專利名稱：一種可提高溝槽柵mos器件性能的溝槽柵及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵 及其制造方法。
背景技術(shù)：
在功率M0S器件中，傳統(tǒng)的表面柵結(jié)構(gòu)存在著通態(tài)電阻大和功耗高的問題，無法 很好的滿足功率器件的需求，于是溝槽柵M0S器件便應(yīng)運而生，其使用挖槽工藝和介質(zhì)填 充工藝制作溝槽柵，能夠得到較低的通態(tài)電阻，所以溝槽柵M0S器件在低壓范圍內(nèi)得到了
普遍應(yīng)用。參見圖1，其為現(xiàn)有技術(shù)中溝槽柵M0S器件的溝槽柵的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所 示，現(xiàn)有技術(shù)中的溝槽柵制作在硅襯底1中，其包括層疊在柵極溝槽中的柵介質(zhì)層2和多晶 柵層3，該柵介質(zhì)層2具有分別位于柵極溝槽側(cè)壁和底端的側(cè)壁部分20和底端部分22，該 側(cè)壁部20和底端部分22均為氧化硅?，F(xiàn)有技術(shù)中制作溝槽柵的工藝包括以下步驟(1)、 提供一硅襯底；(2)、在硅襯底上進行刻蝕工藝形成柵極溝槽；(3)、通過化學(xué)氣相沉積工藝 例如高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDP CVD)工藝在溝槽中填充氧化硅；(4)、進行化學(xué)機 械拋光(CMP)工藝去除柵極溝槽外的氧化硅；(4)、進行濕法刻蝕工藝形成柵介質(zhì)層；(5)、 進行化學(xué)氣相沉積工藝在柵介質(zhì)層上沉積多晶硅；(6)、進行化學(xué)機械拋光工藝去除柵極溝 槽外的多晶硅。上述現(xiàn)有技術(shù)溝槽柵制作工藝在進行步驟(4)中的CMP工藝時由于氧化硅和硅的 選擇比較小，很難精準(zhǔn)地抓取到拋光終點(endpoint)，易出現(xiàn)過拋光現(xiàn)象而損傷硅襯底，從 而影響后續(xù)工藝并降低器件性能(例如漏電增大和可靠性降低等)；另外柵介質(zhì)層的底端 部分為氧化硅，為降低溝槽柵M0S器件的柵漏電容(Cgd)，需盡可能的將底端部分的氧化硅 做厚，但增厚氧化硅厚度會使通態(tài)比電阻和溝道電阻增加，所以通過增厚氧化硅厚度來降 低柵漏電容受到一定限制。因此，如何提供一種可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵及其制造方法以避免過 拋光損傷硅襯底，并有效降低柵漏電容，已成為業(yè)界亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵及其制造方法， 通過所述溝槽柵及其制造方法可避免過拋光損傷硅襯底且降低器件性能，并可降低溝槽柵 M0S器件的柵漏電容。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵，包括層 疊在柵極溝槽中的柵介質(zhì)層和多晶柵層，該柵介質(zhì)層具有分別位于柵極溝槽側(cè)壁和底端的 側(cè)壁部分和底端部分，該側(cè)壁部分為氧化硅，該底端部分包括依次層疊的第一氧化硅層、化 學(xué)機械拋光終止層和第二氧化硅層。在上述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵中，該化學(xué)機械拋光終止層為氮化硅或氮氧化硅。在上述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵中，該第一氧化硅層、化學(xué)機械拋 光終止層和第二氧化硅層的厚度范圍分別為100 200埃、200 1000埃和500 3000埃。本發(fā)明還提供一種上述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵制造方法，包括以 下步驟a、提供一硅襯底；b、在硅襯底上進行刻蝕工藝形成柵極溝槽；c、進行化學(xué)氣相沉 積工藝沉積第一氧化硅層和化學(xué)機械拋光終止層；d、進行化學(xué)氣相沉積工藝沉積媒介氧化 硅層；e、進行化學(xué)機械拋光工藝去除柵極溝槽外的媒介氧化硅層；f、進行濕法刻蝕工藝去 除柵極溝槽外的化學(xué)機械拋光終止層；g、進行濕法刻蝕工藝去除柵極溝槽內(nèi)的媒介氧化硅 層側(cè)墻；h、進行濕法刻蝕工藝去除柵極溝槽內(nèi)的化學(xué)機械拋光終止層側(cè)墻；i、進行濕法刻 蝕工藝去除未被化學(xué)機械拋光終止層覆蓋的氧化硅；j、進行化學(xué)氣相沉積工藝沉積第二氧 化硅層和多晶硅層；k、進行化學(xué)機械拋光工藝去除柵極溝槽外的多晶硅層。 在上述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵制造方法中，在步驟f和步驟h中， 所述濕法刻蝕的刻蝕液為磷酸。在上述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵制造方法中，在步驟g和步驟i中， 所述濕法刻蝕的刻蝕液為稀釋氫氟酸。在上述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵制造方法中，在步驟d中，通過高密 度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝沉積媒介氧化硅層。與現(xiàn)有技術(shù)中柵介質(zhì)層的底端部分僅為氧化硅，從而造成柵漏電容過大且易出現(xiàn) 過刻蝕損傷硅襯底并影響器件性能相比，本發(fā)明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵的 底端部分包括依次層疊的第一氧化硅層、化學(xué)機械拋光終止層和第二氧化硅層，從而方便 本發(fā)明的溝槽柵在制造時CMP工藝在化學(xué)機械拋光終止層上終止，避免了過刻蝕損傷硅襯 底和器件的性能，另外依次層疊的第一氧化硅層、化學(xué)機械拋光終止層和第二氧化硅層可 有效降低柵漏電容。


本發(fā)明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵及其制造方法由以下的實施例及 附圖給出。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中溝槽柵M0S器件的溝槽柵的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵制造方法的流程圖；圖4至圖12為完成圖3中步驟S31至S39后溝槽柵M0S器件的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下將對本發(fā)明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵及其制造方法作進一步 的詳細描述。參見圖2，其為本發(fā)明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵的組成結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖所示，本發(fā)明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵制作在硅襯底1中，其包括層疊在 柵極溝槽中的柵介質(zhì)層2’和多晶柵層3，所述柵介質(zhì)層具有分別位于柵極溝槽側(cè)壁和底端的側(cè)壁部分20和底端部分22’，所述側(cè)壁部分20為氧化硅。所述底端部分22’包括依次 層疊的第一氧化硅層220’、化學(xué)機械拋光終止層222’和第二氧化硅層224’。所述化學(xué)機 械拋光終止層222’為氮化硅或氮氧化硅。所述第一氧化硅層220’、化學(xué)機械拋光終止層 222，和第二氧化硅層224，的厚度范圍分別為100 200埃、200 1000埃和500 3000埃。在本實施例中，所述化學(xué)機械拋光終止層222’為氮化硅，所述第一氧化硅層 220’、化學(xué)機械拋光終止層222’和第二氧化硅層224’的厚度分別為200埃、1000埃和1000埃。參見圖3，其顯示了本發(fā)明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵制造方法的流 程圖，本發(fā)明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵制造方法首先進行步驟S30，提供一硅 襯底。接著繼續(xù)步驟S31，在硅襯底上進行刻蝕工藝形成柵極溝槽，所述刻蝕工藝為干法 刻蝕工藝，刻蝕氣體可為四氟化碳(CF4)和氧氣(02)的混合氣體。參見圖4，其顯示了完成步驟S31后可提高溝槽柵M0S器件的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如 圖所示，柵極溝槽10形成在硅襯底1上。接著繼續(xù)步驟S32，進行化學(xué)氣相沉積工藝沉積第一氧化硅層和化學(xué)機械拋光終 止層，所述第一氧化硅層厚度范圍為100 200埃；化學(xué)機械拋光終止層為氮化硅或氮氧化 硅，其厚度范圍為200 1000埃。在本實施例中，通過熱氧化工藝形成第一氧化硅層，其厚 度為200埃；化學(xué)機械拋光終止層為氮化硅，其厚度為1000埃，通過低壓化學(xué)氣相沉積工藝 (LPCVD)沉積而成。參見圖5，結(jié)合參見圖4，圖5顯示了完成步驟S32后可提高溝槽柵M0S器件的組 成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，第一氧化硅層40和化學(xué)機械拋光終止層42依次沉積在硅襯底1 上包括溝槽10內(nèi)外，第一氧化硅層40和化學(xué)機械拋光終止層42對應(yīng)柵極溝槽10均具有 對應(yīng)的側(cè)墻。接著繼續(xù)步驟S33，進行化學(xué)氣相沉積工藝沉積媒介氧化硅層。在本實施例中，通 過高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝(HDP CVD)沉積媒介氧化硅層。參見圖6，結(jié)合參見圖4和圖5，圖6顯示了完成步驟S33后可提高溝槽柵M0S器 件的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，媒介氧化硅層44覆蓋在化學(xué)機械拋光終止層42上，其對 應(yīng)柵極溝槽10具有對應(yīng)的側(cè)墻。接著繼續(xù)步驟S34，進行化學(xué)機械拋光工藝去除柵極溝槽外的媒介氧化硅層。參見圖7，結(jié)合參見圖4至圖6，圖7顯示了完成步驟S34后可提高溝槽柵M0S器 件的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，媒介氧化硅層44覆蓋在柵極溝槽10外的部分均被去除。接著繼續(xù)步驟S35，進行濕法刻蝕工藝去除柵極溝槽外的化學(xué)機械拋光終止層，所 述濕法刻蝕的刻蝕液為磷酸。參見圖8，結(jié)合參見圖4至圖7，圖8顯示了完成步驟S35后可提高溝槽柵M0S器 件的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，柵極溝槽10外的化學(xué)機械拋光終止層42均被去除。接著繼續(xù)步驟S36，進行濕法刻蝕工藝去除柵極溝槽內(nèi)的媒介氧化硅側(cè)墻，所述濕 法刻蝕的刻蝕液為稀釋氫氟酸。參見圖9，結(jié)合參見圖4至圖8，圖9顯示了完成步驟S36后可提高溝槽柵M0S器件的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，媒介氧化硅層44僅在柵極溝槽10的底部區(qū)域保留，其他 區(qū)域均被去除。接著繼續(xù)步驟S37，進行濕法刻蝕工藝去除柵極溝槽的化學(xué)機械拋光終止層側(cè)墻， 所述濕法刻蝕的刻蝕液為磷酸。參見圖10，結(jié)合參見圖2、圖4至圖9，圖10顯示了完成步驟S37后可提高溝槽柵 M0S器件的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，化學(xué)機械拋光終止層42僅在柵極溝槽10的底部區(qū) 域保留并形成底端部分22’所包括的化學(xué)機械拋光終止層222’。接著繼續(xù)步驟S38，進行濕法刻蝕工藝去除未被化學(xué)機械拋光終止層覆蓋的氧化 硅，所述濕法刻蝕的刻蝕液為稀釋氫氟酸。參見圖11，結(jié)合參見圖2、圖4至圖10，圖11顯示了完成步驟S38后可提高溝槽 柵M0S器件的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，底端部分22’所包括的第一氧化硅層220’和化 學(xué)機械拋光終止層222’形成在柵極溝槽10底部。接著繼續(xù)步驟S39，進行化學(xué)氣相沉積工藝沉積第二氧化硅層和多晶硅層。參見圖12，結(jié)合參見圖2、圖4至圖11，圖12顯示了完成步驟S39后可提高溝槽柵 M0S器件的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，底端部分22’所包括的第一氧化硅層220’、化學(xué)機 械拋光終止層222’和第二氧化硅層224’形成在柵極溝槽10底部。接著繼續(xù)步驟S40，進行化學(xué)機械拋光工藝去除柵極溝槽外的多晶硅層。完成步驟 S40后可提高溝槽柵M0S器件的組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。綜上所述，本發(fā)明的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵包括層疊在柵極溝槽中 的柵介質(zhì)層和多晶柵層，所述柵介質(zhì)層具有分別位于柵極溝槽側(cè)壁和底端的側(cè)壁部分和底 端部分，所述側(cè)壁部分為氧化硅，所述底端部分包括依次層疊的第一氧化硅層、化學(xué)機械拋 光終止層和第二氧化硅層，本發(fā)明的溝槽柵在制造時CMP工藝在化學(xué)機械拋光終止層上終 止，避免了過刻蝕損傷硅襯底和器件的性能，另外可有效降低柵漏電容。
權(quán)利要求
一種可提高溝槽柵MOS器件性能的溝槽柵，包括層疊在柵極溝槽中的柵介質(zhì)層和多晶柵層，該柵介質(zhì)層具有分別位于柵極溝槽側(cè)壁和底端的側(cè)壁部分和底端部分，該側(cè)壁部分為氧化硅，其特征在于，該底端部分包括依次層疊的第一氧化硅層、化學(xué)機械拋光終止層和第二氧化硅層。
2.如權(quán)利要求1所述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵，其特征在于，該化學(xué)機械 拋光終止層為氮化硅或氮氧化硅。
3.如權(quán)利要求1或2所述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵，其特征在于，該第 一氧化硅層、化學(xué)機械拋光終止層和第二氧化硅層的厚度范圍分別為100 200埃、200 1000埃和500 3000埃。
4.一種權(quán)利要求1所述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵的制造方法，包括以下 步驟a、提供一硅襯底；b、在硅襯底上進行刻蝕工藝形成柵極溝槽；其特征在于，該方法還 包括以下步驟c、進行化學(xué)氣相沉積工藝沉積第一氧化硅層和化學(xué)機械拋光終止層；d、進 行化學(xué)氣相沉積工藝沉積媒介氧化硅層；e、進行化學(xué)機械拋光工藝去除柵極溝槽外的媒介 氧化硅層；f、進行濕法刻蝕工藝去除柵極溝槽外的化學(xué)機械拋光終止層；g、進行濕法刻蝕 工藝去除柵極溝槽內(nèi)的媒介氧化硅層側(cè)墻；h、進行濕法刻蝕工藝去除柵極溝槽內(nèi)的化學(xué)機 械拋光終止層側(cè)墻；i、進行濕法刻蝕工藝去除未被化學(xué)機械拋光終止層覆蓋的氧化硅；j、 進行化學(xué)氣相沉積工藝沉積第二氧化硅層和多晶硅層；k、進行化學(xué)機械拋光工藝去除柵極 溝槽外的多晶硅層。
5.如權(quán)利要求1所述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵制造方法，其特征在于，在 步驟f和步驟h中，所述濕法刻蝕的刻蝕液為磷酸。
6.如權(quán)利要求1所述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵制造方法，其特征在于，在 步驟g和步驟i中，所述濕法刻蝕的刻蝕液為稀釋氫氟酸。
7.如權(quán)利要求1所述的可提高溝槽柵M0S器件性能的溝槽柵制造方法，其特征在于，在 步驟d中，通過高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝沉積媒介氧化硅層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可提高溝槽柵MOS器件性能的溝槽柵及其制造方法?，F(xiàn)有技術(shù)中柵介質(zhì)層的底端部分僅為氧化硅，從而造成柵漏電容過大且在制造時易出現(xiàn)過刻蝕損傷硅襯底并影響器件性能。本發(fā)明的可提高溝槽柵MOS器件性能的溝槽柵包括層疊在柵極溝槽中的柵介質(zhì)層和多晶柵層，該柵介質(zhì)層具有分別位于柵極溝槽側(cè)壁和底端的側(cè)壁部分和底端部分，該側(cè)壁部分為氧化硅，該底端部分包括依次層疊的第一氧化硅層、化學(xué)機械拋光終止層和第二氧化硅層，本發(fā)明的溝槽柵制造方法在進行氧化硅的化學(xué)機械拋光時在化學(xué)機械拋光終止層上終止。本發(fā)明可避免過刻蝕損傷硅襯底和器件的性能，并可有效降低柵漏電容。
文檔編號H01L29/51GK101847655SQ20101015374
公開日2010年9月29日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者克里絲, 劉憲周 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司