[发明专利]一种沟槽型MOS器件中沟槽栅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺，尤其涉及一种沟槽型MOS器件中沟槽栅的制备方法。

背景技术

传统的平面型MOS(金属氧化物半导体)器件中，其MOS晶体管的源极、栅极和漏极都位于硅片的水平面上，不仅占用的面积大，而且导通电阻和功耗也较大，无法满足功率器件小型化和低功耗化的要求。而沟槽型MOS器件巧妙地将晶体管的栅极形成于垂直于硅片表面的沟槽内，从而是导通通道转移到硅片的纵向方向，这样做有三个优点：(1)缩小器件面积，进一步提高器件集成密度，(2)有效降低了导通电阻和功耗，(3)基本消除了空穴在P阱的横向流动，有效地抑制了pnpn闩锁效应(pnpn闩锁效应指当器件的工作电流比闩锁临界电流大时，器件的寄生pnpn管会导通，而此时实际控制器件的MOS管可能还没导通，因此就无法由外电路通过MOS管来控制器件的关断)。因此沟槽型MOS器件被普遍应用于功率器件。

在沟槽型MOS器件制造工艺中，晶体管的栅极在沟槽内部形成，用来控制MOS器件的开与关，因此沟槽栅的制作是非常关键和重要的工艺，图1是传统沟槽栅的结构，其制备工艺主要包括以下步骤：(1)在需要制作沟槽栅的硅片100上经由光刻和刻蚀的方法形成沟槽200；(2)使用湿法清洗或牺牲氧化的方法去除沟槽表面的缺陷和杂质；(3)栅氧化膜800的生长；(4)多晶硅600的填充；(5)通过回刻或化学机械研磨对多晶硅平坦化，形成最终的由多晶硅600和栅氧化膜800组成的沟槽栅结构。在上述方法中，沟槽底部的栅氧化膜厚度与沟槽侧壁的栅氧化膜厚度基本一致，因此栅极和漏极之间的寄生电容较大，影响了沟槽型MOS器件的开关速度；同时，由于在沟槽底部拐角700处曲率很大，电场容易集中，所以在这个部位最容易发生电击穿而影响器件整体的击穿电压。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种沟槽型MOS器件中沟槽栅的制备方法，通过增加沟槽型MOS器件中沟槽底部栅氧化膜的厚度，以此减少栅极和漏极之间的寄生电容，提高沟槽型MOS器件的开关速度，降低开关损耗，同时解决沟槽型MOS器件在沟槽底部容易发生电击穿的问题。

为解决上述技术问题，一种沟槽型MOS器件中沟槽栅的制备方法，该沟槽底部的栅氧化膜较沟槽侧壁的栅氧化膜厚，该方法包括以下步骤：

（1）在需要制作沟槽栅的硅片上经由光刻和刻蚀的方法形成沟槽；

（2）第一栅氧化膜的生长；

（3）光刻胶的旋涂；

（4）部分去除光刻胶，保留沟槽底部的光刻胶；

（5）去除沟槽侧壁以及硅片表面的第一栅氧化膜，保留沟槽底部的第一栅氧化膜，然后去除沟槽底部的光刻胶；

（6）第二栅氧化膜的生长；

（7）多晶硅的填充；

（8）通过回刻或化学机械研磨对多晶硅平坦化，形成最终的沟道栅。

在步骤(1)中，所述沟槽是以光刻胶图形为掩膜刻蚀硅片形成，或以介质膜图形为掩膜刻蚀硅片形成。

在步骤(2)中，在所述第一栅氧化膜生长之前，优选地，使用湿法清洗或牺牲氧化或两者相结合的方法去除沟槽表面的缺陷和杂质，所述的湿法清洗包括：用氢氟酸去除沟槽表面的自然氧化层，用氢氧化铵和过氧化氢去离子水的混合液去除沟槽表面的颗粒和有机物杂质，以及用盐酸和过氧化氢去离子水的混合液去除沟槽表面的金属杂质；所述的牺牲氧化是指先通过热氧化的方法使沟槽表面的硅和氧气或水蒸汽反应生成二氧化硅，然后再通过湿法刻蚀的方法去除所述的二氧化硅，以达到去除沟槽表面的缺陷和杂质的目的。所述第一栅氧化膜使用热氧化法生长，其生长温度为750-1100℃，所述第一栅氧化膜的厚度为50-5000纳米，且所述第一栅氧化膜厚度大于后续第二栅氧化膜厚的厚度。

在步骤(4)中，所述光刻胶的去除使用泛曝光和显影的方式；所述保留的沟槽底部的光刻胶的厚度为0.1-10微米。

在步骤(5)中，所述第一栅氧化膜的去除使用湿法刻蚀的方法，所述的湿法刻蚀以步骤(4)所形成的沟槽底部的光刻胶为刻蚀掩膜。

在步骤(6)中，所述第二栅氧化膜使用热氧化法生长，其生长温度为750-1100℃，所述第二栅氧化膜厚度为50-5000纳米，且小于步骤(2)中所述第一栅氧化膜的厚度。在所述第二栅氧化膜生长之前，使用湿法清洗方法去除沟槽表面的缺陷和杂质；所述湿法清洗方法包括：用氢氧化铵和过氧化氢去离子水的混合液去除沟槽表面的颗粒和有机物杂质，以及用盐酸和过氧化氢去离子水的混合液去除沟槽表面的金属杂质。