[发明专利]刻蚀高深宽比沟槽的工艺方法

说明书

本发明公开了一种刻蚀高深宽比沟槽的工艺方法，在对半导体衬底通入刻蚀气体进行刻蚀形成深沟槽时，通入氟基或氯基气体的聚合物产生气体，随着刻蚀的不断进行，将刻蚀气体的流量逐渐增加，或者是逐渐减低产生聚合物的气体流量来减少聚合物的生成；或者是两者同时进行；通过对刻蚀气体和/或聚合物产生气体的速率的渐变控制，控制形成不同的沟槽形貌。

技术领域

本发明涉及半导体器件设计及制造领域，具体是指一种超级结器件工艺中刻蚀高深宽比沟槽的工艺方法。

背景技术

超级结功率器件是一种发展迅速、应用广泛的新型功率半导体器件。它是在双扩散金属氧化物半导体（DMOS）的基础上，通过引入超级结（Super Junction）结构，除了具备DMOS输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、热稳定好、驱动电路简单、易于集成等特点外，还克服了DMOS的导通电阻随着击穿电压成2.5次方关系增加的缺点。目前超级结DMOS已广泛应用于面向个人电脑、笔记本电脑、上网本、手机、照明（高压气体放电灯）产品以及电视机（液晶或等离子电视机）和游戏机等消费电子产品的电源或适配器。

超级结器件利用N/P交替配列的结构来代替传统VDMOS中的N漂移区，它结合业内熟知的VDMOS工艺，就可以制作得到超级结结构的MOSFET，它能在反向击穿电压与传统的VDMOS—致的情况下，通过使用低电阻率的外延层，使器件的导通电阻大幅降低。目前超级结功率器件的一种制备工艺是在深沟槽刻蚀加P柱填充的方式形成，其是在以N型外延层中刻蚀出多条的平行沟槽，然后在平行沟槽中填充P型外延材质而成，形成交替重复排列的P、N、P、N的结构。利用PN电荷平衡的体内Resurf技术来提升器件反向击穿BV的同时又保持较小的导通电阻的MOSFET结构。随着器件尺寸的逐渐减小，沟槽刻蚀的难度逐渐增加，高深宽比的沟槽会导致刻蚀气体难以进入沟槽的底部，使得刻蚀时间大大增加，同时又会导致顶部的衬底材料被损伤，形成缺口的现象。传统的刻蚀菜单在沟槽深宽比超过20的情况下，完成的沟槽顶部有明显的形貌缺陷，并且顶部横掏严重。如图1及图2所示，图1是超级结器件深沟槽的剖面示意图，图2是图1所示的深沟槽的顶部开口处的局部放大图，通过图2的局部放大图可以清楚地显示，深沟槽开口处在硬掩模层或者光刻胶下方具有横向钻蚀掏空的现象（undercut），沟槽的开口形貌不佳，影响器件性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种超级结器件工艺中，刻蚀高深宽比沟槽的工艺方法。

为解决上述问题，本发明所述的刻蚀高深宽比沟槽的工艺方法，在对半导体衬底通入刻蚀气体进行刻蚀形成深沟槽时，通入氟基或氯基气体的聚合物产生气体，随着刻蚀的不断进行，将刻蚀气体的流量逐渐增加，或者是逐渐减少聚合物的生成；或者是两者同时进行；通过对刻蚀气体和/或聚合物产生气体的速率的渐变控制，控制形成不同的沟槽形貌。

进一步地改进是，所述的半导体衬底为硅衬底。

进一步地改进是，所述的刻蚀气体至少包含Cl₂、HBr、O₂。

进一步地改进是，所述的Cl₂、HBr气体作为硅的刻蚀气体对硅衬底进行刻蚀；O₂主要作为聚合物生成的气体。

进一步地改进是，所述的深沟槽深宽比大于20。

在正常刻蚀时，随着刻蚀的进行，沟槽的深度逐渐增加，形成的聚合物逐渐积累，沟槽的侧壁斜度增大。

进一步地改进是，刻蚀气体还包括稀释气体。

进一步地改进是，所述的稀释气体为氦气。

进一步地改进是，所述的刻蚀气体还包括C₂F₆,对氧化硅、氮化硅进行刻蚀，以及对深沟槽顶部进行倒角的刻蚀。