沟槽栅蚀刻方法技术

本发明专利技术涉及一种沟槽栅蚀刻方法，包括：步骤一：在硅衬底的表面上形成掩膜，穿过掩膜朝向硅衬底的内部蚀刻成沟槽，掩膜的与沟槽的侧壁相邻的区域形成环绕区，步骤二：垂直于沟槽的侧壁而蚀刻环绕区，在蚀刻后的环绕区的边缘和沟槽的顶角之间形成第一预定距离的台阶，步骤三：向硅衬底的经步骤二处理后的表面上涂覆保护层，步骤四：除去环绕区和台阶上的保护层，并且除去沟槽内的部分的保护层，直到沟槽内的保护层的表面与沟槽的顶角为第二预定距离，步骤五：在保护层和蚀刻后的环绕区的保护下，将台阶蚀刻为圆滑的边缘。根据本发明专利技术的方法，形成沟槽后向沟槽内填充了保护层。在对顶角进行圆化处理时，能够防止沟槽壁被破坏。

【技术实现步骤摘要】
沟槽栅蚀刻方法
本专利技术涉及半导体领域，特别涉及沟槽栅蚀刻方法。
技术介绍
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，为了防止沟槽的尖锐顶角产生尖端放电现象而击穿栅极氧化层并使栅极失效，需要在形成沟槽后，再对顶角进行圆化处理。但是，在对顶角进行圆角化时，往往会对沟槽的侧壁造成破坏而影响沟槽栅的品质，这必然会导致后期对沟槽侧壁的修补过程，使得沟槽栅的构造过程复杂化。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种沟槽栅蚀刻方法。根据本专利技术的方法，在形成沟槽后，向沟槽内填充了保护层。在对顶角进行圆化处理时，能够防止沟槽壁被破坏。根据本专利技术的沟槽栅蚀刻方法，包括步骤一：在硅衬底的表面上形成掩膜，穿过掩膜朝向硅衬底的内部蚀刻成沟槽，掩膜的与沟槽的侧壁相邻的区域形成环绕区，步骤二：垂直于沟槽的侧壁而蚀刻环绕区，在蚀刻后的环绕区的边缘和沟槽的顶角之间形成第一预定距离的台阶，步骤三：向硅衬底的经步骤二处理后的表面上涂覆保护层，步骤四：除去环绕区和台阶上的保护层，并且除去沟槽内的部分的保护层，直到沟槽内的保护层的表面与沟槽的顶角之间为第二预定距离，步骤五：在保护层和蚀刻后的环绕区的保护下，将台阶蚀刻为圆滑的边缘。根据本专利技术的方法，在硅衬底内蚀刻成沟槽后向沟槽内涂覆保护层，这样在进行沟槽顶角圆角化时，可以保护沟槽的侧壁不受到损坏，以简化沟槽栅的制造过程。在一个实施例中，在步骤一中，在环绕区上还设置有第一光刻胶。在另一个实施例中，在步骤二中，以湿法腐蚀来蚀刻环绕区；在形成台阶后，除去第一光刻胶。由于可选择对掩膜具有很强选择性的腐蚀液，并且掩膜的材质与硅衬底的材质不同，因此仅掩膜被快速腐蚀而硅衬底基本不被腐蚀。在光刻胶的保护下，腐蚀液仅从沟槽的侧壁开始向外蚀刻环绕区(或掩膜)以形成台阶。在一个优选的实施例中，掩膜为氮化硅层或二氧化硅层；对于氮化硅层为掩膜时，湿法腐蚀使用的腐蚀液为磷酸；对于二氧化硅层为掩膜时，湿法腐蚀使用的腐蚀液为氢氟酸的水溶液。在一个实施例中，在步骤三中，所使用的保护层为第二光刻胶。在一个实施例中，除去第二光刻胶的方式为等离子蚀刻，所使用的蚀刻气体为氧气。通过控制等离子蚀刻的速度和蚀刻终点，可确保不会将沟槽内所有的第二光刻胶(或保护层)全部除去，而是可留存预定的量。氧气能够将第二光刻胶氧化成二氧化碳和水，从而可方便地将蚀刻产物排出。此外，在使用氧气蚀刻第二光刻胶时，掩膜会阻止氧渗入到硅衬底内，而且台阶区域裸露的硅会与氧反应生成二氧化硅膜层而会防止氧向硅衬底的内部深渗入，由此，使用氧气不但能方便地蚀刻掉第二光刻胶，而且可以使硅衬底在整体上不受到损坏。在一个优选的实施例中，蚀刻气体还包含氮气和在爆炸范围之外的氢气。在除去第二光刻胶的过程中，氧气与氢气反应生成大量的热，这有助于提高第二光刻胶的除去速度。对于等离子蚀刻除去第二光刻胶而言，氮气是惰性气体，因此通过调节氮气的含量，可以方便地控制对第二光刻胶的蚀刻速度。在一个实施例中，第一预定距离与第二预定距离相等。这样，所形成的圆滑的边缘可为四分之一圆弧，使得圆滑的边缘与沟槽的侧壁形成平滑的过渡。在一个实施例中，在步骤五中，以等离子蚀刻将台阶蚀刻成圆滑的边缘，等离子蚀刻使用的蚀刻气体为CHF3、CF4与Ar的气体混合物，其中CHF3的物质的量与CF4的物质的量之比为(3-7)：3，CHF3的物质的量与Ar的物质的量之比为5:(12-24)。优选地，当掩膜为掩膜时，掩膜的厚度大于第一预定距离或第二预定距离。这样，在将台阶蚀刻成圆滑的边缘期间，二氧化硅掩膜会保护硅衬底不受损坏。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)根据本专利技术的方法，在硅衬底内蚀刻成沟槽后向沟槽内涂覆保护层，在进行沟槽顶角圆角化期间，可以保护沟槽的侧壁不受到损坏，这也简化了沟槽栅的构造过程。(2)本专利技术的方法的工艺周期短，而且成本较低。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：图1到7以图示方式示意性地显示了实施本专利技术的方法步骤。在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的方法作进一步说明。步骤一，在硅衬底1的表面上形成掩膜2。穿过掩膜2朝向硅衬底1的内部蚀刻成沟槽3，掩膜2的与沟槽3的侧壁4相邻的区域形成环绕区5。如图1所示。在一个实施例中，可通过热生长的方式，在硅衬底1的表面生长二氧化硅层而形成掩膜2。也可以在硅衬底1的表面上沉积氮化硅层而形成掩膜2。在一个优选的实施例中，沟槽3通过下述方式形成：在掩膜2上设置第一光刻胶6。然后通过曝光、显影等步骤除去预定位置处第一光刻胶。然后，在第一光刻胶6的保护下，以等离子蚀刻的方式在硅衬底1的内部形成沟槽3。这样，在环绕区5上就会留存有第一光刻胶6，如图1所示。步骤二，垂直于沟槽3的侧壁4而蚀刻环绕区5。在蚀刻后的环绕区5的边缘和沟槽3的顶角7之间形成第一预定距离L1的台阶8。如图2所示。在形成台阶8后，再除去第一光刻胶6。如图3所示。如图1所示，在形成沟槽3后，环绕区5仅在与沟槽3的侧壁处露出，而其上部部分被第一光刻胶6覆盖。在这种情况下，可使用湿法腐蚀的方式来蚀刻该环绕区5，即使环绕区5横向远离沟槽3而推进，这样就形成了台阶8，如图2所示。湿法腐蚀的速率是各向同性的，因此可以保证在各个方向中台阶8距沟槽3的距离都相等。当环绕区5(即，掩膜2)为氮化硅层时，湿法腐蚀使用的腐蚀液为磷酸。当环绕区5(即，掩膜2)为二氧化硅层时，湿法腐蚀使用的腐蚀液为氢氟酸的水溶液或BOE溶液。这些腐蚀液均是本领域的技术人员所熟知的，这里不再赘述。这些腐蚀液的选择性也非常好，仅能腐蚀环绕区5，而不会腐蚀沟槽3的侧壁和底壁，从而避免了对沟槽3的破坏。在形成台阶8之后，将第一光刻胶6除去，如图3所示。通常，可以选择适当的曝光方式将第一光刻胶6完全除去，这是本领域的技术人员所熟知的，这里不再赘述。步骤三：向硅衬底1的经步骤二处理后的表面上涂覆保护层10。如图4所示，保护层10不但将沟槽3全部填满，而且完全覆盖了环绕区5。在一个实施例中，保护层10是第二光刻胶。步骤四：将环绕区5和台阶8上的保护层除去，并且除去沟槽3内的部分的保护层，直到沟槽3内的保护层10的表面11与沟槽3的顶角7之间为第二预定距离L2。如图5所示。在一个实施例中，以氧气作用蚀刻气体的等离子蚀刻的方式除去保护层10。这样，在除去保护层10的过程中，可以根据沟槽3内保护层10的剩余量而随时停止蚀刻，这就避免了将沟槽3内的保护层10全部除去的风险，而且能控制第二预定距离L2的长度。在一个优选的实施例中，第一预定距离L1与第二预定距离L2为相等。另外，使用氧气蚀刻第二光刻胶(即，保护层10)时，掩膜2(或环绕区5)会阻止氧渗入到硅衬底1内，并且台阶8处裸露的硅会与氧反应生成二氧化硅膜层而会防止氧向硅衬底1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沟槽栅蚀刻方法，包括：步骤一：在硅衬底的表面上形成掩膜，穿过所述掩膜朝向硅衬底的内部蚀刻成沟槽，所述掩膜的与所述沟槽的侧壁相邻的区域形成环绕区，步骤二：垂直于所述沟槽的侧壁蚀刻所述环绕区，在蚀刻后的环绕区的边缘和所述沟槽的顶角之间形成第一预定距离的台阶，步骤三：向所述硅衬底的经步骤二处理后的表面上涂覆保护层，步骤四：除去所述环绕区和台阶上的保护层，并且除去所述沟槽内的部分的保护层，直到沟槽内的保护层的表面与所述沟槽的顶角之间为第二预定距离，步骤五：在所述保护层和所述蚀刻后的环绕区的保护下，将所述台阶蚀刻为圆滑的边缘。

【技术特征摘要】
1.一种沟槽栅蚀刻方法，包括：步骤一：在硅衬底的表面上形成掩膜，穿过所述掩膜朝向硅衬底的内部蚀刻成沟槽，所述掩膜的与所述沟槽的侧壁相邻的区域形成环绕区，所述环绕区上还设置有第一光刻胶；步骤二：垂直于所述沟槽的侧壁蚀刻所述环绕区，在蚀刻后的环绕区的边缘和所述沟槽的顶角之间形成第一预定距离的台阶，以湿法腐蚀来蚀刻所述环绕区；在形成所述台阶后，除去所述第一光刻胶，所述掩膜为氮化硅层或二氧化硅层；对于氮化硅层为掩膜时，所述湿法腐蚀使用的腐蚀液为磷酸；对于二氧化硅层为掩膜时，所述湿法腐蚀使用的腐蚀液为氢氟酸的水溶液；步骤三：向所述硅衬底的经步骤二处理后的表面上涂覆保护层，步骤四：除去所述环绕区和台阶上的保护层，并且除去所述沟槽内的部分的保护层，直到沟槽内的保护层的表面与所述沟槽的顶角之间为第二预定距离，步骤五...

【专利技术属性】
技术研发人员：文高，杨鑫著，肖强，蒋明明，易鹏程，
申请(专利权)人：株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43