[发明专利]沟槽栅蚀刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及沟槽栅蚀刻方法。

背景技术

在现有技术的场效应晶体管通常包括三极，即源极、漏极和栅极，其中栅极用于控制源极和漏极的导通和断开。也就是说，栅极实际上是场效应晶体管的控制极。对于以半导体硅为衬底的场效应晶体管来说，通过在栅极外加电压，可将硅衬底体内地载流子(电子或空穴)吸引到表面，使栅极下方的衬底表面电荷积累形成导电沟道。为了缩短电流路径、减小损耗，通常可将表面的平面栅结构改进为沟槽栅结构。

在构造沟槽栅时，为了防止沟槽尖锐的顶角产生尖端放电现象而击穿栅极氧化层并使栅极失效，需要对在形成沟槽后，再对顶角进行圆化处理，这使得沟槽栅的制造工艺变得复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种沟槽栅蚀刻方法。根据本发明的方法，能够方便地实现沟槽顶角的圆化，简化了沟槽栅的制造工艺。

本发明的沟槽栅蚀刻方法，包括以下步骤：在硅衬底上形成不被氧化的掩膜，在硅衬底和掩膜之间形成第一界面，在掩膜的预定区开有露出硅衬底的窗口；对硅衬底进行氧化，在第一界面的与窗口相邻的区域形成二氧化硅区，二氧化硅区与硅衬底之间形成朝向二氧化硅区圆滑凸出的第二界面；在掩膜的遮蔽下，从窗口朝向硅衬底的内部进行蚀刻而形成沟槽；除去掩膜和二氧化硅区，第二界面形成沟槽的顶角区的圆滑过渡。

根据本发明的方法，通过在第一界面的与窗口相邻的区域形成二氧化硅区，在硅衬底内形成沟槽的同时就完成了沟槽的顶角区的圆化，从而简化了沟槽栅蚀刻的工艺步骤。此外，还应注意地是，在现有技术中通常将在掩膜上设置窗口来氧化窗口区的硅(即，硅局部氧化)用于浅槽隔离，以实现制备特大规模集成器件和/或电路。但是，在第一界面处形成的二氧化硅区是无用的过渡区，并且会导致掩膜翘起而降低器件的集成度并且会影响器件的平坦度，因此，在现有技术中需要严格避免出现二氧化硅区。而在本发明的方法中，特意产生二氧化硅去并且创造性地利用二氧化硅区来实现沟槽栅的顶角的圆化，克服了现有技术中必须严格避免在第一界面处出现二氧化硅区的技术偏见。

在一个实施例中，掩膜为在硅衬底的表面生长的氮化硅层或二氧化硅层。这种掩膜会阻止氧穿过掩膜扩散到硅衬底内，因此氧仅能经第一界面向硅衬底的内部扩散并且在掩膜和硅衬底之间生成具有圆滑界面(即第二界面)的二氧化硅区。此外，氮化硅层能很好地抑制杂质和潮气向硅衬底内的扩散。

在一个实施例中，氧化的温度在850到1150摄氏度之间，氧化时间在30-250分钟之间。在这种条件下，二氧化硅区发育良好，以有助于实现沟槽栅的顶角区的圆化。

在一个实施例中，以各向异性的蚀刻来形成沟槽。优选地，该各向异性的蚀刻为等离子蚀刻。等离子蚀刻具有优异的方向性，并且所蚀刻的沟槽的侧壁几乎为垂直，这非常有利于提高沟槽栅的性能。此外，等离子蚀刻可选择对硅具有良好选择性的气体，例如氯气、氯化氢气体等以保证在形成沟槽的同时不会破坏二氧化硅区。

在一个实施例中，以各向同性的蚀刻除去掩膜和二氧化硅区。在一个优选的实施例中，各向同性的蚀刻为湿法腐蚀，其中除去氮化硅层使用的试剂为磷酸，除去二氧化硅层或二氧化硅区使用的试剂为氢氟酸。湿法腐蚀是各向同性的并且对腐蚀区具有良好的选择性。因此，在使用湿法腐蚀去除掉掩膜和二氧化硅区后，硅衬底几乎不会被损坏，二氧化硅区与硅衬底之间的圆滑的第二界面也不会被破坏，这有助于实现沟槽栅的顶角区的圆化。

在一个实施例中，该方法还包括在除去掩膜和二氧化硅区后，将沟槽的侧壁进行氧化以形成氧化层，然后以各向同性的蚀刻除去氧化层。先氧化沟槽的侧壁，然后再除去氧化层，能够将沟槽侧壁上的缺陷去除，即对沟槽的侧壁完成了一次修复处理，这有助于提高沟槽栅或场效应晶体管的性能。特别地，各向同性的蚀刻方式不会在修复后的侧壁上遗留尖锐的凸起或凹陷，从而避免了尖端放电现象而击穿栅极氧化层的问题。

在一个实施例中，以热氧化的方式对沟槽的侧壁的进行氧化以形成氧化层。

在一个实施例中，以湿法腐蚀除去氧化层，所使用的试剂为氢氟酸。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)通过在掩膜和硅衬底之间形成第一界面，并且在第一界面的与窗口相邻的区域形成二氧化硅区，在硅衬底内形成沟槽的同时，就完成了沟槽的顶角区的圆化，从而简化了沟槽栅蚀刻的工艺步骤。(2)本发明的方法还克服了现有技术中的不能在掩膜和硅衬底的表面之间产生二氧化硅区的技术偏见。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：