一種可提高溝槽柵mos器件性能的溝槽柵及其製造方法
2023-05-08 18:50:51
專利名稱：一種可提高溝槽柵mos器件性能的溝槽柵及其製造方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵 及其製造方法。
背景技術：
在功率M0S器件中，傳統的表面柵結構存在著通態電阻大和功耗高的問題，無法 很好的滿足功率器件的需求，於是溝槽柵M0S器件便應運而生，其使用挖槽工藝和介質填 充工藝製作溝槽柵，能夠得到較低的通態電阻，所以溝槽柵M0S器件在低壓範圍內得到了
普遍應用。參見圖1，其為現有技術中溝槽柵M0S器件的溝槽柵的組成結構示意圖，如圖所 示，現有技術中的溝槽柵製作在矽襯底1中，其包括層疊在柵極溝槽中的柵介質層2和多晶 柵層3，該柵介質層2具有分別位於柵極溝槽側壁和底端的側壁部分20和底端部分22，該 側壁部20和底端部分22均為氧化矽。現有技術中製作溝槽柵的工藝包括以下步驟(1)、 提供一矽襯底；(2)、在矽襯底上進行刻蝕工藝形成柵極溝槽；(3)、通過化學氣相沉積工藝 例如高密度等離子體化學氣相沉積(HDP CVD)工藝在溝槽中填充氧化矽；(4)、進行化學機 械拋光(CMP)工藝去除柵極溝槽外的氧化矽；(4)、進行溼法刻蝕工藝形成柵介質層；(5)、 進行化學氣相沉積工藝在柵介質層上沉積多晶矽；(6)、進行化學機械拋光工藝去除柵極溝 槽外的多晶矽。上述現有技術溝槽柵製作工藝在進行步驟(4)中的CMP工藝時由於氧化矽和矽的 選擇比較小，很難精準地抓取到拋光終點(endpoint)，易出現過拋光現象而損傷矽襯底，從 而影響後續工藝並降低器件性能(例如漏電增大和可靠性降低等)；另外柵介質層的底端 部分為氧化矽，為降低溝槽柵M0S器件的柵漏電容(Cgd)，需儘可能的將底端部分的氧化矽 做厚，但增厚氧化矽厚度會使通態比電阻和溝道電阻增加，所以通過增厚氧化矽厚度來降 低柵漏電容受到一定限制。因此，如何提供一種可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵及其製造方法以避免過 拋光損傷矽襯底，並有效降低柵漏電容，已成為業界亟待解決的技術問題。
發明內容
本發明的目的在於提供一種可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵及其製造方法， 通過所述溝槽柵及其製造方法可避免過拋光損傷矽襯底且降低器件性能，並可降低溝槽柵 M0S器件的柵漏電容。本發明的目的是這樣實現的一種可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵，包括層 疊在柵極溝槽中的柵介質層和多晶柵層，該柵介質層具有分別位於柵極溝槽側壁和底端的 側壁部分和底端部分，該側壁部分為氧化矽，該底端部分包括依次層疊的第一氧化矽層、化 學機械拋光終止層和第二氧化矽層。在上述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵中，該化學機械拋光終止層為氮化矽或氮氧化矽。在上述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵中，該第一氧化矽層、化學機械拋 光終止層和第二氧化矽層的厚度範圍分別為100 200埃、200 1000埃和500 3000埃。本發明還提供一種上述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵製造方法，包括以 下步驟a、提供一矽襯底；b、在矽襯底上進行刻蝕工藝形成柵極溝槽；c、進行化學氣相沉 積工藝沉積第一氧化矽層和化學機械拋光終止層；d、進行化學氣相沉積工藝沉積媒介氧化 矽層；e、進行化學機械拋光工藝去除柵極溝槽外的媒介氧化矽層；f、進行溼法刻蝕工藝去 除柵極溝槽外的化學機械拋光終止層；g、進行溼法刻蝕工藝去除柵極溝槽內的媒介氧化矽 層側牆；h、進行溼法刻蝕工藝去除柵極溝槽內的化學機械拋光終止層側牆；i、進行溼法刻 蝕工藝去除未被化學機械拋光終止層覆蓋的氧化矽；j、進行化學氣相沉積工藝沉積第二氧 化矽層和多晶矽層；k、進行化學機械拋光工藝去除柵極溝槽外的多晶矽層。 在上述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵製造方法中，在步驟f和步驟h中， 所述溼法刻蝕的刻蝕液為磷酸。在上述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵製造方法中，在步驟g和步驟i中， 所述溼法刻蝕的刻蝕液為稀釋氫氟酸。在上述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵製造方法中，在步驟d中，通過高密 度等離子體化學氣相沉積工藝沉積媒介氧化矽層。與現有技術中柵介質層的底端部分僅為氧化矽，從而造成柵漏電容過大且易出現 過刻蝕損傷矽襯底並影響器件性能相比，本發明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵的 底端部分包括依次層疊的第一氧化矽層、化學機械拋光終止層和第二氧化矽層，從而方便 本發明的溝槽柵在製造時CMP工藝在化學機械拋光終止層上終止，避免了過刻蝕損傷矽襯 底和器件的性能，另外依次層疊的第一氧化矽層、化學機械拋光終止層和第二氧化矽層可 有效降低柵漏電容。
本發明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵及其製造方法由以下的實施例及 附圖給出。圖1為現有技術中溝槽柵M0S器件的溝槽柵的組成結構示意圖；圖2為本發明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵的組成結構示意圖；圖3為本發明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵製造方法的流程圖；圖4至圖12為完成圖3中步驟S31至S39後溝槽柵M0S器件的組成結構示意圖。
具體實施例方式以下將對本發明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵及其製造方法作進一步 的詳細描述。參見圖2，其為本發明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵的組成結構示意圖， 如圖所示，本發明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵製作在矽襯底1中，其包括層疊在 柵極溝槽中的柵介質層2』和多晶柵層3，所述柵介質層具有分別位於柵極溝槽側壁和底端的側壁部分20和底端部分22』，所述側壁部分20為氧化矽。所述底端部分22』包括依次 層疊的第一氧化矽層220』、化學機械拋光終止層222』和第二氧化矽層224』。所述化學機 械拋光終止層222』為氮化矽或氮氧化矽。所述第一氧化矽層220』、化學機械拋光終止層 222，和第二氧化矽層224，的厚度範圍分別為100 200埃、200 1000埃和500 3000埃。在本實施例中，所述化學機械拋光終止層222』為氮化矽，所述第一氧化矽層 220』、化學機械拋光終止層222』和第二氧化矽層224』的厚度分別為200埃、1000埃和1000埃。參見圖3，其顯示了本發明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵製造方法的流 程圖，本發明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵製造方法首先進行步驟S30，提供一矽 襯底。接著繼續步驟S31，在矽襯底上進行刻蝕工藝形成柵極溝槽，所述刻蝕工藝為幹法 刻蝕工藝，刻蝕氣體可為四氟化碳(CF4)和氧氣(02)的混合氣體。參見圖4，其顯示了完成步驟S31後可提高溝槽柵M0S器件的組成結構示意圖，如 圖所示，柵極溝槽10形成在矽襯底1上。接著繼續步驟S32，進行化學氣相沉積工藝沉積第一氧化矽層和化學機械拋光終 止層，所述第一氧化矽層厚度範圍為100 200埃；化學機械拋光終止層為氮化矽或氮氧化 矽，其厚度範圍為200 1000埃。在本實施例中，通過熱氧化工藝形成第一氧化矽層，其厚 度為200埃；化學機械拋光終止層為氮化矽，其厚度為1000埃，通過低壓化學氣相沉積工藝 (LPCVD)沉積而成。參見圖5，結合參見圖4，圖5顯示了完成步驟S32後可提高溝槽柵M0S器件的組 成結構示意圖，如圖所示，第一氧化矽層40和化學機械拋光終止層42依次沉積在矽襯底1 上包括溝槽10內外，第一氧化矽層40和化學機械拋光終止層42對應柵極溝槽10均具有 對應的側牆。接著繼續步驟S33，進行化學氣相沉積工藝沉積媒介氧化矽層。在本實施例中，通 過高密度等離子體化學氣相沉積工藝(HDP CVD)沉積媒介氧化矽層。參見圖6，結合參見圖4和圖5，圖6顯示了完成步驟S33後可提高溝槽柵M0S器 件的組成結構示意圖，如圖所示，媒介氧化矽層44覆蓋在化學機械拋光終止層42上，其對 應柵極溝槽10具有對應的側牆。接著繼續步驟S34，進行化學機械拋光工藝去除柵極溝槽外的媒介氧化矽層。參見圖7，結合參見圖4至圖6，圖7顯示了完成步驟S34後可提高溝槽柵M0S器 件的組成結構示意圖，如圖所示，媒介氧化矽層44覆蓋在柵極溝槽10外的部分均被去除。接著繼續步驟S35，進行溼法刻蝕工藝去除柵極溝槽外的化學機械拋光終止層，所 述溼法刻蝕的刻蝕液為磷酸。參見圖8，結合參見圖4至圖7，圖8顯示了完成步驟S35後可提高溝槽柵M0S器 件的組成結構示意圖，如圖所示，柵極溝槽10外的化學機械拋光終止層42均被去除。接著繼續步驟S36，進行溼法刻蝕工藝去除柵極溝槽內的媒介氧化矽側牆，所述溼 法刻蝕的刻蝕液為稀釋氫氟酸。參見圖9，結合參見圖4至圖8，圖9顯示了完成步驟S36後可提高溝槽柵M0S器件的組成結構示意圖，如圖所示，媒介氧化矽層44僅在柵極溝槽10的底部區域保留，其他 區域均被去除。接著繼續步驟S37，進行溼法刻蝕工藝去除柵極溝槽的化學機械拋光終止層側牆， 所述溼法刻蝕的刻蝕液為磷酸。參見圖10，結合參見圖2、圖4至圖9，圖10顯示了完成步驟S37後可提高溝槽柵 M0S器件的組成結構示意圖，如圖所示，化學機械拋光終止層42僅在柵極溝槽10的底部區 域保留並形成底端部分22』所包括的化學機械拋光終止層222』。接著繼續步驟S38，進行溼法刻蝕工藝去除未被化學機械拋光終止層覆蓋的氧化 矽，所述溼法刻蝕的刻蝕液為稀釋氫氟酸。參見圖11，結合參見圖2、圖4至圖10，圖11顯示了完成步驟S38後可提高溝槽 柵M0S器件的組成結構示意圖，如圖所示，底端部分22』所包括的第一氧化矽層220』和化 學機械拋光終止層222』形成在柵極溝槽10底部。接著繼續步驟S39，進行化學氣相沉積工藝沉積第二氧化矽層和多晶矽層。參見圖12，結合參見圖2、圖4至圖11，圖12顯示了完成步驟S39後可提高溝槽柵 M0S器件的組成結構示意圖，如圖所示，底端部分22』所包括的第一氧化矽層220』、化學機 械拋光終止層222』和第二氧化矽層224』形成在柵極溝槽10底部。接著繼續步驟S40，進行化學機械拋光工藝去除柵極溝槽外的多晶矽層。完成步驟 S40後可提高溝槽柵M0S器件的組成結構如圖2所示。綜上所述，本發明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵包括層疊在柵極溝槽中 的柵介質層和多晶柵層，所述柵介質層具有分別位於柵極溝槽側壁和底端的側壁部分和底 端部分，所述側壁部分為氧化矽，所述底端部分包括依次層疊的第一氧化矽層、化學機械拋 光終止層和第二氧化矽層，本發明的溝槽柵在製造時CMP工藝在化學機械拋光終止層上終 止，避免了過刻蝕損傷矽襯底和器件的性能，另外可有效降低柵漏電容。
權利要求
一種可提高溝槽柵MOS器件性能的溝槽柵，包括層疊在柵極溝槽中的柵介質層和多晶柵層，該柵介質層具有分別位於柵極溝槽側壁和底端的側壁部分和底端部分，該側壁部分為氧化矽，其特徵在於，該底端部分包括依次層疊的第一氧化矽層、化學機械拋光終止層和第二氧化矽層。
2.如權利要求1所述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵，其特徵在於，該化學機械 拋光終止層為氮化矽或氮氧化矽。
3.如權利要求1或2所述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵，其特徵在於，該第 一氧化矽層、化學機械拋光終止層和第二氧化矽層的厚度範圍分別為100 200埃、200 1000埃和500 3000埃。
4.一種權利要求1所述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵的製造方法，包括以下 步驟a、提供一矽襯底；b、在矽襯底上進行刻蝕工藝形成柵極溝槽；其特徵在於，該方法還 包括以下步驟c、進行化學氣相沉積工藝沉積第一氧化矽層和化學機械拋光終止層；d、進 行化學氣相沉積工藝沉積媒介氧化矽層；e、進行化學機械拋光工藝去除柵極溝槽外的媒介 氧化矽層；f、進行溼法刻蝕工藝去除柵極溝槽外的化學機械拋光終止層；g、進行溼法刻蝕 工藝去除柵極溝槽內的媒介氧化矽層側牆；h、進行溼法刻蝕工藝去除柵極溝槽內的化學機 械拋光終止層側牆；i、進行溼法刻蝕工藝去除未被化學機械拋光終止層覆蓋的氧化矽；j、 進行化學氣相沉積工藝沉積第二氧化矽層和多晶矽層；k、進行化學機械拋光工藝去除柵極 溝槽外的多晶矽層。
5.如權利要求1所述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵製造方法，其特徵在於，在 步驟f和步驟h中，所述溼法刻蝕的刻蝕液為磷酸。
6.如權利要求1所述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵製造方法，其特徵在於，在 步驟g和步驟i中，所述溼法刻蝕的刻蝕液為稀釋氫氟酸。
7.如權利要求1所述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵製造方法，其特徵在於，在 步驟d中，通過高密度等離子體化學氣相沉積工藝沉積媒介氧化矽層。
全文摘要
本發明提供一種可提高溝槽柵MOS器件性能的溝槽柵及其製造方法。現有技術中柵介質層的底端部分僅為氧化矽，從而造成柵漏電容過大且在製造時易出現過刻蝕損傷矽襯底並影響器件性能。本發明的可提高溝槽柵MOS器件性能的溝槽柵包括層疊在柵極溝槽中的柵介質層和多晶柵層，該柵介質層具有分別位於柵極溝槽側壁和底端的側壁部分和底端部分，該側壁部分為氧化矽，該底端部分包括依次層疊的第一氧化矽層、化學機械拋光終止層和第二氧化矽層，本發明的溝槽柵製造方法在進行氧化矽的化學機械拋光時在化學機械拋光終止層上終止。本發明可避免過刻蝕損傷矽襯底和器件的性能，並可有效降低柵漏電容。
文檔編號H01L29/51GK101847655SQ20101015374
公開日2010年9月29日 申請日期2010年4月22日 優先權日2010年4月22日
發明者克裡絲, 劉憲周 申請人:上海宏力半導體製造有限公司