[发明专利]MOS晶体管的制作方法和圆角化沟槽顶部尖角的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，尤其涉及一种沟槽型MOS晶体管的制作方法和圆角化沟槽的顶部尖角的方法。

背景技术

沟槽型MOS（trench MOS）晶体管作为一种新型垂直结构的功率器件，是在VDMOS（垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管）的基础上发展起来的，但该结构与VDMOS相比有许多性能优点：如更低的导通电阻、低栅漏电荷密度，具有低的导通和开关损耗及快的开关速度。图1是传统沟槽型MOS晶体管的横截面图。如图中所示，传统沟槽型MOS晶体管包括半导体衬底100、设置在半导体衬底100上的漏区101、在漏区101上形成的漂移区102与在漂移区102上形成的沟道区103；在沟道区103内形成有沟槽，栅极结构形成在所述沟槽内，栅极结构包括形成在沟槽侧壁上的栅极氧化物层106以及填充满沟槽的栅极多晶硅105。栅极结构两侧形成有源区104。从所述半导体衬底100引出漏极D，所述栅极结构中的多晶硅105引出栅极G，所述源区104引出源极S。由于沟槽型MOS晶体管的沟道是垂直的，可通过缩短沟道区进一步提高其沟道密度，减小芯片尺寸。

在沟槽型MOS晶体管制作过程中，采用标准栅氧化工艺制作所述栅极结构，包括：1，进行沟槽刻蚀；2，利用热氧化工艺在沟槽内壁进行牺牲氧化层生长；3，利用湿法刻蚀工艺进行牺牲氧化层去除；4，利用沉积工艺在沟槽内壁进行栅氧化层生长。其中，在沟槽刻蚀后，沟槽侧壁的表面会有纵向条纹状的高低不平和更小面积的局部不平整（主要是由于刻蚀中的化学物理反应或是作为刻蚀沟槽的掩模的光刻胶边缘的驻波条纹造成），生长牺牲氧化层的目的是通过沟槽侧壁的氧化反应去除沟槽刻蚀表面的不平整，以保证随后生长的栅氧化层的质量。在沟槽刻蚀完成后，会在沟槽顶部形成有由沟槽的侧壁和外延层的表面构成直角，如图2所示。然而，如图3中所示，在进行牺牲氧化层生长后的沟槽的顶部的直角处会形成有86°～90°的尖角α。由于该沟槽是沟槽型MOS晶体管的栅极位置，在栅极两侧会形成高浓度掺杂的源区。若源区掺杂比较浅，所述尖角会是高浓度源区与栅氧化层的交接处。在器件通电的情况下，所述尖角会造成电场集中，易造成尖端放电而引发低击穿。为了避免这种情况，一般都将所述源区掺杂得比较深，避开这个尖角。然而，这样的操作，使得沟槽型MOS晶体管不能实施源区的浅掺杂操作，给沟槽型MOS晶体管往更小尺寸、更高密度的发展带来较大的局限，阻碍了工艺进一步的发展。

由此，势必需要一种能够消除这个尖角的方法，以使得所述沟槽型MOS晶体管能够实现更小尺寸、更高密度的发展。发明内容

本发明解决的问题是消除沟槽型MOS晶体管栅极所在的沟槽顶部的尖角，避免尖端放电的现象发生。

为解决上述问题，本发明的技术方案提供了一种沟槽型MOS晶体管的制作方法，包括：

提供半导体基底，所述半导体基底包括硅外延层；

在所述硅外延层上形成牺牲层；

在所述牺牲层上形成保护层；

刻蚀所述保护层、牺牲层和硅外延层，以在所述保护层、牺牲层中形成通孔，在所述硅外延层中形成与所述通孔连通的沟槽；

利用湿法刻蚀处理所述通孔，以去除部分的牺牲层，使得所述沟槽顶部两侧的部分硅外延层被暴露；

进行热氧化工艺，以使得沟槽顶部两侧暴露出来的硅外延层和沟槽内壁的硅外延层被氧化成氧化硅；

去除热氧化形成的氧化硅，之后在所述沟槽内形成沟槽型MOS晶体管的栅极结构。

可选的，所述牺牲层为氧化硅层，所述保护层为氮化硅层。

可选的，所述在所述保护层、牺牲层中形成通孔，在所述硅外延层中形成与所述通孔连通的沟槽的工艺包括：

在所述保护层上形成光刻胶；

利用曝光显影工艺在所述光刻胶上形成沟槽的图形；

利用具有沟槽的图形的光刻胶作为掩模，刻蚀所述保护层、牺牲层和硅外延层；

去除光刻胶。可选的，所述保护层的厚度为可选的，沟槽顶部每侧被暴露出的硅外延层的宽度为

以及另一种沟槽型MOS晶体管的制作方法，包括：

提供半导体基底，所述半导体基底包括硅外延层；

在所述硅外延层上形成保护层；

刻蚀所述保护层和硅外延层，以在所述保护层中形成通孔，在所述硅外延层中形成与所述通孔连通的沟槽；

在所述保护层上形成掩模层，所述掩模层上具有窗口，所述窗口的开口大于所述通孔的开口，且完全暴露所述通孔；

刻蚀所述保护层，以暴露出部分硅外延层；