[发明专利]一种改善形貌的深沟槽制造方法及深沟槽

说明书

本申请公开了一种改善形貌的深沟槽制造方法，包括：在外延层上形成ONO层；穿透ONO层并在外延层中形成沟槽的第一部分；在沟槽的第一部分的侧壁形成侧墙；在沟槽的第一部分的底部向下刻蚀，新刻蚀的区域称为沟槽的第二部分，沟槽的第一部分和第二部分的总和构成了完整的沟槽；在沟槽的第二部分的侧壁和底部热氧化生长出第四氧化硅；先去除第四氧化硅和侧墙，再去除ONO层中的第二氧化硅和第一氮化硅，仅保留第一氧化硅。本申请通过一次光刻和两次沟槽刻蚀以改善沟槽形貌，最终提升了沟槽型超级结器件的反向击穿电压。

技术领域

本申请涉及一种沟槽型超级结器件的深沟槽制造方法。

背景技术

申请公布号为CN103035677A、申请公布日为2013年4月10日的中国发明专利申请在其说明书的背景技术部分对于超级结MOSFET(金属-氧化物型场效应晶体管)进行了简要介绍。超级结器件除了包含超级结MOSFET外，还包含超级结JFET(结型场效应晶体管)、超级结肖特基二极管、超级结IGBT(绝缘栅双极晶体管)等，这些超级结器件的共同点是都具有超级结结构。

请参阅图1a，这是一种现有的超级结JFET的结构示意图，在n型外延层中具有交替排列的p型立柱(pillar，也称为纵向区)和n型立柱。这种在硅材料中所具有的交替排列的p型立柱和n型立柱就被称为超级结结构。

一种典型的超级结结构的制造工艺是在硅材料(例如n型外延层)刻蚀多个深沟槽(deep trench)，然后以p型硅填充这些沟槽而形成p型立柱。相邻两个p型立柱之间的n型外延层就作为n型立柱，如图1b所示。采用这种制造工艺形成超级结结构的超级结器件被称为沟槽型超级结器件。

制造沟槽型超级结器件时，深沟槽的形貌至关重要。但是由于刻蚀工艺的限制，一般可获得的深沟槽形貌较差，表现为沟槽侧壁较为倾斜，沟槽开口宽度(top CD)与沟槽底部宽度(bottom CD)具有较大差异。当沟槽较浅时，沟槽形貌对器件性能的影响较小。当沟槽CD(关键尺寸)在5μm以内，沟槽深度在40μm以上时，沟槽形貌带来的沟槽开口和底部的宽度差异将会很大，这对于沟槽型超级结器件的反向击穿电压的提升非常不利。请参阅图2，假设深沟槽的开口宽度为4μm，深度为40μm，工艺能够实现的沟槽侧壁与沟槽底部之间的夹角为102°，此时沟槽底部宽度仅为1.2μm。由于沟槽开口宽度和沟槽底部宽度的实际差异太大，超级结在沟槽开口和沟槽底部难以同时取得电荷平衡，严重影响器件的反向击穿电压。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种深沟槽刻蚀方法，可以改善沟槽形貌使得沟槽侧壁较为垂直，减小沟槽开口宽度与沟槽底部宽度的差异。

为解决上述技术问题，本申请改善形貌的深沟槽制造方法包括如下步骤：

第1步，在外延层上形成ONO层，所述ONO层自下而上包括第一氧化硅、第一氮化硅、第二氧化硅；

第2步，采用光刻和干法刻蚀工艺穿透ONO层并在外延层中形成沟槽的第一部分；

第3步，在硅片表面依次形成第三氧化硅和第二氮化硅，再采用干法反刻第二氮化硅和第三氧化硅从而在沟槽的第一部分的侧壁形成侧墙；

第4步，在沟槽的第一部分的底部向下刻蚀，新刻蚀的区域称为沟槽的第二部分，沟槽的第一部分和第二部分的总和构成了完整的沟槽；

第5步，在沟槽的第二部分的侧壁和底部热氧化生长出第四氧化硅；所耗费的硅使得沟槽的第二部分的底部宽度大致等于沟槽的第一部分的底部宽度、和/或沟槽的第二部分的开口宽度大致等于沟槽的第一部分的开口宽度；

第6步，先去除第四氧化硅和侧墙，再去除ONO层中的第二氧化硅和第一氮化硅，仅保留第一氧化硅。

本申请的深沟槽自上而下分为沟槽的第一部分和沟槽的第二部分，这两部分的底部宽度大致相同、和/或这两部分的开口宽度大致相同。