专利名称：用于功率器件的沟槽结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及功率器件的结构和制造方法，特别涉及一种用于功率器件的沟槽结 构及其制造方法。
背景技术：
为了缩小功率器件的尺寸，改善功率器件的性能，沟槽结构被引入到功率器件 中。如沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管(Trench MOSFET)、沟槽绝缘栅双极晶体管 (Trench IGBT)、沟槽MOS控制晶闸管(Trench MCT)等类似器件。在沟槽技术方面，不论是应用在MOSFET器件、还是应用在IGBT或者其它 功率器件方面，都已有了较多的专利。就实现沟槽底部绝缘介质膜厚度比沟槽侧壁 绝缘介质膜厚的专利中，以氮化硅薄膜作为侧壁保护的专利已有多项1、美国专利 (US4,914,058)公开了一种以氮化硅薄膜作为侧壁保护，在沟槽底部做二次沟槽刻蚀，并 在底部局部热氧化生长厚氧化硅薄膜，实现沟槽侧壁和底部不同氧化硅薄膜厚度的结构 及其制造方法。2、美国专利(US5,442,214)公开了一种以氮化硅薄膜做沟槽侧壁保护， 将沟槽侧壁薄氧化硅薄膜覆盖，在沟槽底部生长厚氧化硅薄膜，氮化硅薄膜仍保留在沟 槽侧壁，实现沟槽侧壁和底部不同氧化硅薄膜厚度的结构及其制造方法。3、美国专利 (US5,473,176)公开了一种沟槽上部为V字形结构、侧壁氧化硅薄膜厚度渐变，下部为 垂直沟槽、由氮化硅薄膜作为侧壁保护，以干法刻蚀去除底部的氮化硅及其下面的氧化 硅，再在沟槽底部生长比侧壁更厚的氧化硅薄膜，然后去除侧壁的氮化硅薄膜，之后再 生长氧化硅薄膜，实现沟槽侧壁和底部不同氧化硅薄膜厚度的沟槽结构及其制造方法。 4、美国专利(US5,770,878)公开了一种以氮化硅薄膜做沟槽的侧壁保护，将沟槽侧壁薄 氧化硅薄膜覆盖，在沟槽底部生长厚氧化硅薄膜，以原氮化硅薄膜下的薄氧化硅薄膜和 沟槽底部的厚氧化硅薄膜作为绝缘介质膜，实现沟槽侧壁和底部不同氧化硅薄膜厚度的 结构和制造方法。参照附图1、2、3、4，在上述发明专利中，附图1所示的结构下厚氧化硅薄膜 101是在下部沟槽102刻蚀后氧化形成的，薄氧化硅薄膜103是上部沟槽104形成后氧化 形成的，在下部沟槽处理后保留了下来，最后填入掺杂多晶硅105;附图2所示的结构下 厚氧化硅薄膜201是在沟槽底部二次沟槽刻蚀后氧化形成的，作为二次沟槽侧壁保护的 氮化硅薄膜202及其覆盖的薄氧化硅薄膜203被保留了下来，之后在沟槽内填入多晶硅薄 膜204，将沟槽外多晶硅薄膜刻蚀后，在沟槽表面覆盖一层氧化硅薄膜205 ；附图3所示 的结构是先形成上部三角形沟槽301及氧化硅薄膜302，之后再以干法刻蚀形成下部U型 沟槽303，氧化后在下部沟槽表面形成薄氧化硅薄膜304，以氮化硅薄膜作为掩蔽在沟槽 底部选择性氧化形成厚氧化硅薄膜305，去除氮化硅薄膜后保留侧壁薄氧化硅薄膜304， 最后在沟槽中填入掺杂多晶硅305;附图4所示的结构是先形成沟槽401，之后氧化形成 很薄氧化硅薄膜，并以氮化硅薄膜作为掩蔽，在沟槽底部选择性氧化形成厚氧化硅薄膜 402，去除氮化硅薄膜后，在原氮化硅下很薄的氧化硅薄膜基础上继续氧化形成薄氧化硅薄膜403，最后在沟槽中填入掺杂多晶硅薄膜404。在上述的发明专利中，仍存在一定的不足。美国专利US4,914,058和 US5,770,878的不足之处在于，氮化硅薄膜下的氧化硅薄膜最后保留了下来，以保持比底 部氧化硅薄膜薄的状态，美国专利US5,473,176在最后进行氧化形成侧壁薄氧化硅薄膜时 也没有去除原氮化硅薄膜下的氧化硅薄膜。而在对沟槽底部和硅片表面氮化硅薄膜进行 干法刻蚀时，氮化硅薄膜下的这层氧化硅薄膜容易在工艺中发生劣化，尤其当氮化硅薄 膜刻蚀完该层氧化硅暴露在等离子体环境中时，这样的劣化容易导致栅极-源极，或者 栅极_发射极之间的漏电流增大。美国专利US5,442,214的不足之处在于，氮化硅薄膜 仍被保留在沟槽侧壁，这给器件的阈值电压和栅极-源极间电容Cgs，或者栅极-发射极 间电容Cge增加了变动的因素，也就是说，这些电参数除了受到氧化硅薄膜变动的影响 外，还会受到氮化硅薄膜变动的影响；同时，也存在前述的氮化硅薄膜下氧化硅的劣化 问题。美国专利US5,473,176的不足之处在于，一方面，下部沟槽与上部V字形结构间 较难对准，容易因套刻上的偏离产生两侧V字形绝缘介质膜厚度的差异，从而使器件性 能发生变化；另一方面，下部沟槽底部氮化硅薄膜刻蚀后，继续以干法刻蚀将氧化硅薄 膜刻蚀完的方法，容易在露出的硅表面上产生损伤缺陷，并容易在后续的高温氧化条件 下向器件内生长，导致器件漏电。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明公开了一种用于功率器件的 沟槽结构及其制造方法。本发明公开的沟槽结构可应用于多种功率器件中，具有沟槽结 构的功率器件，可以通过沟槽结构将横向的沟道、或者其它横向结构部分，改为纵向沟 道、或者以纵向结构来实现，这样可以将这些部分的横向尺寸缩小，从而实现整体芯片 尺寸的缩小；或者在相同尺寸的情况下，放置更多的单元和部分，从而可以达到提高电 流密度，降低导通电压，改善器件电特性的效果。本发明沟槽结构的特点是根据设计的需要，在硅片表面以各向异性的方法刻 蚀出沟槽，填入一层绝缘介质层，通常为氧化硅薄膜，或者氮化硅薄膜，或者这些薄膜 的组合，然后在绝缘介质膜之上生长一层导电性能好的多晶硅薄膜，最后以刻蚀或者化 学机械抛光(CMP)方法去除沟槽外多余的多晶硅薄膜。根据功率器件和沟槽结构的特点可知在沟槽底部由于其特别的形状，使电场 在此位置易于集中，需要更厚的绝缘介质膜厚度以防止器件在此击穿；另外，沟槽底部 更厚的绝缘介质膜厚度可以降低栅-漏电极之间的寄生电容Cgd或者栅-集电极之间的寄 生电容Cgc，这有利于改善器件性能。因此，通常要求实现这样的结构，即沟槽底部的 绝缘介质层厚度大于等于沟槽侧壁的绝缘介质层厚度，比较典型地取1 1.2倍。沟槽侧 壁氧化硅薄膜厚度薄，为了降低沟槽侧壁的漏电，沟槽侧壁缺陷消除，生长致密、高质 量的侧壁氧化硅薄膜也非常重要。衬底，或者外延硅片不同晶向的面，氧化速率各有不同。通常晶向为100的面 氧化速率比110慢，而110面则比111慢。因此选取沟槽侧壁晶向为100，底部晶向也为 100 ；或者侧壁晶向为100，底部晶向为110;或者侧壁晶向为110，底部晶向为111，都 可以实现在相同的热处理条件下，沟槽底部生长的氧化硅薄膜大于或者等于侧壁生长的氧化硅薄膜厚度。适当选取晶向，还可以实现沟槽底部拐角与顶部拐角处生长的氧化硅 薄膜比侧壁生长的氧化硅薄膜厚。另外，选取沟槽侧壁为100晶向，可以使侧壁硅氧化 速率更慢，氧化硅薄膜更加致密，界面处硅表面迁移率更高，性能更好。本发明采用各向异性干法刻蚀(通常是反应离子刻蚀即RIE)的方法刻蚀沟槽， 沟槽宽度和深度可控，侧壁竖直或者略微顺坡，底部无明显凸起和凹陷；经牺牲氧化工 艺和底部选择性氧化工艺后，侧壁依然竖直或者略微顺坡，但底部变得圆滑，且生长了 一层较厚的氧化硅薄膜；在完成本发明的最后一步氧化工艺后，实现了侧壁高质量氧化 硅薄膜的生长，且达到了侧壁氧化硅薄膜薄、底部圆滑、氧化硅薄膜厚的结构特点。沟槽干法刻蚀之后，在沟槽的硅表层存在着损伤缺陷，本发明采用牺牲氧化去 除了这些损伤缺陷；另外，在沟槽底部氮化硅薄膜干法刻蚀时，虽然氮化硅干法刻蚀存 在一定的过刻蚀量，以保证氮化硅薄膜在一定的工艺波动时仍能被充分刻蚀干净，但沟 槽底部氮化硅下仍保留了一定厚度的氧化硅薄膜，从而防止了干法刻蚀对硅表面带来损 伤。根据器件要求，这层保留下来的氧化硅薄膜也可以通过湿法腐蚀去除。在本发明的最后一步氧化工艺完成后，此时的沟槽上部与沟槽下部具有相同的 宽度，或者沟槽上部比沟槽下部的宽度略宽。然后以导电性能好的掺杂多晶硅薄膜充 填沟槽，且沟槽内无空洞、无缝隙；或者以非掺杂多晶硅薄膜充填沟槽，以离子注入、 或者高温扩散的方法将杂质掺入非掺杂多晶硅薄膜中，形成导电性能好的掺杂多晶硅薄 膜，且沟槽内无空洞、无缝隙。之后以气体等离子体干法刻蚀方法去除沟槽外的掺杂多 晶硅薄膜，或者以化学机械抛光(CMP)方法去除沟槽外掺杂多晶硅薄膜，保持沟槽处硅 片表面无台阶，或者有较小的台阶。本发明为实现上述目的所采取的技术方案是一种用于功率器件的沟槽结构， 其特征是在硅片上的侧壁竖直或者侧壁略微顺坡且顺坡角度e =80 90°、底部圆 滑的沟槽中有一层选择生长的底部厚的氧化硅薄膜和侧壁薄的氧化硅薄膜，在沟槽中氧 化硅薄膜之上无隙填充多晶硅薄膜，在沟槽处硅片表面形成无台阶或者形成在1000埃以 内的较小台阶形貌，在沟槽外的硅片表面上留下一层氧化硅薄膜。一种用于功率器件的沟槽结构制造方法，其特征是包括如下步骤(1)、选择硅片;(2)、掩蔽图形形成；沟槽刻蚀、去胶或者掩蔽膜去除；(3)、清洗、牺牲氧化、氧化硅刻蚀；(4)、清洗、氧化、氮化硅生长；氮化硅干法刻蚀；(5)、清洗、氧化；氧化硅刻蚀、氮化硅刻蚀、氧化硅刻蚀；(6)、清洗、氧化；(7)、多晶硅淀积；(8)、沟槽多晶硅去除。本发明所产生的有益效果是本发明公开的沟槽结构具有侧壁竖直或者略微顺 坡、氧化硅薄膜薄，底部圆滑、氧化硅薄膜厚，硅界面缺陷消除，侧壁氧化硅薄膜质量 高，沟槽内氧化硅薄膜之上无隙填充导电性能好的多晶硅薄膜，沟槽处表面台阶小等特 点。本发明公开的沟槽制造方法不存在沟槽套刻问题，并去除了劣化的氮化硅薄膜下 的氧化硅薄膜，未保留影响阈值电压的氮化硅薄膜，沟槽底部硅表面不存在刻蚀损伤。该制造方法工艺简单、稳定，易于实现；制造出的器件具有面积小，电特性性能好等优 点。从而满足市场对沟槽型功率器件的高品质需求。
图1 以前发明(US4,914,058)的沟和_结构示意图。
图2:以前发明(US5,442,214)的沟和_结构示意图。
图3:以前发明(US5,473,176)的沟和_结构示意图。
图4:以前发明(US5,770,878)的沟和_结构示意图。
图5:本发明沟槽结构示意图。
图6A 6J:本发明沟槽结构的制造实施方案示意图
图7:本发明沟槽结构的一种制造方法流程图。
图8 本发明沟槽结构的另一种制造方法流程图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明参照图5，用于功率器件的沟槽结构是在硅片500上的侧壁竖直或者侧壁略微顺 坡且顺坡角度e =80 90°、底部圆滑的沟槽(宽微米或者亚微米、深度1 10微 米)501中有一层选择生长的底部厚的氧化硅薄膜502和侧壁薄的高质量氧化硅薄膜503， 在沟槽501中氧化硅薄膜503之上无隙填充导电性能好的掺杂多晶硅薄膜504，在沟槽处 硅片表面的多晶硅薄膜被去除后，硅片表面形成无台阶或者形成在1000埃以内的较小台 阶形貌505，去除沟槽外多晶硅薄膜时，硅片表面上留下一层氧化硅薄膜506，以确保硅 表面不受损伤。本发明公开的用于功率器件的沟槽结构制造方法包括两种，两种制造方法的根 本区别在于上述八个步骤中的的第二步骤。以下参照图6A 6H和图7，本发明其中一 种用于功率器件的沟槽结构制造方法的具体工艺步骤如下1、选择硅片选择用于实现沟槽底部、沟槽底部拐角与顶部拐角处生长出比沟 槽侧壁更厚的氧化硅薄膜的不同晶向的衬底，或者外延硅片，根据器件要求，选择适当 晶向的直拉(CZ)或者区熔(FZ)衬底硅片，或者外延硅片，选择硅片表面为100面，定 位平边(OrientationFlat)切面也是100面；或者选择硅片表面为110面，定位平边切面是 100面；或者选择硅片表面为111面，定位平边切面是110面，作为本发明使用的硅片 (图6A 6H之600)，硅片表面为抛光面(图6A 6H之601)，用氨水、盐酸添加一定 量双氧水清洗硅片并保持硅片洁净。2、掩蔽图形形成在硅片表面先生长一层氧化硅做掩蔽薄膜，或者生长一层氮 化硅做掩蔽薄膜，然后利用光刻胶做掩蔽，利用四氟化碳、三氟甲烷气体等离子体对掩 蔽薄膜进行干法刻蚀，或者利用氢氟酸缓蚀液，或者热磷酸与氢氟酸缓蚀液组合化学药 液对掩蔽薄膜进行湿法腐蚀，之后，以光刻胶和掩蔽薄膜作为掩蔽，或者去除光刻胶， 以此图形的掩蔽薄膜作为掩蔽。以高温干式氧化，或者湿式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合方式，或者 以低压化学汽相淀积(LPCVD)方法，或者等离子化学汽相淀积方法在硅片表面601上生长氧化硅薄膜，或者氧化硅薄膜与氮化硅薄膜的组合，在此称为掩蔽膜(图6A之602)。 在掩蔽膜602上涂上一层光刻胶，或者其它抗蚀剂(图6A之603)，以曝光、显影或者类 似的方法在光刻胶，或者其它抗蚀剂603上形成所需要的图形。以形成图形的光刻胶， 或者其它抗蚀剂603做掩蔽，利用四氟化碳、三氟甲烷，或者六氟化硫、三氟甲烷，或 者它们的组合气体和其它一些添加气体的混合气体产生的等离子体干法刻蚀，或者利用 氢氟酸缓蚀液，或者热磷酸与氢氟酸缓蚀液组合的湿法腐蚀方法，将未被掩蔽地方的掩 蔽膜602刻蚀干净，之后以热硫酸、双氧水混合药液腐蚀的方法，或者以氧气等离子体 灰化和热硫酸、双氧水混合药液腐蚀组合的方法去除光刻胶，或者其它抗蚀剂603;或 者保留光刻胶，或者其它抗蚀剂603在掩蔽膜602上。3、沟槽刻蚀、掩蔽膜去除利用三氟化氮，或者氯气气体等离子体对硅片表层 进行各向异性的干法刻蚀，形成沟槽，然后去除以光刻胶和掩蔽膜做掩蔽的光刻胶和掩 蔽膜，或者去除以掩蔽膜做掩蔽的掩蔽膜。以掩蔽膜602作为掩蔽，利用三氟化氮，或者氯气，或者六氟化硫，或者它们 的组合气体和其它一些添加气体的混合气体产生的等离子体，各向异性地对硅片表面601 进行干法刻蚀(通常为反应离子刻蚀即RIE)，形成宽度、深度满足设计要求的沟槽(图 6B 6H之604)，硅片表面601留下干法刻蚀剩余的掩蔽膜(图6B之605)，或者其上 的光刻胶，或者其它抗蚀剂。以热硫酸、双氧水混合药液腐蚀的方法，或者以氧气等离 子体灰化和热硫酸、双氧水混合药液腐蚀组合的方法去除光刻胶，或者其它抗蚀剂；以 氢氟酸缓蚀液，或者热磷酸与氢氟酸缓蚀液组合的湿法腐蚀方法去除干法刻蚀剩余的掩 蔽膜605。4、清洗，牺牲氧化，氧化硅刻蚀用氨水、盐酸和双氧水化学药液清洗硅片， 然后在高温下对硅片表面和沟槽内进行湿式氧化，在硅片表面、沟槽侧壁和底部生长一 层氧化硅薄膜，之后，用氢氟酸缓蚀液化学药液湿法腐蚀，完全去除本次生长的氧化硅 薄膜。用氨水、盐酸添加一定量双氧水的化学药液对硅片表面601上和沟槽604内进行 清洗，并以高温干式氧化，或者湿式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合方式在硅片 表面和沟槽604中生长一层氧化硅薄膜(图6C之606)，之后以氢氟酸缓蚀液湿法腐蚀方 法去除这层氧化硅薄膜606。5、清洗，氧化，氮化硅生长用氨水、盐酸和双氧水化学药液清洗硅片，然后 在高温下对硅片表面和沟槽内进行干式氧化或者湿式氧化，在硅片表面、沟槽侧壁和底 部生长一层氧化硅薄膜，之后，再在高温下，在氧化硅薄膜之上生长一层氮化硅薄膜。用氨水、盐酸添加一定量双氧水的化学药液对硅片表面601和沟槽604进行清 洗，并在硅片表面601和沟槽604中以高温干式氧化，或者湿式氧化，或者干式氧化和湿 式氧化的组合方式生长一层较薄的氧化硅薄膜(图6D之607)，用二氯硅烷、氨气及其它 一些添加气体，以低压化学汽相淀积(LPCVD)方法在氧化硅薄膜607之上生长一层氮化 硅薄膜(图6D之608)。6、氮化硅干法刻蚀利用四氟化碳、三氟甲烷气体等离子体对硅片表面、沟 槽底部进行各向异性的干法刻蚀，去除这些地方的氮化硅薄膜，保留侧壁上的氮化硅薄 膜，或者，在用干法刻蚀去除硅片表面、沟槽底部的氮化硅薄膜之后，用氢氟酸缓蚀液湿法腐蚀，完全去除沟槽底部的氧化硅薄膜。利用六氟化硫、三氟甲烷和其它一些添加气体的混合气体，或者利用四氟化 碳、三氟甲烷和其它一些添加气体的混合气体，对硅片表面601、沟槽604底部选择性地 进行干法刻蚀(通常是反应离子刻蚀即RIE)，去除这些地方的氮化硅薄膜608，保留侧壁 上的氮化硅薄膜608。或者，在用干法刻蚀去除硅片表面601、沟槽604底部的氮化硅薄 膜之后，用氢氟酸缓蚀液湿法腐蚀完全去除沟槽底部的氧化硅薄膜607。7、清洗，氧化用氨水、盐酸和双氧水化学药液清洗硅片，在高温下对硅片表 面、沟槽内进行干式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合，在硅片表面、沟槽底部生 长一层氧化硅薄膜。用氨水、盐酸添加一定量双氧水清洗硅片表面601，并在硅片表面601和沟槽 604中以高温干式氧化，或者湿式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合方式生长一层较 厚的氧化硅薄膜(图6E之609)。8、氧化硅刻蚀，氮化硅刻蚀，氧化硅刻蚀用氢氟酸缓蚀液，热磷酸化学药液 去除氮化硅薄膜表面的氧化硅薄膜、氮化硅薄膜和完全去除沟槽侧壁的氧化硅薄膜，在 硅片表面和沟槽底部留下一层氧化硅薄膜。用氢氟酸缓蚀液湿法腐蚀去除氮化硅薄膜608表面的氧化硅薄膜，用热磷酸药 液完全去除氮化硅薄膜608，再用氢氟酸缓蚀液湿法腐蚀完全去除沟槽侧壁的氧化硅薄膜 607，在硅片表面和沟槽底部保留一层氧化硅薄膜。9、清洗，氧化用氨水、盐酸和双氧水化学药液清洗硅片，在高温下对硅片表 面、沟槽内进行干式氧化，或者湿式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合，在硅片表 面、沟槽内生长一层氧化硅薄膜。用氨水、盐酸添加一定量双氧水清洗硅片表面601，在高温下对硅片表面601、 沟槽内604进行干式氧化，或者湿式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合，在沟槽侧 壁生长一层氧化硅薄膜(图6F之610)，在硅片表面、沟槽底部原来氧化硅薄膜的基础上 形成更厚的氧化膜薄膜(图6F之611)。10、多晶硅淀积高温下在硅片表面和沟槽内无隙、致密地生长一层掺杂多晶 硅薄膜；或者高温下在硅片表面和沟槽内无隙、致密地生长一层无掺杂多晶硅薄膜，再 通过离子注入，或者高温扩散，将杂质导入多晶硅薄膜，形成导电性能好的掺杂多晶硅 薄膜。用硅烷、磷烷和其它一些添加气体的混合气体，高温下以低压化学汽相淀积 (LPCVD)方法在硅片表面601和沟槽604内无隙、致密地生长一层掺杂多晶硅薄膜(图 6G之612)；或者利用硅烷和其它一些添加气体的混合气体，高温下以低压化学汽相淀积 (LPCVD)方法在硅片表面601和沟槽604内无隙、致密地生长一层无掺杂多晶硅薄膜， 再通过离子注入，或者利用磷烷和其它一些添加气体的混合气体，高温下将杂质扩散进 入多晶硅薄膜，形成掺杂多晶硅薄膜。11、沟槽外多晶硅去除利用氯气气体等离子体干法刻蚀，或者化学机械抛光 将硅片表面的掺杂多晶硅去除，保留沟槽内的掺杂多晶硅薄膜。以氯气、溴化氢和其它一些添加气体的混合气体产生的等离子体，将硅片表面 601的掺杂多晶硅612去除，多晶下氧化硅薄膜611被过刻蚀，但仍具有一定厚度的氧化硅薄膜(图6H之613)，保留沟槽604内生长的多晶硅薄膜612，并确保沟槽处硅片表面 的基本平整(614)；或者以化学机械抛光(CMP)的方法对沟槽外掺杂多晶硅薄膜612进 行研磨，去除沟槽外硅片表面601上的掺杂多晶硅薄膜612，留下一定厚度的氧化硅薄膜 613，在沟槽处保持形貌基本平整614。以下参照图6C 6H、61、6J和图8，本发明的另一种用于功率器件的沟槽结构 制造方法的具体工艺步骤如下1、硅片的选择选择用于实现沟槽底部、沟槽底部拐角与顶部拐角处生长出比 沟槽侧壁更厚的氧化硅薄膜的不同晶向的衬底，或者外延硅片，根据器件要求，选择适 当晶向的直拉(CZ)或者区熔(FZ)衬底硅片，或者外延硅片，选择硅片表面为100面， 定位平边(OrientationFlat)切面也是100面；或者选择硅片表面为110面，定位平边切面 是100面；或者选择硅片表面为111面，定位平边切面是110面，作为本发明使用的硅片 (图6C 6H、61、6J之600)，硅片表面为抛光面(图6C 6H、61、6J之601)，用氨 水、盐酸添加一定量双氧水清洗硅片并保持硅片洁净。2、掩蔽图形形成在硅片表面涂上一层光刻胶，以曝光、显影方法在光刻胶上 形成所需要的图形。直接在硅片表面601上涂上一层光刻胶，或者其它抗蚀剂(图61之615)，以曝 光、显影或者类似的方法在光刻胶，或者其它抗蚀剂615上形成所需要的图形。3、沟槽刻蚀、去胶利用光刻胶做掩蔽，利用三氟化氮，或者氯气气体等离子 体对硅片表层进行各向异性的干法刻蚀，形成沟槽，然后去除光刻胶。以形成图形的光刻胶，或者其它抗蚀剂615作为掩蔽，利用三氟化氮，或者氯 气，或者六氟化硫，或者它们的组合气体和其它一些添加气体的混合气体产生的等离子 体，各向异性地对硅片表面进行干法刻蚀(通常为反应离子刻蚀即RIE)，形成宽度、深 度满足设计要求的沟槽(图6J、6C 6H之604)，硅片表面601上留下刻蚀剩余的光刻 胶，或者其它抗蚀剂(图6J之616)。以热硫酸、双氧水混合药液腐蚀的方法，或者以氧 气等离子体灰化和热硫酸、双氧水混合药液腐蚀组合的方法去除光刻胶或者其它抗蚀剂 616。4、清洗，牺牲氧化，氧化硅刻蚀用氨水、盐酸和双氧水化学药液清洗硅片， 然后在高温下对硅片表面和沟槽内进行湿式氧化，在硅片表面、沟槽侧壁和底部生长一 层氧化硅薄膜，之后，用氢氟酸缓蚀液化学药液湿法腐蚀，完全去除本次生长的氧化硅 薄膜。用氨水、盐酸添加一定量双氧水的化学药液对硅片表面601上和沟槽604内进行 清洗，并以高温干式氧化，或者湿式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合方式在硅片 表面和沟槽604中生长一层氧化硅薄膜(图6C之606)，之后以氢氟酸缓蚀液湿法腐蚀方 法去除这层氧化硅薄膜606。5、清洗，氧化，氮化硅生长用氨水、盐酸和双氧水化学药液清洗硅片，然后 在高温下对硅片表面和沟槽内进行干式氧化或者湿式氧化，在硅片表面、沟槽侧壁和底 部生长一层氧化硅薄膜，之后，再在高温下，在氧化硅薄膜之上生长一层氮化硅薄膜。用氨水、盐酸添加一定量双氧水的化学药液对硅片表面601和沟槽604进行清 洗，并在硅片表面601和沟槽604中以高温干式氧化，或者湿式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合方式生长一层较薄的氧化硅薄膜(图6D之607)，用二氯硅烷、氨气及其它 一些添加气体，以低压化学汽相淀积(LPCVD)方法在氧化硅薄膜607之上生长一层氮化 硅薄膜(图6D之608)。6、氮化硅干法刻蚀利用四氟化碳、三氟甲烷气体等离子体对硅片表面、沟 槽底部进行各向异性的干法刻蚀，去除这些地方的氮化硅薄膜，保留侧壁上的氮化硅薄 膜，或者，在用干法刻蚀去除硅片表面、沟槽底部的氮化硅薄膜之后，用氢氟酸缓蚀液 湿法腐蚀，完全去除沟槽底部的氧化硅薄膜。利用六氟化硫、三氟甲烷和其它一些添加气体的混合气体，或者利用四氟化 碳、三氟甲烷和其它一些添加气体的混合气体，对硅片表面601、沟槽604底部选择性地 进行干法刻蚀(通常是反应离子刻蚀即RIE)，去除这些地方的氮化硅薄膜608，保留侧壁 上的氮化硅薄膜608。或者，在用干法刻蚀去除硅片表面601、沟槽604底部的氮化硅薄 膜之后，用氢氟酸缓蚀液湿法腐蚀完全去除沟槽底部的氧化硅薄膜607。7、清洗，氧化用氨水、盐酸和双氧水化学药液清洗硅片，在高温下对硅片表 面、沟槽内进行干式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合，在硅片表面、沟槽底部生 长一层氧化硅薄膜。用氨水、盐酸添加一定量双氧水清洗硅片表面601，并在硅片表面601和沟槽 604中以高温干式氧化，或者湿式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合方式生长一层较 厚的氧化硅薄膜(图6E之609)。8、氧化硅刻蚀，氮化硅刻蚀，氧化硅刻蚀用氢氟酸缓蚀液，热磷酸化学药液 去除氮化硅薄膜表面的氧化硅薄膜、氮化硅薄膜和完全去除沟槽侧壁的氧化硅薄膜，在 硅片表面和沟槽底部留下一层氧化硅薄膜。用氢氟酸缓蚀液湿法腐蚀去除氮化硅薄膜608表面的氧化硅薄膜，用热磷酸药 液完全去除氮化硅薄膜608，再用氢氟酸缓蚀液湿法腐蚀完全去除沟槽侧壁的氧化硅薄膜 607，在硅片表面和沟槽底部保留一层氧化硅薄膜。9、清洗，氧化用氨水、盐酸和双氧水化学药液清洗硅片，在高温下对硅片表 面、沟槽内进行干式氧化，或者湿式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合，在硅片表 面、沟槽内生长一层氧化硅薄膜。用氨水、盐酸添加一定量双氧水清洗硅片表面601，在高温下对硅片表面601、 沟槽内604进行干式氧化，或者湿式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合，在沟槽侧 壁生长一层氧化硅薄膜(图6F之610)，在硅片表面、沟槽底部原来氧化硅薄膜的基础上 形成更厚的氧化膜薄膜(图6F之611)。10、多晶硅淀积高温下在硅片表面和沟槽内无隙、致密地生长一层掺杂多晶 硅薄膜；或者高温下在硅片表面和沟槽内无隙、致密地生长一层无掺杂多晶硅薄膜，再 通过离子注入，或者高温扩散，将杂质导入多晶硅薄膜，形成导电性能好的掺杂多晶硅 薄膜。用硅烷、磷烷和其它一些添加气体的混合气体，高温下以低压化学汽相淀积 (LPCVD)方法在硅片表面601和沟槽604内无隙、致密地生长一层掺杂多晶硅薄膜(图 6G之612)；或者利用硅烷和其它一些添加气体的混合气体，高温下以低压化学汽相淀积 (LPCVD)方法在硅片表面601和沟槽604内无隙、致密地生长一层无掺杂多晶硅薄膜，再通过离子注入，或者利用磷烷和其它一些添加气体的混合气体，高温下将杂质扩散进 入多晶硅薄膜，形成掺杂多晶硅薄膜。11、沟槽外多晶硅去除利用氯气气体等离子体干法刻蚀，或者化学机械抛光 将硅片表面的掺杂多晶硅去除，保留沟槽内的掺杂多晶硅薄膜。以氯气、溴化氢和其它一些添加气体的混合气体产生的等离子体，将硅片表面 601的掺杂多晶硅612去除，多晶下氧化硅薄膜611被过刻蚀，但仍具有一定厚度的氧化 硅薄膜(图6H之613)，保留沟槽604内生长的多晶硅薄膜612，并确保沟槽处硅片表面 的基本平整(614)；或者以化学机械抛光(CMP)的方法对沟槽外掺杂多晶硅薄膜612进 行研磨，去除沟槽外硅片表面601上的掺杂多晶硅薄膜612，留下一定厚度的氧化硅薄膜 613，在沟槽处保持形貌基本平整614。
权利要求
1.一种用于功率器件的沟槽结构，其特征是在硅片(500)上的侧壁竖直或者侧壁 略微顺坡且顺坡角度θ =80 90°、底部圆滑的沟槽(501)中有一层选择生长的底部厚 的氧化硅薄膜(502)和侧壁薄的氧化硅薄膜(503)，在沟槽(501)中氧化硅薄膜(503)之 上无隙填充多晶硅薄膜(504)，在沟槽处硅片表面形成无台阶或者形成在1000埃以内的 较小台阶形貌(505)，在沟槽外的硅片表面上留下一层氧化硅薄膜(506)。
2.—种用于功率器件的沟槽结构制造方法，其特征是包括如下步骤(1)、选择硅片；(2)、掩蔽图形形成；沟槽刻蚀、去胶或者掩蔽膜去除；(3)、清洗、牺牲氧化、氧化硅刻蚀；(4)、清洗、氧化、氮化硅生长；氮化硅干法刻蚀；(5)、清洗、氧化；氧化硅刻蚀、氮化硅刻蚀、氧化硅刻蚀；(6)、清洗、氧化；(7)、多晶硅淀积；(8)、沟槽多晶硅去除。
3.根据权利要求2所述的用于功率器件的沟槽结构制造方法，其特征是选择用于 实现沟槽底部、沟槽底部拐角与顶部拐角处生长出比沟槽侧壁更厚的氧化硅薄膜的不同 晶向的衬底，或者外延硅片，选择硅片表面为100面，定位平边切面也是100面；或者选 择硅片表面为110面，定位平边切面是100面；或者选择硅片表面为111面，定位平边切 面是110面。
4.根据权利要求2所述的用于功率器件的沟槽结构制造方法，其特征是在硅片 表面涂上一层光刻胶，以曝光、显影方法在光刻胶上形成所需要的图形，利用光刻胶做 掩蔽，利用三氟化氮，或者氯气气体等离子体对硅片表层进行各向异性的干法刻蚀，形 成沟槽，然后去除光刻胶；或者在硅片表面先生长一层氧化硅做掩蔽薄膜，或者生长一 层氮化硅做掩蔽薄膜，然后利用光刻胶做掩蔽，利用四氟化碳、三氟甲烷气体等离子体 对掩蔽薄膜进行干法刻蚀，或者利用氢氟酸缓蚀液，或者热磷酸与氢氟酸缓蚀液组合化 学药液对掩蔽薄膜进行湿法腐蚀，之后，以光刻胶和掩蔽薄膜作为掩蔽，或者去除光刻 胶，以此图形的掩蔽薄膜作为掩蔽，利用三氟化氮，或者氯气气体等离子体对硅片表层 进行各向异性的干法刻蚀，形成沟槽，然后去除以光刻胶和掩蔽膜做掩蔽的光刻胶和掩 蔽膜，或者去除以掩蔽膜做掩蔽的掩蔽膜。
5.根据权利要求2所述的用于功率器件的沟槽结构制造方法，其特征是用氨水、 盐酸和双氧水化学药液清洗硅片，然后在高温下对硅片表面和沟槽内进行湿式氧化，在 硅片表面、沟槽侧壁和底部生长一层氧化硅薄膜，之后，用氢氟酸缓蚀液化学药液湿法 腐蚀，完全去除本次生长的氧化硅薄膜。
6.根据权利要求2所述的用于功率器件的沟槽制造方法，其特征是用氨水、盐酸 和双氧水化学药液清洗硅片，然后在高温下对硅片表面和沟槽内进行干式氧化或者湿式 氧化，在硅片表面、沟槽侧壁和底部生长一层氧化硅薄膜，之后，再在高温下，在氧化 硅薄膜之上生长一层氮化硅薄膜，利用四氟化碳、三氟甲烷气体等离子体对硅片表面、 沟槽底部进行各向异性的干法刻蚀，去除这些地方的氮化硅薄膜，保留侧壁上的氮化硅 薄膜，或者，在用干法刻蚀去除硅片表面、沟槽底部的氮化硅薄膜之后，用氢氟酸缓蚀液湿法腐蚀，完全去除沟槽底部的氧化硅薄膜。
7.根据权利要求2所述的用于功率器件的沟槽结构制造方法，其特征是用氨水、 盐酸和双氧水化学药液清洗硅片，在高温下对硅片表面、沟槽内进行干式氧化，或者干 式氧化和湿式氧化的组合，在硅片表面、沟槽底部生长一层氧化硅薄膜，之后，用氢氟 酸缓蚀液，热磷酸化学药液去除氮化硅薄膜表面的氧化硅薄膜、氮化硅薄膜和完全去除 沟槽侧壁的氧化硅薄膜，在硅片表面和沟槽底部留下一层氧化硅薄膜。
8.根据权利要求2所述的用于功率器件的沟槽结构制造方法，其特征是用氨水、 盐酸和双氧水化学药液清洗硅片，在高温下对硅片表面、沟槽内进行干式氧化，或者湿 式氧化，或者干式氧化和湿式氧化的组合，在硅片表面、沟槽内生长一层氧化硅薄膜。
9.根据权利要求2所述的用于功率器件的沟槽结构制造方法，其特征是高温下在 硅片表面和沟槽内无隙、致密地生长一层掺杂多晶硅薄膜；或者高温下在硅片表面和沟 槽内无隙、致密地生长一层无掺杂多晶硅薄膜，再通过离子注入，或者高温扩散，将杂 质导入多晶硅薄膜，形成导电性能好的掺杂多晶硅薄膜。
10.根据权利要求2所述的用于功率器件的沟槽结构制造方法，其特征是利用氯气 气体等离子体干法刻蚀，或者化学机械抛光将硅片表面的掺杂多晶硅去除，保留沟槽内 的掺杂多晶硅薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种用于功率器件的沟槽结构及其制造方法。本发明所公开的沟槽结构具有侧壁竖直或略微顺坡(θ＝80～90°)、氧化硅薄膜薄，底部圆滑、氧化硅薄膜厚，掺杂多晶无隙填充，界面缺陷消除，沟槽处硅片表面无台阶或者台阶小的特点。该沟槽结构的制造方法是通过干法刻蚀形成沟槽，用氧化工艺去除沟槽表面的缺陷，用氮化硅薄膜形成沟槽侧壁，通过选择氧化、湿法腐蚀和再次氧化，在沟槽内形成底部厚、侧壁薄的氧化硅薄膜，之后再无隙填充导电好的多晶硅薄膜，以刻蚀或者化学机械抛光工艺将沟槽外多余的多晶硅薄膜去除，形成沟槽型功率器件所需沟槽结构。该制造方法工艺简单、稳定，易于实现；制造出的器件具有面积小，电特性性能好等优点。
文档编号H01L21/28GK102024848SQ20101053158
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者丛培金, 冯春阳, 沈浩平, 赵雁, 陆界江, 饶祖刚, 高景倩 申请人:天津环鑫科技发展有限公司