蝕工藝。第5步，請參閱圖2f，采用退火工藝對硅片進行退火，用于將溝槽21底部注入的氧 離子(在氧離子注入?yún)^(qū)24)激活與硅反應得到厚氧化層25。所述退火可以是高溫爐退火或 快速熱退火(RTA)，可以在非氧氣環(huán)境退火或氧氣環(huán)境退火，退火溫度為900 1200°C或更 高，退火時間為3 60分鐘。當在干氧或濕氧環(huán)境退火，溝槽底部得到1500 6000 A厚度(優(yōu)選為2500 4000人)的厚氧化層，同時溝槽側壁也得到200 1000人厚度的氧化層，溝槽底部和側壁 形成的氧化層融為一體，共同作為柵氧化層。當在非氧氣環(huán)境退火，溝槽21底部得到1500 6000人厚度(優(yōu)選為2500 4000 A )的厚氧化層25，溝槽21側壁不會生長氧化層，如圖2f所示。此時還需增加一步 在硅片表面再進行氧化工藝，使硅片表面(包括硅片20的表面無溝槽21的區(qū)域、溝槽21 的側壁和底部)形成氧化層26，氧化層26和厚氧化層25融為一體(兩者間以虛線區(qū)分)， 共同作為柵氧化層，如圖2g所示。按照本發(fā)明工藝流程制作的溝槽型M0S管結構如圖3所示，和圖1所示的傳統(tǒng)的 溝槽型M0S管結構的區(qū)別在于，溝槽14底部形成有厚氧化層15a，厚氧化層15a與氧化層 15合為一體，一起構成了柵氧化層。從而使器件在溝槽底部的氧化層厚度大大厚于溝槽側 壁的氧化層厚度，大大降低柵極和漏極之間的寄生電容，改善器件的開關特性及動態(tài)功耗。綜上所述，本發(fā)明在溝槽刻蝕完成之后，通過生長介質層和反刻去除溝槽底部介 質層、保留溝槽側壁介質層，然后使用氧離子注入對溝槽底部進行局部注入，將遮擋用的介 質層去掉后高溫退火和氧化將注入的氧離子激活與硅反應，在溝槽底部形成厚氧化層，同 時或隨后在溝槽側壁形成薄的氧化層作柵氧化層。多晶硅柵極的制作流程可緊跟在柵氧化 層制作完成后，從而得到高質量的柵氧化層，保證器件的可靠性。
權利要求
一種在溝槽底部制作厚氧化層的方法，所述溝槽在硅片上，所述硅片表面無溝槽的區(qū)域覆蓋有掩膜層；其特征是，所述方法包含以下步驟第1步，在硅片表面生長或淀積一層介質層；第2步，采用各向異性刻蝕工藝反刻去除溝槽底部的介質層，保留溝槽側壁的介質層；第3步，采用離子注入工藝在溝槽底部注入氧離子；第4步，采用干法刻蝕工藝和/或濕法腐蝕工藝去除溝槽側壁介質層和硅片表面的掩模層；第5步，采用退火工藝對硅片進行退火，在溝槽底部形成1500～6000厚度的厚氧化層。F2009100571524C0000011.tif
2.根據(jù)權利要求1所述的在溝槽底部制作厚氧化層的方法，其特征是，所述掩膜層為 氧化硅、氮化硅、氧化氮化硅或其三者的任意結合。
3.根據(jù)權利要求1所述的在溝槽底部制作厚氧化層的方法，其特征是，所述方法第1步 中，介質層為熱氧化生長的氧化硅、化學氣相淀積的氧化硅、化學氣相淀積的氮化硅或其三 者的任意結合。
4.根據(jù)權利要求3所述的在溝槽底部制作厚氧化層的方法，其特征是，所述方法第1步 中，所述介質層厚度為500 5000人。
5.根據(jù)權利要求1所述的在溝槽底部制作厚氧化層的方法，其特征是，所述方法第2步 中，還同時去除硅片表面的介質層；或者所述方法第4步中，還同時去除硅片表面的介質層。
6.根據(jù)權利要求1所述的在溝槽底部制作厚氧化層的方法，其特征是，所述方法第3 步中，所述離子注入為一次注入或多次注入，離子注入角度為0 15度，離子注入的能量為 30 300keV (千電子伏特)，離子注入的劑量為1 X 1017 3 X 1018個離子每平方厘米。
7.根據(jù)權利要求1所述的在溝槽底部制作厚氧化層的方法，其特征是，所述方法第5步 中，當所述退火工藝為在非氧氣環(huán)境進行，則在所述方法第5步之后還包括，在硅片表面再 進行氧化工藝，使溝槽側壁形成200 1000人厚度的氧化層；所述方法第5步中，當所述退火工藝為在干氧或濕氧環(huán)境進行，則溝槽側壁同時形成 200 1000人厚度的氧化層。
8.根據(jù)權利要求1所述的在溝槽底部制作厚氧化層的方法，其特征是，所述方法第5步 中，所述退火工藝的退火溫度為900 1200°C，退火時間為3 60分鐘。
9.根據(jù)權利要求1所述的在溝槽底部制作厚氧化層的方法，其特征是，所述方法第5步 中，在溝槽底部形成2500 4000人厚度的厚氧化層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在溝槽底部制作厚氧化層的方法，所述溝槽在硅片上，所述硅片表面無溝槽的區(qū)域覆蓋有掩膜層；所述方法包含以下步驟第1步，在硅片表面生長或淀積一層介質層；第2步，采用各向異性刻蝕工藝反刻去除溝槽底部的介質層，保留溝槽側壁的介質層；第3步，采用離子注入工藝在溝槽底部注入氧離子；第4步，采用干法刻蝕工藝和/或濕法腐蝕工藝去除溝槽側壁和硅片表面的介質層；第5步，采用退火工藝對硅片進行退火，在溝槽底部形成厚度的厚氧化層。本發(fā)明可以大大減小器件的柵極和漏極的寄生電容，改善器件的開關速度和動態(tài)功耗；并且工藝簡單，易于集成，可以用于批量生產(chǎn)。
文檔編號H01L21/316GK101877314SQ20091005715
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權日2009年4月29日
發(fā)明者彭虎, 楊欣, 謝烜 申請人:上海華虹Nec電子有限公司