[发明专利]沟槽栅的制造方法

说明书

本发明公开了一种沟槽栅的制造方法，包括步骤：步骤一、进行刻蚀形成栅极沟槽；步骤二、采用在HCl气氛下对硅衬底进行烘烤的方法对栅极沟槽进行圆化；Cl‑离子的刻蚀作用产生的硅消耗效应对栅极沟槽的顶部开口宽度的影响大于H+离子的圆化作用产生的硅堆积效应对栅极沟槽的顶部开口宽度的影响，使栅极沟槽的顶部开口的宽度满足在后续步骤四中能实现无缝填充；步骤三、在栅极沟槽的内侧表面形成栅氧化层；步骤四、在栅极沟槽中无缝填充多晶硅栅。本发明能减少栅极沟槽圆化的热预算同时能实现栅极沟槽的无缝隙填充。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种沟槽栅的制造方法。

背景技术

超级结为由形成于半导体衬底中的交替排列的P型薄层也称P型柱(Pillar)和 N型薄层也称N型柱组成，采用了超级结的器件为超级结器件如超级结MOSFET。利用 P型薄层和N型薄层电荷平衡的体内降低表面电场(Resurf)技术能提升器件的反向击穿电压的同时又保持较小的导通电阻。

超级结的PN间隔的Pillar结构是超级结的最大特点。现有制作PN间隔的pillar结构主要有两种方法，一种是通过多次外延以及离子注入的方法获得，另一种是通过深沟槽刻蚀以及外延(EPI)填充的方式来制作。后一种方法是通过沟槽工艺制作超级结器件，需要先在半导体衬底如硅衬底表面的N型掺杂外延层上刻蚀一定深度和宽度的沟槽，然后利用外延填充(EPI Filling)的方式在刻出的沟槽上填充P型掺杂的硅外延。

随着超级结的步进(Pitch)的不断缩小，P型柱和N型柱的P型和N型掺杂在热过程中互相扩散形成的反向掺杂(counter dope)造成的问题越来越严重，严重地影响了器件性能。

如图1所示，是现有超级结的互扩散的结构示意图；超级结主要包括：

形成于N型半导体衬底如硅衬底101表面上的N型外延层102，通过，集成电路制造领域中，半导体衬底呈一圆片结构故也称晶圆(wafer)；在N型外延层102中形成有超级结沟槽103，本申请中将超级结对应的沟槽称为超级结沟槽，在超级结沟槽 103中填充有P型外延层并由填充在超级结沟槽103中的P型外延层组成P型柱104，由P型柱104之间的N型外延层102组成N型柱，由P型柱104和N型柱交替排列形成超级结。通常，超级结的P型柱104和N型柱的杂质在热过程中会互相扩散，例如， P型柱104中的P型杂质会扩散到N型柱中，图1中标记105对应的区域为P型柱104 中的P型杂质扩散到N型柱中的区域。P型杂质扩散到N型柱中之后会使N型柱的N 型掺杂浓度即N型净掺杂浓度减小或者N型柱的宽度会变小，在N型超级结器件中， N型柱在导通过程中通常是作为漂移区的组成部分，N型柱的掺杂浓度降低以及宽度变窄之后，器件的导通电阻会降低。

随着超级结的步进减小，超级结中由于热过程产生的P型和N型杂质互相扩散所影响的宽度范围如图1中的区域105的宽度占步进总宽度的比值增加，步进的总宽度为超级结沟槽103的宽度和间距的和，故会严重影响器件的性能。

沟槽栅结构时现代MOS类器件最常采购的栅结构，目前也越多约为超级结器件所采用。由于超级结的柱状(pillar)结构制作完成后，需要尽量控制热预算，否则pillar 横向互扩会导致器件性能的大幅下降。所以沟槽栅结构的制作过程中不能使用高温牺牲氧化，以及高温栅氧化层。只能采用较低温度比如不超过1050℃。而氧化工艺需要温度超过1100℃才会对沟槽的顶角(corner)产生圆化作用。温度较低的氧化会造成沟槽的corner的进一步恶化。

为了解决由于热预算限制而只能采用低温氧化工艺来进行沟槽圆化不好带来的可靠性问题，一种改进方法是采用氢气(H2)高温烘烤(bake)的方法来实现沟槽即栅极沟槽的顶角圆化，利用Si材料表面在高温H2氛围中具有重新分布以趋向于表面张力最小的倾向，对corner进行了较好的rounding。