CN110137082A - 一种功率器件沟槽形貌的优化方法 - Google Patents
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Abstract
一种功率器件沟槽形貌的优化方法，步骤包括：S1：在样品表面生长一层垫氧氧化层；S2：在所述垫氧氧化层上沉积一层掩膜层；S3：对所述样品进行光刻；S4：对光刻后的所述样品进行刻蚀；S5：对刻蚀后的所述样品进行沟槽刻蚀；S6：生长一层热氧化层；S7：对生长完所述热氧化层后的所述样品进行腐蚀。本申请的有益效果是：通过局部氧化方式，对沟槽顶部进行了形貌优化，从而使器件整体上的良率有所提升，且器件参数稳定；同时可以解决设备不具备拐角圆滑处理的能力而受限的问题，从而在不需要增加昂贵的沟槽刻蚀设备的前提下，改善沟槽顶部拐角形貌，降低制程成本。
Description
技术领域
本申请属于沟槽形貌技术领域，具体地说，涉及一种功率器件沟槽形貌的优化方法。
背景技术
随着应用终端需求的加强和能效要求的不断提升，沟槽式功率器件因其在提升器件性能的同时，也可缩小芯片面积的优势得到快速发展，如：SBD、MOS、IGBT等器件均从平面型向沟槽式器件转化。研发性能优越的沟槽功率器件，沟槽形貌成为了技术热点，且对加工工艺和设备提出了更高的要求。
沟槽形貌的要求一般是：底部较为圆滑；侧壁光滑，角度稳定，倾斜角在85°～90°之间；顶部没有尖角。以目前国内功率器件晶圆厂为例，部分8寸线的沟槽刻蚀能力较强，但部分6寸产线的沟槽刻蚀能力参差不齐，导致国内此类晶圆厂的沟槽式器件推广缓慢。由于设备能力的限制，沟槽的形貌并不能满足器件结构的要求，因此可通过优化沟槽工艺流程对沟槽形貌进行调整，改善沟槽顶部拐角问题，提升器件的良率和可靠性，以及降低制程成本。
常规的沟槽工艺流程是：在硅片表面淀积一层TEOS(或Si3N4)介质做掩膜，然后掩膜层光刻、掩膜层刻蚀、去胶清洗，最后沟槽刻蚀，剥离硬掩膜层，后续的就是相关的清洗工艺以及牺牲氧化，至此沟槽的工艺完成。采用常规的沟槽工艺流程，虽然通过改变沟槽的刻蚀程序，可以实现沟槽底部的圆滑和侧壁的角度调整，以及片内均匀性得到提升，但是对于顶部拐角的处理能力不足，出现尖角现象，影响器件的电性及可靠性。尖角现象在肖特基器件中造成漏电大，良率降低等问题；在IGBT器件中，难以保证沟槽内的栅氧生长以及多晶硅填充的质量，从而影响器件的稳定性和可靠性。
发明内容
有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供一种功率器件沟槽形貌的优化方法，利用局部氧化方式，可使沟槽顶部拐角由尖角转为圆滑，进而改善栅氧以及多晶硅的填充缺陷问题，从而提升器件的参数以及稳定性。
为了解决上述技术问题，本申请公开了一种功率器件沟槽形貌的优化方法，并采用以下技术方案来实现。
一种功率器件沟槽形貌的优化方法，步骤包括：
S1：在样品表面生长一层垫氧氧化层；
S2：在所述垫氧氧化层上沉积一层掩膜层；
S3：对生长了所述垫氧氧化层和沉积了所述掩膜层的所述样品进行光刻；
S4：对光刻后的所述样品进行刻蚀；
S5：对刻蚀后的所述样品进行沟槽刻蚀；
S6：对沟槽刻蚀后的所述样品进行热氧化层的生长，生长出一层所述热氧化层；
S7：对生长完所述热氧化层后的所述样品进行腐蚀。
进一步的，所述垫氧氧化层的厚度为
进一步的，所述掩膜层为厚度是的Si3N4掩膜层。
进一步的，所述热氧化层厚度为
进一步的，所述S4采用氧化层干法刻蚀机对光刻后的所述样品进行刻蚀。
进一步的，所述S5中采用沟槽干法刻蚀机对刻蚀后的所述样品进行沟槽刻蚀。
进一步的，所述S7中采用BOE药液进行腐蚀。
进一步的，生长所述垫氧氧化层之前和/或生长所述热氧化层之前进行清洗；对所述样品进行刻蚀后进行去胶清洗；对所述样品进行沟槽刻蚀后进行沟槽清洗。
一种使用上述任一所述优化方法得到的功率器件，所述功率器件的硅片表面从里向外依次具有垫氧氧化层、掩膜层，所述硅片的沟槽内具有热氧化层。
与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：通过局部氧化方式，对沟槽顶部进行了形貌优化，从而使器件整体上的良率有所提升，且器件参数稳定；同时可以解决设备不具备拐角圆滑处理的能力而受限的问题，从而在不需要增加昂贵的沟槽刻蚀设备的前提下，改善沟槽顶部拐角形貌，降低制程成本。
当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是优化前的沟槽形貌仿真图。
图2是本申请一个实施例的优化方法得到的沟槽形貌仿真图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明采用鸟嘴效应，即LOCOS工艺Local Oxidation of Silicon硅的局部氧化，利用氮化物掩膜下的氧化物生长来抬高氮化物的边缘，在淀积Si3N4作掩膜前，生长一层垫氧氧化层，可有效减少Si与Si3N4之间的应力差；在沟槽刻蚀后，在未剥离掩膜层的前提下，再生长一层热氧化层，这层氧化层可消除沟槽刻蚀对沟槽内的Si造成的损伤，同时由于这一层热氧化层比消耗的硅厚，所以在随着Si3N4下的氧化层的生长，将逐渐抬高Si3N4的边缘，即出现鸟嘴效应。
本发明主要是通过硅的局部氧化方法优化沟槽工艺流程，从而制备形貌优良的沟槽结构，具体方法有如下：
S1：垫氧前清洗；对待做沟槽结构的样品进行清洗，清洗包括两次垫氧前清洗，两次清洗的清洗液分别为SC1和HF；
第一次垫氧前清洗使用SC1药液。SC1药液为NH3·H2O、H2O2和H2O的混合液。本实施例选用的三者的配比为：NH3·H2O：H2O2：H2O体积比为1:1:50～1:1:6。样品在SC1药液中清洗的时间为60s～3600s。
第二次垫氧前清洗使用HF药液。HF药液为HF和H2O的混合液。本实施例选用的二者的配比为：HF：H2O体积比为5:1～5000:1。样品在HF药液中的清洗时间为：10s～1000s。
S2：在晶硅表面生长一层垫氧氧化层；
本实施例选用炉管生长垫氧氧化层。
S3：在垫氧氧化层上面再淀积一层的Si3N4掩膜层；
在半导体行业中，利用淀积的技术形成膜，是行业内常用的工艺，这里不再赘述。
垫氧氧化层和Si3N4掩膜层，两层膜共同作为第一硬掩膜；
S4：对第一硬掩膜进行光刻；光刻的步骤包括涂胶、曝光、显影；
根据不同的样品要求，通过调整光刻胶厚、曝光能量、显影压力等参数值找到最合适的值，从而得到器件所需的沟槽线宽和胶的形貌。
S5：对第一硬掩膜进行刻蚀，
刻蚀的具体步骤为：用氧化层干法刻蚀机刻蚀垫氧氧化层，以及的Si3N4掩膜层。
S6：对刻蚀后的样品进行去胶清洗；
去胶清洗可采用干法去胶和湿法去胶两种方式。其中，干法去胶采用等离子体去除光刻胶；湿法去胶采用体积比为1000:1～10:1的H2SO4和H2O2的混合液进行去胶，本实施例选用的去胶时间是100s～1800s。
S7：进行沟槽刻蚀；
用沟槽干法刻蚀机对样品进行沟槽刻蚀，刻蚀出样品所需的沟槽宽度和深度。
S8：进行沟槽清洗；沟槽清洗包括第一次沟槽清洗和第二次沟槽清洗，清洗液分别为H2SO4药液和SC1药液；
先用H2SO4药液对刻蚀后的样品进行第一次沟槽清洗；H2SO4药液为H2SO4和H2O2的混合药液，其中H2SO4和H2O2的体积比为1000:1～10:1，第一次沟槽清洗时间为100s～1800s；
然后用SC1药液对第一次沟槽清洗后的样品进行第二次沟槽清洗；SC1药液为NH3·H2O、H2O2和H2O的混合药液，其中NH3·H2O、H2O2和H2O的体积比为1:1:50～1:1:6；第二次沟槽清洗的清洗时间为60min～200min。
S9：进行热氧化前的清洗；热氧化前清洗包括两次，清洗液分别为SC1药液和HF药液；
第一次热氧化前清洗使用SC1药液。SC1药液为NH3·H2O、H2O2和H2O的混合药液，其中NH3·H2O、H2O2和H2O的体积比为1:1:50～1:1:6。清洗时间为60s～3600s。
第二次热氧化前清洗使用HF药液。HF药液为HF和H2O的混合液。本实施例选用的二者的配比为：HF：H2O体积比为5:1～5000:1。样品在HF药液中的清洗时间为：10s～1000s。
S10：在Si3N4掩膜层上再次生长一层热氧化层；使用炉管进行热氧化层的生长，生长厚度为
第一硬掩膜层和新生长的热氧化层共同作为第二硬掩膜。
S11：对第二硬掩膜进行腐蚀；将整个的第二硬掩膜，包括第一次的垫氧化层、第二次的Si3N4掩膜层以及热氧化层，腐蚀干净。
腐蚀时采用BOE药液对第一层的垫氧氧化层进行腐蚀，腐蚀时间是10s～90S。用热磷酸药液对Si3N4掩膜层进行腐蚀，腐蚀温度为80℃～180℃，腐蚀时间为30min～90min。再用BOE药液对热氧化层进行腐蚀，腐蚀时间为10s～1200s。
图1为优化前的沟槽形貌仿真图，图2为优化后的沟槽形貌仿真图，两图对比可看出，本申请的优化方法达到了改善沟槽拐角的目的。
本申请的有益效果是：通过局部氧化方式，对沟槽顶部进行了形貌优化，从而使器件整体上的良率有所提升，且器件参数稳定；同时可以解决设备不具备拐角圆滑处理的能力而受限的问题，从而在不需要增加昂贵的沟槽刻蚀设备的前提下，改善沟槽顶部拐角形貌，降低制程成本。
以上对本申请实施例所提供的一种功率器件沟槽形貌的优化方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，不同厂商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种功率器件沟槽形貌的优化方法，步骤包括：
S1：在样品表面生长一层垫氧氧化层；
S2：在所述垫氧氧化层上沉积一层掩膜层；
S3：对生长了所述垫氧氧化层和沉积了所述掩膜层的所述样品进行光刻；
S4：对光刻后的所述样品进行刻蚀；
S5：对刻蚀后的所述样品进行沟槽刻蚀；
S6：对沟槽刻蚀后的所述样品进行热氧化层的生长，生长出一层所述热氧化层；
S7：对生长完所述热氧化层后的所述样品进行腐蚀。
2.根据权利要求1所述功率器件沟槽形貌的优化方法，其特征在于：所述垫氧氧化层的厚度为
3.根据权利要求1或2所述功率器件沟槽形貌的优化方法，其特征在于：所述掩膜层为厚度是的Si3N4掩膜层。
4.根据权利要求1或2所述功率器件沟槽形貌的优化方法，其特征在于：所述热氧化层厚度为
5.根据权利要求3所述功率器件沟槽形貌的优化方法，其特征在于：所述热氧化层厚度为
6.根据权利要求1所述功率器件沟槽形貌的优化方法，其特征在于：所述S4采用氧化层干法刻蚀机对光刻后的所述样品进行刻蚀。
7.根据权利要求1所述功率器件沟槽形貌的优化方法，其特征在于：所述S5中采用沟槽干法刻蚀机对刻蚀后的所述样品进行沟槽刻蚀。
8.根据权利要求1所述功率器件沟槽形貌的优化方法，其特征在于：所述S7中采用BOE药液进行腐蚀。
9.根据权利要求1-2、5-8任一所述功率器件沟槽形貌的优化方法，其特征在于：生长所述垫氧氧化层之前和/或生长所述热氧化层之前进行清洗；对所述样品进行刻蚀后进行去胶清洗；对所述样品进行沟槽刻蚀后进行沟槽清洗。
10.一种使用权利要求1-2、5-8任一所述优化方法得到的功率器件，其特征在于：所述功率器件的硅片表面从里向外依次具有垫氧氧化层、掩膜层，所述硅片的沟槽内具有热氧化层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190816 |