一种屏蔽栅沟槽的填充方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种屏蔽栅沟槽的填充方法。


背景技术：

2.在屏蔽栅沟槽(shielded gate trench，sgt)工艺中，抗高压sgt器件需要保持深沟槽(deep trench)侧壁有一定厚度薄膜作为场氧，并在沟槽中填充多晶硅作为屏蔽栅，如图1所示。但通常沉积的薄膜会在开口处形成锁颈(over-hang)影响后续多晶硅填充，使多晶硅不完全填充，存在空隙(void)，如图2所示。


技术实现要素：

3.为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种屏蔽栅沟槽的填充方法，用以解决由于锁颈(over-hang)造成的多晶硅填充不完全留有缝隙(void)的问题。
4.本发明提供一种屏蔽栅沟槽的填充方法，包括以下步骤：
5.步骤一、提供衬底，在所述衬底中形成沟槽；
6.步骤二、在所述沟槽的侧壁和底部形成场氧化层，所述场氧化层包括热氧化生长形成的第一场氧化层和采用化学气相沉积工艺形成的第二场氧化层；
7.步骤三、采用等离子蚀刻工艺对所述沟槽的开口进行处理，使开口变大；
8.步骤四、沉积多晶硅将所述沟槽完全填充。
9.优选地，步骤一中所述衬底为硅衬底。
10.优选地，步骤二中所述场氧化层还延伸到所述沟槽外。
11.优选地，步骤二中所述场氧化层未将所述沟槽完全填充。
12.优选地，步骤二中所述第二场氧层位于所述第一氧化层的上方。
13.优选地，步骤三中所述等离子刻蚀所用的气体为nf3。
14.优选地，步骤三中经过处理后的所述沟槽开口处的所述场氧化层顶角变为倾斜角。
15.优选地，步骤四中所述多晶硅还延伸到所述沟槽外。
16.优选地，所述方法还包括：回刻蚀所述多晶硅，形成屏蔽栅。
17.本发明在沟槽结构中先后沉积热氧化生长形成的第一场氧化层和采用化学气相沉积工艺形成的第二场氧化层,随后在多晶硅填充前，增加nf3等离子刻蚀工艺的步骤，对结构收口处进行修饰，减轻现有技术中锁颈(over-hang)形貌的产生，增强了后续多晶硅的填充能力，使得多晶硅的填充均匀、连续，实现了无空隙(void free)，提高了sgt器件性能。
附图说明
18.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
19.图1和图2显示为现有sgt工艺的示意图；
20.图3显示为本发明实施例的屏蔽栅沟槽的填充方法的流程图；
21.图4显示为本发明实施例的在沟槽中形成场氧化层后的结构示意图；
22.图5显示为本发明实施例的对沟槽的开口进行处理后的结构示意图；
23.图6显示为本发明实施例的沉积多晶硅将沟槽完全填充的结构示意图；
24.图7显示为本发明实施例的屏蔽栅沟槽的填充的效果示意图。
具体实施方式
25.以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
26.此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
27.除非上下文明确要求，否则整个申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.图3显示为本发明实施例的屏蔽栅沟槽的填充方法的流程图。
30.如图3所示，包括以下步骤：
31.步骤一、提供衬底，在衬底中形成沟槽。
32.衬底的材料可以为硅、锗、硅锗或碳化硅等，也可以是绝缘体上覆硅(soi)或者绝缘体上覆锗(goi)，或者还可以为其他的材料，例如砷化镓等ⅲ、
ⅴ
族化合物。作为示例，在本发明实施例中，衬底的材料为硅。进一步的，其可以是未掺杂的或者轻度掺杂的硅衬底。
33.在本发明实施例，沟槽的形成方法包括：在衬底上形成垫氧层和硬掩膜层；刻蚀形成浅沟槽。其中，刻蚀采用光刻刻蚀工艺，具体地曝光、显影步骤这里不再赘述。硬质掩膜层的材料为氮化钛或者氮化硅。通常为氮化硅(sin)，其形成方法可以为化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)。当然超沟槽的形成方法不只这一种，也可以是其他方法，本发明实施例中沟槽的形成方法只是作为示例。在本发明实施例，沟槽为深沟槽。
34.步骤二、在沟槽的侧壁和底部形成场氧化层，场氧化层包括热氧化生长形成的第一场氧化层和采用化学气相沉积工艺形成的第二场氧化层。
35.如图2所示，图2中热生长形成的场氧(thermal ox)有良好的台阶覆盖性，但过厚会拉高晶片翘曲(wafer warpage)影响后续制程，故需要配合淀积cvd薄膜进行缓冲。因而，本发明实施例中，场氧化层由两种方法共同形成。如图4所示，显示为本发明实施例的沟槽形成场氧化层后的结构示意图。在进行热氧化工艺(thermal)及化学气相沉积工艺(cvd)后，在沟槽底部和侧壁、衬底上方表面都形成有场氧化层。场氧化层还延伸到沟槽外，并且未将沟槽完全填充，第二场氧层位于第一氧化层的上方。图中第二场氧层和第一氧化层未区别示出。在sgt工艺中，抗高压sgt器件需要保持深沟槽(deep trench)侧壁有一定厚度薄膜作为场氧，如保证沟槽侧壁场氧1um。本发明实施例中，第一场氧化层和第二场氧化层的
厚度不作具体说明，按具体的实际需求形成适合厚度的场氧化层。
36.步骤三、采用等离子蚀刻工艺对沟槽的开口进行处理，使开口变大。
37.如图5所示，显示为本发明实施例的对沟槽的开口进行处理后的结构示意图。在本发明实施例中，等离子刻蚀所用的气体为nf3。利用nf3等离子蚀刻工艺，可以使沟槽顶部的形貌变得圆滑，具体地，利用nf3等离子体刻蚀沟槽开口顶部的场氧化层顶角，即可逐步将沟槽开口处的场氧化层顶角变为倾斜角，如图5所示，从而可以弱化锁颈(over-hang)进而利于多晶硅填充。当然，在其他实施例中，也可用其他类型的等离子体，如ar。
38.步骤四、沉积多晶硅将沟槽完全填充。
39.与现有技术中的多晶硅填充窗口比，本发明实施例的沟槽结构开口较大，使得多晶硅的填充均匀、连续，实现了多晶硅的完全填充，无空隙(void free)。如图6所示，显示为本发明实施例的沉积多晶硅将沟槽完全填充的结构示意图。通常，屏蔽栅的电极材料为多晶硅，通过填充多晶硅形成屏蔽栅。本发明实施例中填充的多晶硅还延伸到沟槽外。
40.另外，本发明实施例的方法还包括：回刻蚀多晶硅，形成屏蔽栅。本发明重点在于屏蔽栅沟槽的填充，后续屏蔽栅的形成，这里不再赘述。
41.本发明实施例通过在填充多晶硅前增加一步nf3等离子蚀刻工艺步骤对结构收口处进行修饰，使得淀积前沟槽开口变大，避免了现有技术中颈缩形貌的产生，改善了多晶硅填充前沟槽的开口形貌，提高了后续多晶硅填充的能力，使得多晶硅的填充均匀、连续，实现了多晶硅的完全填充，无空隙，提高了sgt器件的性能。
42.图7显示为本发明实施例的屏蔽栅沟槽的填充的效果示意图。对比图2，本发明实施例的屏蔽栅沟槽的填充效果明显提高，实现了多晶硅的完全填充，无空隙(void free)。
43.本发明的屏蔽栅沟槽的填充方法，先在沟槽结构中先后沉积热氧化生长形成的第一场氧化层和采用化学气相沉积工艺形成的第二场氧化层,随后采用nf3等离子刻蚀工艺对沟槽的开口进行处理，之后再进行多晶硅的填充，通过在多晶硅填充形成屏蔽栅之前，采用等离子蚀刻工艺对沟槽的开口进行处理，改善了多晶硅填充前沟槽的开口形貌，避免了锁颈形貌的形成，提高了后续多晶硅填充的能力，实现了屏蔽栅无空隙。
44.另外，本发明场氧化层包括热氧化生长形成的第一场氧化层和采用化学气相沉积工艺形成的第二场氧化层两种，避免了单独采用热氧化生长场氧，场氧过厚使晶片翘曲影响后续制程的问题，提高了sgt器件的性能。
45.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种屏蔽栅沟槽的填充方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、提供衬底，在所述衬底中形成沟槽；步骤二、在所述沟槽的侧壁和底部形成场氧化层，所述场氧化层包括热氧化生长形成的第一场氧化层和采用化学气相沉积工艺形成的第二场氧化层；步骤三、采用等离子蚀刻工艺对所述沟槽的开口进行处理，使开口变大；步骤四、沉积多晶硅将所述沟槽完全填充。2.根据权利要求1所述的屏蔽栅沟槽的填充方法，其特征在于，步骤一中所述衬底为硅衬底。3.根据权利要求1所述的屏蔽栅沟槽的填充方法，其特征在于，步骤二中所述场氧化层还延伸到所述沟槽外。4.根据权利要求1所述的屏蔽栅沟槽的填充方法，其特征在于，步骤二中所述场氧化层未将所述沟槽完全填充。5.根据权利要求1所述的屏蔽栅沟槽的填充方法，其特征在于，步骤二中所述第二场氧层位于所述第一场氧化层的上方。6.根据权利要求1所述的屏蔽栅沟槽的填充方法，其特征在于，步骤三中所述等离子刻蚀所用的气体为nf3。7.根据权利要求1所述的屏蔽栅沟槽的填充方法，其特征在于，步骤三中经过处理后的所述沟槽开口处的所述场氧化层顶角变为倾斜角。8.根据权利要求1所述的屏蔽栅沟槽的填充方法，其特征在于，步骤四中所述多晶硅还延伸到所述沟槽外。9.根据权利要求1所述的屏蔽栅沟槽的填充方法，其特征在于，所述方法还包括：回刻蚀所述多晶硅，形成屏蔽栅。

技术总结
本发明提供一种屏蔽栅沟槽的填充方法，包括提供衬底，在衬底中形成沟槽；在沟槽的侧壁和底部形成场氧化层，场氧化层包括热氧化生长形成的第一场氧化层和采用化学气相沉积工艺形成的第二场氧化层；采用等离子蚀刻工艺对沟槽的开口进行处理，使开口变大；沉积多晶硅将沟槽完全填充。本发明在多晶硅填充形成屏蔽栅之前，采用等离子蚀刻工艺对沟槽的开口进行处理，改善了多晶硅填充前沟槽的开口形貌，避免了锁颈形貌的形成，提高了后续多晶硅填充的能力，实现了多晶硅填充完全无空隙，而且本发明避免了单独采用热氧化生长场氧，场氧过厚使晶片翘曲影响后续制程的问题，提高了SGT器件的性能。性能。性能。


技术研发人员：李琳 谈娟 彭子昱 李宗旭 梁金娥 赵正元 张守龙
受保护的技术使用者：华虹半导体（无锡）有限公司
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/9/16