CN103137483A - 一种消除沟槽顶端尖角的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除沟槽顶端尖角的方法，包括如下步骤：1，ONO成长；2，ONO刻蚀；3，沟槽刻蚀：用ONO作为硬质掩膜进行干法刻蚀；4，横向湿法刻蚀硬质掩膜的中间氮化硅，要求完全露出沟槽顶端的尖角；5，全面刻蚀硬质掩膜上面残留的顶层氧化膜，同时横向刻蚀硬质掩膜的底层氧化膜；6，对沟槽底部进行沟槽同向刻蚀，同时对顶端的尖角进行横向和纵向刻蚀，减小顶端的尖角；7，在沟槽内生长一层牺牲氧化层，沟槽顶端尖角被完全氧化，尖角消失；8，牺牲氧化层湿法刻蚀；氮化硅湿法刻蚀，保留部分氮化硅作为HDP化学机械研磨的阻挡层。本发明能消除沟槽顶端尖角，确保后续HDP能够无孔填充沟槽。

Description

一种消除沟槽顶端尖角的方法
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造领域，具体涉及一种沟槽功率MOS器件的制造方法，尤其涉及一种消除沟槽顶端尖角的方法。
背景技术
对于沟槽功率MOS，通常在沟槽底部填充均匀厚度的SiO2，来降低栅漏电容，从而提高器件的工作频率。其中沟槽底部的SiO2，通常用HDP(High DensityPlasma SiO2，高密度等离子体二氧化硅)无孔填充来实现。当沟槽顶端出现尖角时，HDP填充的SiO2在沟槽内会有空孔(见图1)，将导致底部SiO2均一性变差。现有工艺一般包括如下步骤：
1.ONO成长：自下而上分别为——
Figure BDA0000114196910000011
热氧/
Figure BDA0000114196910000012
氮化硅/
Figure BDA0000114196910000013
APM(常压化学气相淀积氧化膜)。
2.ONO刻蚀：带胶干法刻蚀，要求硅外延层过刻蚀
Figure BDA0000114196910000014
以上。
3.沟槽刻蚀：用ONO作为Hard Mask(硬质掩膜)进行干法刻蚀，沟槽深度为1.35um(微米)，宽度为0.40um。
4.Hole Rounding：对沟槽底部进行hole rounding(沟槽同向刻蚀)，横向刻蚀
Figure BDA0000114196910000015
纵向刻蚀由于顶端尖角有Hard Mask保护，顶端的尖角几乎不变。
5.牺牲氧化处理：牺牲氧化的厚度为
Figure BDA0000114196910000017
由于沟槽顶端的尖角上方有Hard Mask保护，因此尖角处氧化速度较慢，尖角没有消失。
6.湿法刻蚀：牺牲氧化层湿法刻蚀，保持40％的过刻量；氮化硅湿法刻蚀(横向和纵向)，保留
Figure BDA0000114196910000021
的氮化硅作为HDP CMP(化学机械研磨)的阻挡层。
因为HDP填充能力与沟槽顶端形貌有很强相关性，所以顶端的尖角将导致沟槽内填充的HDP出现小孔(见图1)，从而导致沟槽底部氧化膜均一性变差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种消除沟槽顶端尖角的方法，确保后续HDP能够无孔填充沟槽。
为解决上述技术问题，本发明提供一种消除沟槽顶端尖角的方法，包括如下步骤：
步骤1，ONO成长：在硅衬底的硅外延层上自下而上依次生长底层氧化膜、中间氮化硅和顶层氧化膜，形成ONO结构；
步骤2，ONO刻蚀：带胶干法刻蚀，过刻蚀硅外延层；
步骤3，沟槽刻蚀：用ONO作为硬质掩膜进行干法刻蚀；
步骤4，湿法刻蚀氮化硅：横向刻蚀硬质掩膜的中间氮化硅，要求完全露出沟槽顶端的尖角；
步骤5，湿法刻蚀氧化膜：全面刻蚀硬质掩膜上面残留的顶层氧化膜，同时横向刻蚀硬质掩膜的底层氧化膜；
步骤6，沟槽同向刻蚀：对沟槽底部进行沟槽同向刻蚀，同时对顶端的尖角进行横向和纵向刻蚀，减小顶端的尖角；
步骤7，牺牲氧化处理：在沟槽内生长一层牺牲氧化层，由于沟槽顶端尖角处氧化速度较快，因此顶端的尖角被完全氧化，尖角消失；
步骤8，湿法刻蚀：牺牲氧化层湿法刻蚀，氮化硅湿法刻蚀，保留部分氮化硅作为HDP化学机械研磨的阻挡层。
在步骤1中，所述底层氧化膜采用热氧化工艺生长，该底层氧化膜的厚度为
Figure BDA0000114196910000031
所述中间氮化硅采用低压化学气相淀积工艺生长，该中间氮化硅的厚度为
Figure BDA0000114196910000032
所述顶层氧化膜采用常压化学气相淀积工艺，该顶层氧化膜的厚度为
Figure BDA0000114196910000033
在步骤2中，所述硅外延层过刻蚀
Figure BDA0000114196910000034
在步骤3中，所述沟槽深度1-1.5微米，宽度为0.3-0.5微米。
在步骤4中，采用100-200℃的热磷酸湿法刻蚀氮化硅。所述刻蚀氮化硅的刻蚀量为
Figure BDA0000114196910000035
在步骤5中，采用0-50℃的氟化氨和氢氟酸的混合液湿法刻蚀氧化膜。所述刻蚀顶层氧化膜，保持30-60％的过刻量；所述横向刻蚀底层氧化膜的刻蚀量为
Figure BDA0000114196910000036
在步骤6中，所述对沟槽底部进行沟槽同向刻蚀采用干法刻蚀，横向刻蚀
Figure BDA0000114196910000037
纵向刻蚀
Figure BDA0000114196910000038
在步骤7中，采用热氧化法在沟槽内生长一层牺牲氧化层，所述牺牲氧化层的厚度为
在步骤8中，所述牺牲氧化层湿法刻蚀，保持30-60％的过刻量；所述氮化硅湿法刻蚀采用横向和纵向刻蚀，保留
Figure BDA00001141969100000310
的氮化硅作为HDP化学机械研磨的阻挡层。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明增加了ONO硬质掩膜横向湿法刻蚀，并利用Hole Rounding和牺牲氧化工艺，巧妙的消除沟槽顶端尖角，使HDP能够无孔填充沟槽，确保沟槽底部厚度均匀的SiO2(见图2)。
附图说明
图1是采用传统工艺在沟槽顶端形成尖角导致HDP填充有孔的示意图。
图2是采用本发明工艺消除沟槽顶端尖角后HDP填充无孔的示意图。
图3是本发明方法的工艺流程剖面图；其中，图3A是本发明方法的步骤1完成后的示意图；图3B是本发明方法的步骤2完成后的示意图；图3C是本发明方法的步骤3完成后的示意图；图3D是本发明方法的步骤4完成后的示意图；图3E是本发明方法的步骤5完成后的示意图；图3F是本发明方法的步骤6完成后的示意图；图3G是本发明方法的步骤7完成后的示意图；图3H是本发明方法的步骤8完成后的示意图。
图4是采用本发明工艺流程的效果示意图；其中，图4A是沟槽刻蚀后的示意图；图4B是湿法横向刻蚀硬质掩膜中间的氧化硅及湿法刻蚀硬质掩膜上、下层的氧化膜后的示意图；图4C是Hole Rounding后的示意图；图4D是牺牲氧化处理后的示意图。
图中附图标记说明如下：
1是硅衬底，2是硅外延层，3是热氧氧化膜，4是氮化硅，5是APM氧化膜，6是牺牲氧化层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
以TBO(Trench Bottom Oxide缩写，沟槽底部氧化)工艺为例，其沟槽底部需要填充一定厚度的SiO2。工艺过程中产生的沟槽顶端尖角将影响HDP(HighDensity Plasma SiO2缩写，高密度等离子体二氧化硅)的填孔能力，本发明通过横向湿法刻蚀Hard Mask、Hole Rounding和牺牲氧化等工艺消除尖角。以下为本发明的具体实施流程，如图3和图4所示，包括如下步骤：
1.如图3A所示，ONO(Oxide Nitride Oxide缩写，氧化膜/氮化膜/氧化膜)成长：在硅衬底1的硅外延层2上自下而上依次生长——的热氧氧化膜3(采用热氧化工艺淀积)/
Figure BDA0000114196910000042
的氮化硅4(采用低压化学气相淀积工艺生长)/的APM氧化膜5(采用常压化学气相淀积)。
2.如图3B所示，ONO刻蚀：带胶干法刻蚀，要求硅外延层2过刻蚀
Figure BDA0000114196910000052
3.如图3C所示，沟槽刻蚀：用ONO作为Hard Mask(硬质掩膜)进行干法刻蚀，沟槽深度为1-1.5微米，宽度为0.3-0.5微米，见图4A。
4.如图3D所示，湿法刻蚀氮化硅4：可以用100-200℃热磷酸湿法横向刻蚀Hard Mask中间的氮化硅4，刻蚀量要求完全露出沟槽顶端的尖角。
5.如图3E所示，湿法刻蚀APM氧化膜5和热氧氧化膜3：可以采用0-50℃的氟化氨和氢氟酸的混合液全面刻蚀Hard Mask上面残留的APM氧化膜5，保持30-60％的过刻量，同时横向刻蚀Hard Mask下面的热氧氧化膜3，横向刻蚀热氧氧化膜3的刻蚀量为
Figure BDA0000114196910000054
见图4B。
6.如图3F所示，沟槽同向刻蚀(Hole Rounding)：对沟槽底部进行沟槽同向干法刻蚀，同时对顶端的尖角进行横向和纵向刻蚀(横向刻蚀
Figure BDA0000114196910000055
纵向刻蚀
Figure BDA0000114196910000056
)，因为纵向刻蚀较横向刻蚀快，所以顶端的尖角减小，见图4C。
7.如图3G所示，牺牲氧化处理：采用热氧化法在沟槽内生长一层牺牲氧化层6，牺牲氧化层6的厚度为
Figure BDA0000114196910000057
由于沟槽顶端尖角处氧化速度较快，因此顶端的尖角被完全氧化，尖角消失，见图4D。
8.如图3H所示，湿法刻蚀：牺牲氧化层6湿法刻蚀，保持30-60％的过刻量；氮化硅4湿法刻蚀(横向和纵向)，保留
Figure BDA0000114196910000058
的氮化硅4作为HDP(HighDensity Plasma SiO2缩写)化学机械研磨的阻挡层。

Claims (11)

1.一种消除沟槽顶端尖角的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，ONO成长：在硅衬底的硅外延层上自下而上依次生长底层氧化膜、中间氮化硅和顶层氧化膜，形成ONO结构；
步骤2，ONO刻蚀：带胶干法刻蚀，过刻蚀硅外延层；
步骤3，沟槽刻蚀：用ONO作为硬质掩膜进行干法刻蚀；
步骤4，湿法刻蚀氮化硅：横向刻蚀硬质掩膜的中间氮化硅，要求完全露出沟槽顶端的尖角；
步骤5，湿法刻蚀氧化膜：全面刻蚀硬质掩膜上面残留的顶层氧化膜，同时横向刻蚀硬质掩膜的底层氧化膜；
步骤6，沟槽同向刻蚀：对沟槽底部进行沟槽同向刻蚀，同时对顶端的尖角进行横向和纵向刻蚀，减小顶端的尖角；
步骤7，牺牲氧化处理：在沟槽内生长一层牺牲氧化层，由于沟槽顶端尖角处氧化速度较快，因此顶端的尖角被完全氧化，尖角消失；
步骤8，湿法刻蚀：牺牲氧化层湿法刻蚀，氮化硅湿法刻蚀，保留部分氮化硅作为HDP化学机械研磨的阻挡层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，所述底层氧化膜采用热氧化工艺生长，该底层氧化膜的厚度为
Figure FDA0000114196900000011
所述中间氮化硅采用低压化学气相淀积工艺生长，该中间氮化硅的厚度为
Figure FDA0000114196900000012
所述顶层氧化膜采用常压化学气相淀积工艺，该顶层氧化膜的厚度为
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述硅外延层过刻蚀
Figure FDA0000114196900000014
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中，所述沟槽深度1-1.5微米，宽度为0.3-0.5微米。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中，所述刻蚀氮化硅的刻蚀量为
Figure FDA0000114196900000021
6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，在步骤4中，采用100-200℃的热磷酸湿法刻蚀氮化硅。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5中，所述刻蚀顶层氧化膜，保持30-60％的过刻量；所述横向刻蚀硬质掩膜的底层氧化膜的刻蚀量为
Figure FDA0000114196900000022
8.如权利要求1或7所述的方法，其特征在于，在步骤5中，采用0-50℃的氟化氨和氢氟酸的混合液湿法刻蚀氧化膜。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤6中，所述对沟槽底部进行沟槽同向刻蚀采用干法刻蚀，横向刻蚀纵向刻蚀
Figure FDA0000114196900000024
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤7中，采用热氧化法在沟槽内生长一层牺牲氧化层，所述牺牲氧化层的厚度为
Figure FDA0000114196900000025
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤8中，所述牺牲氧化层湿法刻蚀，保持30-60％的过刻量；所述氮化硅湿法刻蚀采用横向和纵向刻蚀，保留的氮化硅作为HDP化学机械研磨的阻挡层。
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