[发明专利]一种形成沟槽式MOSFET沟槽底部厚氧的方法

说明书

技术领域

本发明涉及垂直型沟槽式MOSFET （Vertical Trench MOSFET），更具体地讲，本发明涉及形成垂直型沟槽式MOSFET沟槽底部厚氧（Thick bottom oxide，TBO）的方法。

背景技术

垂直型沟槽式MOSFET具有高集成密度、大电流能力、低导通电阻和优良的关断特性等优点。由于上述尺寸和性能的优势，垂直型沟槽式功率MOSFET迅速得到广泛应用。垂直型沟槽式MOSFET的电流以垂直方向流过衬底，栅极位于半导体衬底的沟槽内并通常通过填充多晶硅形成。 

众所周知，在沟槽的底部形成底部厚氧是有多种优点的，可以提高击穿电压，降低栅极和漏极之间的电容。专利号为2007/0202650，题名为"Low Voltage Power MOSFET Device and Process for Its Manufacturer"的美国专利公开了一种形成垂直型沟槽式MOSFET沟槽底部厚氧的方法。该方法使用热氧化（thermal oxidation）工艺，在沟槽底部裸露的硅上生长二氧化硅层。其缺点是，热氧化工艺增加了制程所需要的热量。 

专利号2005/0236665，题名为"Trench MIS Device Having Implanted Drain/Drift Region and Thick Bottom Oxide and Process for Manufacturing the Same" 的美国专利公开了另外一种形成底部厚氧的方法。该方法使用热生长（thermal growth）或者传统的化学气相沉积（chemical vapor deposition）工艺形成底部厚氧，同时需要制作侧壁间隔（side spacer）。缺点是，该方法增加了制程所需要的热量，并且不适合沟槽高宽比（aspect ratio）较大的沟槽式MOSFET。 

发明内容

为解决上述问题，本发明给出了一种形成沟槽式MOSFET沟槽底部厚氧的方法。

本发明给出的一种形成沟槽式MOSFET沟槽底部厚氧的方法包括：在半导体衬底内形成沟槽；使用高密度等离子体化学气相沉积工艺，在半导体衬底上表面、沟槽内和沟槽侧壁生成二氧化硅；去除半导体衬底上表面的二氧化硅；以及去除沟槽侧壁的二氧化硅。

根据本发明的实施例，本发明还包括一氮化层，所述氮化层形成于使用高密度等离子体化学气相沉积工艺之前，所述氮化层作为化学机械抛光工艺的停止层。

本发明还给出一MOSFET沟槽，沟槽内有底部厚氧，所述MOSFET沟槽包括： 沟槽，所述沟槽位于半导体衬底内; 以及底部厚氧，位于沟槽底部，所述底部厚氧使用下述方法形成：使用高密度等离子体化学气相沉积工艺，在半导体衬底上表面、沟槽内和沟槽侧壁生成二氧化硅；去除半导体衬底上表面的二氧化硅；以及去除沟槽侧壁的二氧化硅。

本发明还给出一种形成沟槽式MOSFET沟槽底部厚氧的方法，该方法包括：在硅衬底上形成外延层，所述外延层与所述硅衬底具有相同导电类型；在所述外延层上形成硬掩膜板，使用所述硬掩膜定义沟槽区域；通过选择性的刻蚀所述外延层和使用所述硬掩膜板，在所述外延层上形成沟槽；使用高密度等离子体化学气相沉积工艺，在半导体衬底上表面、沟槽内和侧壁生成二氧化硅；去除衬底上表面的二氧化硅；以及去除沟槽侧壁的二氧化硅。

本发明还给出一种形成沟槽式MOSFET沟槽底部厚氧的方法，该方法包括：在半导体衬底上形成外延层，所述外延层与所述半导体衬底具有相同导电类型；在外延层上形成硬掩膜，使用所述硬掩膜定义沟槽区域；通过选择性的刻蚀所述外延层和使用所述硬掩膜，在所述外延层上形成沟槽；使用高密度等离子体化学气相沉积工艺，在半导体衬底上表面、沟槽底部和沟槽侧壁生成二氧化硅；去除沟槽侧壁的二氧化硅；使用热氧化工艺在沟槽侧壁形成栅氧；沉积多晶硅层，直至沟槽被充分填满；使用化学机械抛光工艺，直至去除硬掩膜上的多晶硅和二氧化硅；使用离子注入技术在外延层上注入离子，使得外延层的顶部部分与外延层导电类型相反。

本发明使用的高密度等离子体化学气相沉积工艺发生于300摄氏度以下，热预算较低，并可适合于制作沟槽高宽比更大的沟槽式MOSFET。

附图说明

图1-7示出根据本发明的一个实施例的垂直型沟槽式MOSFET沟槽底部厚氧形成过程的衬底剖面图；

图8示出形成栅极和源极后的垂直型沟槽式MOSFET；

图9-13示出根据本发明的另一实施例的垂直型沟槽式MOSFET沟槽底部厚氧形成过程的衬底剖面图。

具体实施方式