用于优化中压沟槽栅mos加工工艺的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路制造工艺，尤其涉及一种用于优化中压沟槽栅MOS加工工艺的方法。
【背景技术】
[0002]在市场竞争中，为了降低成本，低压MOSFET工艺已经将最小光刻层数降低到四层(沟槽trench、源极source、接触孔contact、金属层metal),甚至三层(沟槽trench、接触孑L contact、金属层 metal)。
[0003]现有的低压沟槽栅MOSFET工艺最低光刻层数为四层，trench、source、contact、metal。现有工艺流程具体如下:
[0004]I) Pad OX (垫氧化层)生长，body光刻，body注入,光刻胶去除，body退火,形成
[0005]body 区 2，见图1A ;
[0006]2) source光刻，source注入，光刻胶去除，source退火，形成source区3,见图1B ；
[0007]3)沟槽hard mask (硬掩膜)生长,沟槽光刻，沟槽hard mask刻蚀,沟槽刻蚀,沟槽hard mask去除；
[0008]4)棚极氧化层4淀积，棚极多晶娃5淀积，棚极多晶娃5回刻蚀，见图1C ；
[0009]5)牺牲氧化膜生长，牺牲氧化膜刻蚀；
[0010]6)金属下介质膜(ILD)6淀积；
[0011]7)接触孔7光刻，接触孔7刻蚀，见图1D ；
[0012]8)源级金属生长、光刻、刻蚀。
[0013]中压MOSFET器件，为了达到所需要的击穿电压，通常会在终端区域增加保护环结构。
[0014]定义保护环的图形通常有两种方法，一是增加一层光刻，如Guard ring光刻(Guard ring是保护环的一种类型)；二是通过body (体区)光刻来定义。
[0015]为了中压MOSFET的保护环结构，势必要增加一层光刻，这样会导致工艺成本上升，产品竞争力下降。
【发明内容】
[0016]本发明解决的技术问题是提供一种用于优化中压沟槽栅MOS加工工艺的方法，该方法优化版图设计和加工工艺，在不需要增加Guard ring或Body光刻的情况下,实现带有分压环结构的中压M0SFET，从而降低工艺成本。
[0017]为解决上述技术问题，本发明提供一种用于优化中压沟槽栅MOS加工工艺的方法，该方法的最小光刻层数为3层，分别是沟槽光刻、接触孔光刻、金属层光刻；所述沟槽光亥IJ，通过一层光刻同时定义出沟槽图形和body注入图形，所述body注入图形包括保护环结构。优选地，所述沟槽光刻，通过一层光刻同时定义出沟槽图形、body注入图形和source注入图形三层图形。
[0018]该方法具体包括如下步骤:
[0019]步骤1，沟槽硬掩膜生长，沟槽光刻，沟槽硬掩膜刻蚀；
[0020]步骤2, body注入，body退火；
[0021]步骤3, source 注入，source 退火；
[0022]步骤4，沟槽氧化硅填充；
[0023]步骤5，沟槽氧化硅回刻蚀；
[0024]步骤6，沟槽刻蚀；
[0025]步骤7，栅极氧化层淀积，栅极多晶硅淀积，栅极多晶硅回刻蚀；
[0026]步骤8,金属下介质膜ILD淀积；
[0027]步骤9，接触孔光刻，接触孔刻蚀；
[0028]步骤10，金属生长、光刻、刻蚀。
[0029]步骤I中，所述沟槽光刻打开的图形至少包括两种线宽a、b，a>b，其中b处尺寸较小仅作为body、source注入图形，a处尺寸较大既作为body、source注入图形,又作为定义沟槽刻蚀的图形。
[0030]步骤I中，a尺寸通常为0.4?1.5 μ m，b尺寸通常为0.1?0.5μπι，且a>b。。
[0031]步骤3中，所述source注入之前可以增加一步source光刻。
[0032]步骤4中，所述沟槽氧化硅填充工艺采用LPCVD或HTO以达到很好的保形性，填充后两种线宽的沟槽图形处达到不同的效果，b处氧化硅完全填满，a处形成凹陷形状。
[0033]步骤4中，氧化硅的厚度为通常为l/2b?3/2b，也可以大于3/2b，但是不能小于l/2b。
[0034]步骤5中，所述沟槽氧化硅回刻蚀之后，两种线宽的沟槽图形处达到不同的效果，b处被氧化硅填满，a处形成氧化硅侧墙。
[0035]步骤5中，所述回刻蚀的刻蚀量为步骤4中氧化硅淀积厚度并增加30%的过刻蚀。
[0036]和现有技术相比，本发明具有以下有益效果:本发明优化版图设计及加工工艺，利用沟槽光刻同时定义沟槽图形和body注入图形,其中body注入图形包括保护环结构。然后充分利用CVD氧化硅成膜特性和干法回刻蚀各项异性原理，将部分body注入图形中填满氧化硅，在沟槽图形区域形成oxide侧墙。最终实现利用一层光刻，实现沟槽和body两层图形的定义。本发明对现有中压沟槽栅MOS版图设计及加工工艺进行改进，节省了一层光刻工艺，从而缩短工艺流程、降低工艺成本。
【附图说明】
[0037]图1A-图1D是现有低压沟槽栅MOSFET工艺的流程图；其中，图1A是步骤l)body退火后的断面示意图；图1B是步骤2)S0Urce退火后的断面示意图；图1C是步骤4)栅极多晶硅回刻蚀后的断面示意图；图1D是步骤7)接触孔刻蚀后的断面示意图。
[0038]图2A-图21是本发明方法的流程图；其中，图2A是本发明方法步骤I沟槽hardmask刻蚀后的断面不意图；图2B是本发明步骤2body退火后的断面不意图；图2C是本发明步骤3s0Urce退火后的断面示意图；图2D是本发明步骤4沟槽氧化硅填充后的断面示意图；图2E是本发明步骤5沟槽氧化硅回刻蚀后的断面示意图；图2?是本发明步骤7栅极多晶硅回刻蚀后的断面示意图；图2G是本发明步骤4沟槽氧化硅填充后的断面效果示意图；图2H是本发明步骤5沟槽氧化硅回刻蚀后的断面效果示意图；图21是本发明步骤6沟槽刻蚀后的断面效果示意图。
[0039]附图标记说明如下:
[0040]图1A-图1D中，I是娃基片，2是body区,3是source区,4是棚极氧化层，5是棚极多晶硅，6是金属下介质膜(ILD)，7是接触孔；
[0041 ] 图2A-图21中，21是娃基片，22是沟槽，23是body区，24是source区，25是氧化硅，25A是氧化硅侧墙，26是栅极氧化层，27是栅极多晶硅，a为尺寸较大沟槽的线宽，b为尺寸较小沟槽的线宽。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0043]本发明方法采用三层光刻，分别是沟槽光刻、接触孔光刻、金属层光刻。
[0044]加工工艺流程如下:
[0045]1、沟槽hard mask (硬掩膜)生长,沟槽光刻,沟槽hard mask刻蚀,示意图如图2A，沟槽光刻打开的图形至少包括两种线宽a、b:a尺寸通常为0.4?1.5 μ m，b尺寸通常为0.1?0.5 μ m,其中b处尺寸较小仅作为body、source注入图形，a处尺寸较大既作为body、source注入图形,又作为定义沟槽刻蚀的图形，如图2A所示；
[0046]2、body注入，body退火,形成body区23,示意图如图2B ；
[0047]3、source注入，source退火,形成source区24,示意图如图2C ;沟槽光刻,通过一层光刻同时定义出沟槽、body和source三层图形,其中source图形也可以增加一层光刻另外定义；
[0048]4、沟槽氧化硅25填充，示意图如图2D，采用LPCVD(低压化学气相淀积工艺)或HTO(热氧化工艺)淀积，淀积厚度通常为l/2b?3/2b，也可以大于3/2b，但是不能小于l/2b，效果图如图2G ;沟槽氧化硅填充工艺可以采用LPCVD或HTO以达到很好的保形性，填充后两种线宽的沟槽图形处达到不同的效果，如图2D所示，a处氧化硅完全填满，b处形成凹陷形状；
[0049]5、沟槽氧化硅25回刻蚀，示意图如图2E，效果图如图2H ;刻蚀量为氧化硅25淀积厚度增加30%的过刻蚀，沟槽氧化硅回刻蚀之后(利用干法回刻蚀各项异性原理)，两种线宽的沟槽图形处达到不同的效果，如图2E所示，a处依然被氧化硅25填满，b处形成氧化硅侧墙 25A ；
[0050]6、沟槽刻蚀，效果图如图21 ；
[0051]7、栅极氧化层26淀积，栅极多晶硅27淀积，栅极多晶硅27回刻蚀示意图如图2F ；
[0052]8、金属下介质膜(ILD)淀积；
[0053]9、接触孔光刻，接触孔刻蚀；
[0054]10、金属生长、光刻、刻蚀。
[0055]本发明优化版图设计及加工工艺，利用沟槽光刻同时定义沟槽图形和body注入图形，其中body注入图形包括保护环结构。然后充分利用CVD氧化硅成膜特性和干法回刻蚀各项异性原理，将部分body注入图形中填满氧化硅，在沟槽图形区域形成oxide侧墙。最终实现利用一层光刻，实现沟槽和body两层图形的定义。本发明对现有中压沟槽栅MOS版图设计及加工工艺进行改进，节省了一层光刻工艺，从而缩短工艺流程、降低工艺成本。
【主权项】
1.一种用于优化中压沟槽栅MOS加工工艺的方法,其特征在于，该方法的最小光刻层数为3层，分别是沟槽光刻、接触孔光刻、金属层光刻；所述沟槽光刻，通过一层光刻同时定义出沟槽图形和body注入图形，所述body注入图形包括保护环结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沟槽光刻，通过一层光刻同时定义出沟槽图形、body注入图形和source注入图形三层图形。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤: 步骤1，沟槽硬掩膜生长，沟槽光刻，沟槽硬掩膜刻蚀； 步骤2, body注入，body退火； 步骤3, source注入，source退火； 步骤4，沟槽氧化硅填充； 步骤5，沟槽氧化硅回刻蚀； 步骤6，沟槽刻蚀； 步骤7，栅极氧化层淀积，栅极多晶硅淀积，栅极多晶硅回刻蚀； 步骤8,金属下介质膜ILD淀积； 步骤9，接触孔光刻，接触孔刻蚀； 步骤10，金属生长、光刻、刻蚀。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤I中，所述沟槽光刻打开的图形至少包括两种线宽a、b, a>b,其中b处尺寸较小仅作为body、source注入图形，a处尺寸较大既作为body、source注入图形,又作为定义沟槽刻蚀的图形。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤I中，a尺寸为0.4?1.5 μ m，b尺寸为0.1 ?0.5 μ m,且 a>b。
6.如权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤3中，所述source注入之前增加一步source 光刻。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4中，所述沟槽氧化硅填充工艺采用LPCVD或HTO以达到很好的保形性，填充后两种线宽的沟槽图形处达到不同的效果，b处氧化硅完全填满，a处形成凹陷形状。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤4中，所述氧化硅的厚度为l/2b?3/2b。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤5中，所述沟槽氧化硅回刻蚀之后，两种线宽的沟槽图形处达到不同的效果，b处被氧化硅填满，a处形成氧化硅侧墙。
10.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤5中，所述回刻蚀的刻蚀量为步骤4中氧化硅淀积厚度并增加30%的过刻蚀。
【专利摘要】本发明公开了一种用于优化中压沟槽栅MOS加工工艺的方法，该方法的最小光刻层数为3层，分别是沟槽光刻、接触孔光刻、金属层光刻；利用沟槽光刻同时定义沟槽图形和body注入图形，其中body注入图形包括保护环结构。然后充分利用CVD氧化硅成膜特性和干法回刻蚀各项异性原理，将部分body注入图形中填满氧化硅，在沟槽图形区域形成oxide侧墙。最终实现利用一层光刻，实现沟槽和body两层图形的定义。本发明对现有中压沟槽栅MOS版图设计及加工工艺进行改进，节省了一层光刻工艺，从而缩短工艺流程、降低工艺成本。
【IPC分类】H01L21-336
【公开号】CN104701174
【申请号】CN201310661168
【发明人】丛茂杰, 周颖, 陈正嵘
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月9日