半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)包括：半導(dǎo)體襯底；所述半導(dǎo)體襯底中形成有溝槽，所述溝槽的轉(zhuǎn)折處均為圓弧形；所述溝槽及半導(dǎo)體襯底表面形成有氧化層。即得到了形貌良好、圓滑的溝槽，從而能夠在此溝槽內(nèi)得到厚度均勻的氧化層，改善了半導(dǎo)體器件的特性，保證半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性。
【專利說明】半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]功率器件可分為功率集成電路(IC)器件和功率分立器件兩類，其中，功率分立器件又包括功率M0SFET、大功率晶體管和IGBT等器件。早期功率器件均是基于平面工藝生產(chǎn)，但隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，小尺寸、大功率、高性能成了半導(dǎo)體器件發(fā)展的趨勢。但以平面工藝MOSFET器件為例，由于其本身體內(nèi)JFET寄生電阻的限制，單個(gè)元胞的面積減小有限，這樣就使增加原胞密度變得很困難，不能使平面工藝MOSFET的導(dǎo)通電阻RDSON進(jìn)一步減小。溝槽工藝由于將溝槽從水平變成垂直，消除了平面結(jié)構(gòu)寄生JFET電阻的影響，使元胞尺寸大大縮小，在此基礎(chǔ)上增加元胞密度，提高單位面積芯片內(nèi)溝道的總寬度，就可以使得器件在單位硅片上的溝道寬長比增大從而使電流增大、導(dǎo)通電阻下降以及相關(guān)參數(shù)得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了更小尺寸的管芯擁有更大功率和高性能的目標(biāo)。
[0003]溝槽工藝常用于制作柵極、隔離技術(shù)等，甚至用于超結(jié)工藝中的P、N型摻雜。在上述具體應(yīng)用中，通常溝槽工藝均包括如下過程，結(jié)合圖1?圖5，傳統(tǒng)的溝槽工藝包括:
[0004]如圖1所示，提供襯底10，并在所述襯底10上淀積介質(zhì)層11 ;通常的，所述襯底10為N型〈100〉晶向襯底。
[0005]如圖2所示，去除部分所述介質(zhì)層11，形成第一窗口 12。
[0006]接著，如圖3所示，刻蝕所述襯底10，去除介質(zhì)層11，形成第二窗口 13。在此過程中，將形成多個(gè)夾角，具體的，第二窗口 13側(cè)壁和襯底上表面之間形成夾角Θ I ;第二窗口13側(cè)壁和第二窗口 13底壁之間形成夾角Θ 2;第二窗口 13底壁之間形成夾角Θ3。通常的，夾角Θ I的角度要求為90°?100° ;夾角Θ2和夾角Θ 3的角度均要求為鈍角，即大于 90°。
[0007]接著，如圖4所示，在所述第二窗口 13及襯底10表面進(jìn)行修復(fù)層生長；接著去除生長的修復(fù)層，形成溝槽14。這層修復(fù)層通過對硅襯底執(zhí)行氧化工藝而形成，其目的是修復(fù)刻蝕形成第二窗口 13時(shí)對槽形貌的損傷，常用溫度為950°C?1000°C。由于襯底10是<100>晶向，而第二窗口 13側(cè)壁是〈011〉晶向，根據(jù)半導(dǎo)體特性，<011>晶向生長氧化層的速率比〈100〉晶向要快。所以在相同的生長環(huán)境下，第二窗口 13側(cè)壁的修復(fù)層生長較厚，從而導(dǎo)致第二窗口 13側(cè)壁消耗硅的厚度多于襯底10上表面的厚度。由此，形成溝槽14后，將使得溝槽14側(cè)壁和襯底上表面的夾角變小，形成銳角夾角Θ 4，即溝槽14頂部出現(xiàn)了明顯的關(guān)起。
[0008]接著，如圖5所示，在所述溝槽14及襯底10表面進(jìn)行氧化層15生長。根據(jù)半導(dǎo)體膜層在平坦處易于生長、在尖銳/突起處不易于生長的特性，從而在拐角位置d2、d4、d6的氧化層15厚度小于平面處dl、d3、d5氧化層15厚度。也就是說，所形成的氧化層15非常的不平坦，即所形成的氧化層15的質(zhì)量不高。
[0009]已知的，氧化層的質(zhì)量將影響到后續(xù)所形成的柵極、隔離結(jié)構(gòu)或者PN結(jié)的質(zhì)量。例如，在柵極的制作中，氧化層(在柵極中通常稱為柵氧層)的質(zhì)量決定了 MOSFET器件的開啟電壓、柵源耐壓等一系列基本參數(shù)，柵氧層的厚度均勻性是衡量柵氧耐壓的重要因素，如果柵氧層的厚度不均勻，當(dāng)柵極施加電壓時(shí)，能量會(huì)先從柵氧層上厚度薄的區(qū)域擊穿，從而使器件失效，并存在可靠性風(fēng)險(xiǎn)。
[0010]因此，如何優(yōu)化溝槽形貌，以得到質(zhì)量更佳的氧化層，成了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)難題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0011]本實(shí)用新型的目的在于提供一種半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有的溝槽形貌較差、頂部具有明顯的突起，從而導(dǎo)致所形成的氧化層不平坦的問題。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體襯底；所述半導(dǎo)體襯底中形成有溝槽，所述溝槽的轉(zhuǎn)折處均為圓弧形；所述溝槽及半導(dǎo)體襯底表面形成有氧化層。
[0013]可選的，在所述的半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)中，所述半導(dǎo)體襯底為N型〈100〉晶向的半導(dǎo)體襯底。
[0014]可選的，在所述的半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)中，所述溝槽的深度為0.1微米?50微米。
[0015]在本實(shí)用新型提供的半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)中，所述溝槽的轉(zhuǎn)折處均為圓弧形，即得到了形貌良好、圓滑的溝槽，從而能夠在此溝槽內(nèi)得到厚度均勻的氧化層，改善了半導(dǎo)體器件的特性，保證半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1?圖5是傳統(tǒng)的形成半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0017]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)的形成方法的流程示意圖；
[0018]圖7?圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例的形成半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0019]圖14是圖11所示剖面示意圖的局部放大圖；
[0020]圖15是圖13所示剖面示意圖的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型提出的半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)的形成方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實(shí)用新型實(shí)施例的目的。
[0022]請參考圖6，其為本實(shí)用新型實(shí)施例的半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)的形成方法的流程示意圖。如圖6所示，所述半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)的形成方法包括:
[0023]步驟S20:提供半導(dǎo)體襯底，并在所述半導(dǎo)體襯底上順次形成第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層；
[0024]步驟S21:去除部分第二介質(zhì)層，形成第一窗口 ；
[0025]步驟S22:執(zhí)行氧化工藝，在所述第一窗口中形成鳥嘴結(jié)構(gòu)；
[0026]步驟S23:刻蝕所述第一窗口中的鳥嘴結(jié)構(gòu)及其下方的半導(dǎo)體襯底，形成第二窗π ；
[0027]步驟S24:去除所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層，形成第三窗口 ；
[0028]步驟S25:在所述第三窗口及半導(dǎo)體襯底表面進(jìn)行修復(fù)層生長，接著去除生長的修復(fù)層，形成溝槽；
[0029]步驟S26:在所述溝槽及半導(dǎo)體襯底表面形成氧化層。
[0030]在本申請實(shí)施例中，所述第三窗口的側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底上表面之間、所述第三窗口的側(cè)壁與側(cè)壁之間、所述第三窗口的側(cè)壁與底壁之間、以及所述第三窗口的底壁與底壁之間均具有夾角，且夾角均為鈍角。所述溝槽的轉(zhuǎn)折處均為圓弧形。
[0031]具體的，請參考圖7?圖15，其中，圖7?圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例的形成半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖14是圖11所示剖面示意圖的局部放大圖；圖15是圖13所示剖面示意圖的局部放大圖。
[0032]如圖7所示，提供半導(dǎo)體襯底30，并在所述半導(dǎo)體襯底30上順次形成第一介質(zhì)層31和第二介質(zhì)層32。
[0033]在本申請實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底30可以是硅襯底、鍺硅襯底、II1- V族元素化合物襯底或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體材料襯底。本實(shí)施例中采用的是硅襯底。更具體地，本實(shí)施例中采用的硅襯底是形成功率器件常用的N型〈100〉晶向的硅襯底。
[0034]在本申請實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層31的材料為二氧化硅。進(jìn)一步的，所述第一介質(zhì)層31的厚度為10埃?1000埃，例如，所述第一介質(zhì)層31的厚度為10埃、50埃、100埃、150埃、200埃、300埃、500埃、650埃、800?；蛘?000埃。
[0035]在本申請實(shí)施例中，所述第二介質(zhì)層32的材料為氮化硅、氮氧化硅和多晶硅中的一種或多種。具體的，當(dāng)后續(xù)所形成的溝槽線寬的要求大于0.5微米時(shí)，第二介質(zhì)層的材料優(yōu)選為氮化硅，即第二介質(zhì)層為氮化硅層。當(dāng)后續(xù)所形成的溝槽線寬的要求小于等于0.5微米時(shí)，第二介質(zhì)層的材料優(yōu)選為多晶硅和氮化硅，具體的，第二介質(zhì)層為多晶硅層和位于所述多晶硅層上的氮化硅層。通過第二介質(zhì)層的材料優(yōu)選為多晶硅和氮化硅，可使得后續(xù)所形成的鳥嘴結(jié)構(gòu)的鳥嘴長度較小，從而可減少后續(xù)所形成的溝槽頂部線寬的損失，即易于得到線寬較小的溝槽。進(jìn)一步的，所述第二介質(zhì)層32的厚度為1000埃?5000埃，例如，所述第二介質(zhì)層32的厚度為1000埃、1300埃、1800埃、2500埃、3000埃、3800埃、4200?；蛘?000埃。
[0036]優(yōu)選的，所述第二介質(zhì)層32與第一介質(zhì)層31的厚度比為3:1。特別的，當(dāng)所述第二介質(zhì)層32的材料為氮化硅時(shí)，所述第二介質(zhì)層32與第一介質(zhì)層31的厚度比設(shè)為3:1，能夠更好地匹配/平衡膜層之間的應(yīng)力。
[0037]接著，如圖8所示，去除部分第二介質(zhì)層32，形成第一窗口 33。具體的，可通過如下方法形成所述第一窗口 33:首先，在所述第二介質(zhì)層32表面形成光刻膠；接著，對所述光刻膠執(zhí)行光刻工藝，以使所述光刻膠暴露出部分第二介質(zhì)層32 ;然后，對暴露出的部分第二介質(zhì)層32執(zhí)行刻蝕工藝，從而形成第一窗口 33 ;最后，可通過干法去膠加濕法去膠的方式去除剩余的光刻膠。
[0038]在本申請實(shí)施例中，由于僅去除了部分第二介質(zhì)層32，而保留了第一介質(zhì)層31，即在第一窗口 33中存在第一介質(zhì)層31,由此可以避免在第一窗口 33的邊沿第一介質(zhì)層31和第二介質(zhì)層32交接的區(qū)域存在顆粒沾污或者臺(tái)階差，從而提高了后續(xù)執(zhí)行氧化工藝后所形成的鳥嘴結(jié)構(gòu)的形貌。
[0039]接著，如圖9所示，執(zhí)行氧化工藝，在所述第一窗口 33中形成鳥嘴結(jié)構(gòu)34。優(yōu)選的，所述鳥嘴結(jié)構(gòu)的厚度為500埃?10000埃，例如，所述鳥嘴結(jié)構(gòu)的厚度為500埃、1500埃、2000 埃、3500 埃、5000 埃、6500 埃、8500 埃或者 10000 埃。
[0040]具體的，由于在第一窗口 33中沒有第二介質(zhì)層，因此，在執(zhí)行氧化工藝時(shí)，將選擇性的在第一窗口 33中進(jìn)行氧化反應(yīng)，形成鳥嘴結(jié)構(gòu)34。進(jìn)一步的，在執(zhí)行氧化工藝時(shí)，在第一窗口 33中的第一介質(zhì)層31和半導(dǎo)體襯底30的界面處，會(huì)有氧化氣氛進(jìn)入，且越往具有第二介質(zhì)層32覆蓋的方向氧化氣氛越少,從而導(dǎo)致從第一窗口 33中的第一介質(zhì)層31和半導(dǎo)體襯底30的界面處往具有第二介質(zhì)層32覆蓋的方向，氧化反應(yīng)越來越弱，對應(yīng)消耗的半導(dǎo)體襯底30從第一窗口 33中的第一介質(zhì)層31和半導(dǎo)體襯底30的界面處往具有第二介質(zhì)層32覆蓋的方向逐漸減少，從而在第一窗口 33中形成業(yè)界稱為“鳥嘴”的結(jié)構(gòu)。
[0041]進(jìn)一步的，在第一窗口 33中所形成的鳥嘴結(jié)構(gòu)34的生長厚度越厚，則鳥嘴結(jié)構(gòu)34的鳥嘴長度越長，從而后續(xù)形成溝槽頂部的角度越圓滑。此種情況適用于對于溝槽線寬要求不聞的廣品。
[0042]此外，當(dāng)選用的第二介質(zhì)層32的材料為多晶硅和氮化硅(具體的，多晶硅層上覆蓋氮化硅層)時(shí)，則可以有效減小鳥嘴結(jié)構(gòu)34的鳥嘴長度，從而適用于對于溝槽線寬要求較聞的廣品。
[0043]進(jìn)一步的，當(dāng)選用的第二介質(zhì)層32的材料為氮化硅時(shí)，在相同的氧化工藝條件下，第二介質(zhì)層32 (氮化硅)的厚度越厚，鳥嘴結(jié)構(gòu)34的鳥嘴長度越小。但是，在此，優(yōu)選的所述第二介質(zhì)層32與第一介質(zhì)層31的厚度比為3:1，從而能夠更好地匹配/平衡膜層之間的應(yīng)力。
[0044]接著，如圖10所示，刻蝕所述鳥嘴結(jié)構(gòu)34和半導(dǎo)體襯底30，形成第二窗口 35。具體的，刻蝕所述鳥嘴結(jié)構(gòu)34和半導(dǎo)體襯底30，形成第二窗口 35包括:執(zhí)行第一步刻蝕工藝，去除所述鳥嘴結(jié)構(gòu)34 ;執(zhí)行第二步刻蝕工藝，去除部分半導(dǎo)體襯底30。在本申請實(shí)施例中，第一步刻蝕工藝采用干法刻蝕工藝；優(yōu)選的，該第一步刻蝕工藝采用過刻蝕工藝，即刻蝕過量。由此，能夠避免第二步刻蝕時(shí)出現(xiàn)殘留、毛刺等問題，從而提高所形成的半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。在本申請實(shí)施例中，第二步刻蝕工藝的刻蝕深度為0.1微米?50微米，其中，該第二步刻蝕工藝的刻蝕深度由所要形成的溝槽的深度決定。
[0045]接著，如圖11所示，去除所述第二介質(zhì)層32和第一介質(zhì)層31，形成第三窗口 36。在此，所述第三窗口 36的側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底30上表面之間、所述第三窗口 36的側(cè)壁與側(cè)壁之間、所述第三窗口 36的側(cè)壁與底壁之間、以及所述第三窗口 36的底壁與底壁之間均具有夾角，且夾角均為鈍角。在本申請實(shí)施例中，可通過干法加濕法刻蝕工藝去除所述第二介質(zhì)層32和第一介質(zhì)層31,形成第三窗口 36。
[0046]具體的，請同時(shí)參考圖11和圖14，所述第三窗口 36的側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底30上表面之間具有夾角Θ 5、所述第三窗口 36的側(cè)壁與側(cè)壁之間具有夾角Θ 6、所述第三窗口 36的側(cè)壁與底壁之間具有夾角Θ 7、以及所述第三窗口 36的底壁與底壁之間具有夾角Θ8，其中，夾角Θ5、夾角Θ6、夾角Θ7和夾角Θ 8均為鈍角。
[0047]對比圖11和圖3可見，在本申請實(shí)施例中，由于形成了鳥嘴結(jié)構(gòu)，所形成的第三窗口 36的頂部出現(xiàn)兩個(gè)鈍角，相較于圖3中的直角結(jié)構(gòu)，有效的改善了窗口的形貌。[0048]接著，請參考圖12，在所述第三窗口 36及半導(dǎo)體襯底30表面進(jìn)行修復(fù)層生長，接著去除生長的修復(fù)層，形成溝槽37。在此，所述溝槽37的轉(zhuǎn)折處均為圓弧形。在本申請實(shí)施例中，通過高溫氧化工藝形成所述修復(fù)層，由此所形成的修復(fù)層的材料為氧化物。優(yōu)選的，所述高溫氧化工藝的溫度為1000°C?1200°C。高溫可以使第三窗口 36的側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底30上表面之間的夾角、所述第三窗口 36的側(cè)壁與側(cè)壁之間的夾角、所述第三窗口 36的側(cè)壁與底壁之間的夾角、以及所述第三窗口 36的底壁與底壁之間的夾角圓角化，且溫度越高、時(shí)間越長圓角化的效果越好，即所形成的溝槽37的轉(zhuǎn)折處的圓弧形更為圓滑。
[0049]進(jìn)一步的，所述修復(fù)層的厚度為500埃?5000埃。所述修復(fù)層的厚度越厚，消耗的半導(dǎo)體襯底30的厚度也越厚，由此將會(huì)產(chǎn)生較大的線寬損失，因此，優(yōu)選的，所述修復(fù)層的厚度為500埃?5000埃。具體的，可根據(jù)所要形成的半導(dǎo)體器件/產(chǎn)品的實(shí)際情況選擇合適的工藝時(shí)間和修復(fù)層厚度。
[0050]在本申請實(shí)施例中，通過漂洗(即濕法工藝)去除所述修復(fù)層。請結(jié)合參考圖14和圖12，原有的夾角Θ5、夾角Θ6、夾角Θ7和夾角Θ 8處，均變成了圓弧形，由此使得溝槽37的形貌整體非常緩和，當(dāng)施加電壓和能量時(shí)，可以使整個(gè)溝槽非常理想的處于一個(gè)等勢狀態(tài)。
[0051]接著，請參考圖13，在所述溝槽37及半導(dǎo)體襯底30表面形成氧化層38。在本申請實(shí)施例中，形成所述氧化層38的工藝溫度優(yōu)選為1050°C?1150°C。優(yōu)選的，利用摻氯氧化物在所述溝槽37及半導(dǎo)體襯底30表面形成氧化層38，摻氯氧化物可以有效減少氧化層38中的可動(dòng)離子，提高所述氧化層38的質(zhì)量。
[0052]進(jìn)一步的，對比圖15和圖5，其中，圖15中d7、d8、d9、dlO、dll、dl2位置分別與圖5中dl、d2、d3、d4、d5、d6位置對應(yīng)，可以看出，在本申請實(shí)施例中，拐角處由于溝槽形貌的優(yōu)化，使氧化層厚度均勻性得到明顯提升，從而改善了半導(dǎo)體器件的特性，保證半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性。
[0053]請繼續(xù)參考圖13，可見通過上述半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)的形成方法將形成如下一半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)，其具體包括:半導(dǎo)體襯底30 ;所述半導(dǎo)體襯底30中形成有溝槽37 (可參考圖12)，所述溝槽37的轉(zhuǎn)折處均為圓弧形；所述溝槽37及半導(dǎo)體襯底30表面形成有氧化層38。進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體襯底30為N型〈100〉晶向的半導(dǎo)體襯底。所述溝槽37的深度為0.1微米?50微米。
[0054]綜上可見，在本申請實(shí)施例提供的半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)及其形成方法中，通過執(zhí)行氧化工藝，在第一窗口中形成鳥嘴結(jié)構(gòu)，由于所述鳥嘴結(jié)構(gòu)的存在，將得到形貌良好、圓滑的溝槽，從而能夠在此溝槽內(nèi)得到厚度均勻的氧化層，改善了半導(dǎo)體器件的特性，保證半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性。
[0055]上述描述僅是對本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的描述，并非對本實(shí)用新型范圍的任何限定，本實(shí)用新型領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:半導(dǎo)體襯底；所述半導(dǎo)體襯底中形成有溝槽，所述溝槽的轉(zhuǎn)折處均為圓弧形；所述溝槽及半導(dǎo)體襯底表面形成有氧化層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底為N型〈100〉晶向的半導(dǎo)體襯底。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體溝槽結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述溝槽的深度為0.1微米?50微米。
【文檔編號(hào)】H01L21/762GK203733772SQ201420106256
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】楊彥濤, 季鋒, 江宇雷, 趙金波, 劉琛, 桑雨果 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司