CN103065951B - 一种沟槽栅的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沟槽栅的形成方法，包括如下步骤：(1)在硅基片或硅外延层上形成沟槽；(2)在沟槽内形成栅极介质层；(3)用硅源气体和卤化物的混合气体在沟槽内生长多晶硅，以填充沟槽，形成栅极。由于卤化物气体可以抑制多晶硅生长，且在沟槽顶部的抑制作用大于在沟槽底部的抑制作用，故本发明可以防止或减小沟槽内的空洞，从而避免对器件性能造成影响。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造工艺，尤其是一种沟槽栅的形成方法。
背景技术
为了成本的节约和性能的提高，集成电路的单位尺寸在逐渐的缩小，栅极技术从最初的平面技术发展到了沟槽栅技术，且沟槽栅的尺寸约来越小，导致沟槽的AR(深宽比)越来越大，在利用多晶硅对沟槽进行填充时，由于沟槽顶部生长比较快，沟槽底部生长比较慢，所以容易导致沟槽内部空洞残留，影响器件的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种沟槽栅的形成方法，可以防止栅极材料填充沟槽时形成空洞，从而避免对器件性能造成影响。
为解决上述技术问题，本发明提供一种沟槽栅的形成方法，包括如下步骤：
(1)在硅基片或硅外延层上形成沟槽；
(2)在沟槽内形成栅极介质层；
(3)用硅源气体和卤化物的混合气体在沟槽内生长多晶硅，以填充沟槽，形成栅极。
在步骤(2)中，所述栅极介质层为SiO2，SiN，SION，AL2O3，Ta2O5，HfO2，La2O3中的至少一种。
在步骤(3)中，所述硅源气体为SiH4，SiH2CL2，SiHCL3，SICL4中的至少一种。
在步骤(3)中，所述卤化物气体为HCL，HBr，HF，F2，CL2中的至少一种。
步骤(3)具体为：用硅源气体和卤化物的混合气体在沟槽内生长多晶硅，调整硅源气体和卤化物气体的比例，使沟槽底部的生长速率高于沟槽顶部的生长速率，即在填充沟槽的中间过程中，沟槽顶部开口始终大于沟槽底部开口，最终完全填充沟槽，形成栅极。
在步骤(3)之后增加如下步骤：多晶硅回刻，去除沟槽顶部表面的多晶硅。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用硅源气体和卤化物的混合气体在沟槽内生长多晶硅，以填充沟槽，形成栅极。由于卤化物气体可以抑制多晶硅生长，且在沟槽顶部的抑制作用大于在沟槽底部的抑制作用，故可以防止或减小沟槽内的空洞，从而避免对器件性能造成影响。调整硅源流量和卤化物流量比，可以控制沟槽顶部和底部的生长速率比，从而控制沟槽填充效果。
附图说明
图1是本发明实施例1的步骤(1)沟槽刻蚀后的示意图；
图2是本发明实施例1的步骤(2)栅极介质层生长后的示意图；
图3是本发明实施例1的步骤(3)中沟槽填充过程中的示意图；
图4是本发明实施例1的步骤(3)沟槽完全填充后的示意图；
图5是本发明实施例1的步骤(4)多晶硅回刻后的示意图；
图6是本发明中硅源气体和卤化物气体的生长速率/刻蚀速率随沟槽深度的变化趋势示意图，其中，图6A是硅源气体的生长速率/刻蚀速率随沟槽深度的变化趋势示意图，图6B是卤化物气体的生长速率/刻蚀速率随沟槽深度的变化趋势示意图。
图中附图标记说明如下：
1为硅基片或硅外延层，2为沟槽，3为栅极介质层，4为多晶硅，5为栅极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1-图5所示，本发明一种沟槽栅的形成方法，包括如下步骤：
(1)在硅基片或硅外延层1上刻蚀形成沟槽2(见图1)；步骤(1)中的刻蚀可以采用光刻胶为掩膜的干法刻蚀，或以氧化物、氮化物或碳化物为第二层硬掩膜(Hardmask)的干法刻蚀。如果采用的是硬掩膜的干法刻蚀工艺，后续应该有去除该硬掩膜的工艺。
(2)在沟槽内形成栅极介质层3，栅极介质层3为SiO2，SiN，SION，AL2O3，Ta2O5，HfO2，La2O3中的至少一种，例如SiO2(见图2)；
(3)用硅源气体和卤化物的混合气体(硅源气体为SiH4，SiH2CL2，SiHCL3，SICL4中的至少一种；卤化物气体为HCL，HBr，HF，F2，CL2中的至少一种)在沟槽内生长多晶硅4，调整硅源气体和卤化物气体的比例(确定硅源气体流量，逐渐增加卤化物气体的流量)，直至沟槽底部的生长速率高于沟槽顶部的生长速率为止，即在填充沟槽的中间过程中，沟槽顶部开口始终大于沟槽底部开口(见图3)，最终完全填充沟槽，形成栅极5(见图4)。由于卤化物气体可以抑制多晶硅生长，且在沟槽顶部的抑制作用大于在沟槽底部的抑制作用，故可以防止或减小沟槽内的空洞。调整硅源流量和卤化物流量比，可以控制沟槽顶部和底部的生长速率比，从而控制沟槽填充效果(见图6)。
(4)多晶硅回刻，去除沟槽顶部表面的多晶硅(见图5)。
Claims (5)
1.一种沟槽栅的形成方法，其特征为，包括如下步骤：
(1)在硅基片或硅外延层上形成沟槽；
(2)在沟槽内形成栅极介质层；
(3)用硅源气体和卤化物的混合气体在沟槽内生长多晶硅，调整硅源气体和卤化物气体的比例，使沟槽底部的生长速率高于沟槽顶部的生长速率，即在填充沟槽的中间过程中，沟槽顶部开口始终大于沟槽底部开口，最终完全填充沟槽，形成栅极。
2.如权利要求1所述的沟槽栅的形成方法，其特征为，在步骤(2)中，所述栅极介质层为SiO2，SiN，SiON，Al2O3，Ta2O5，HfO2,La2O3中的至少一种。
3.如权利要求1所述的沟槽栅的形成方法，其特征为，在步骤(3)中，所述硅源气体为SiH4，SiH2Cl2,SiHCl3,SiCl4中的至少一种。
4.如权利要求1所述的沟槽栅的形成方法，其特征为，在步骤(3)中，所述卤化物气体为HCl，HBr，HF，F2，Cl2中的至少一种。
5.如权利要求1所述的沟槽栅的形成方法，其特征为，在步骤(3)之后增加如下步骤：多晶硅回刻，去除沟槽顶部表面的多晶硅。
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