一种沟槽栅IGBT器件及其制作方法技术

本申请提供一种沟槽栅IGBT器件及其制作方法，在得到沟槽后，形成第一栅氧层，填充第一多晶硅后，去掉部分第一多晶硅，仅保留沟槽底部的第一多晶硅，并去除沟槽侧壁上的第一栅氧层；再在所述沟槽内形成第二栅氧层，在第二栅氧层上再形成第二多晶硅层，第二多晶硅层在后续工艺中形成第二栅极，其中，第一栅氧层的厚度大于或等于所述第二栅氧层的厚度。由于本发明专利技术中在沟槽底部先形成第一栅氧层，再在沟槽侧壁上形成第二栅氧层，即将沟槽底部的栅氧层和沟槽侧壁上的栅氧层分离，通过两次栅氧工艺形成，使得第一栅氧层的厚度可以大于或等于第二栅氧层的厚度，从而对沟槽底部的栅氧层厚度进行优化，进而避免沟槽栅IGBT器件的栅极在沟槽底部被击穿。

Trench gate IGBT device and manufacturing method thereof

This application provides a trench gate IGBT device and manufacturing method thereof, in a trench, forming a first gate oxide layer, the first polysilicon filling after removing part of the first polysilicon, retaining only the first polysilicon at the bottom of the trench, and removing the first gate oxide layer on the side wall of the slot; and then forming a second gate oxide layer in the trench then, a second polycrystalline silicon layer is formed in the gate oxide layer second, second polysilicon layer is formed on the second gate, in the subsequent process in which the first gate oxide layer thickness is greater than or equal to the second gate oxide layer thickness. Because the invention is at the bottom of the trench to form a first gate oxide layer, and forming a second gate oxide layer on a sidewall of the trench, the gate oxide layer isolation gate oxide layer and the side wall of the groove is formed on the bottom of the trench, through the two gate oxide, so that the first gate oxide thickness is greater than or equal to the second gate oxide thickness, gate oxide thickness and on the bottom of the trench is optimized, and thus avoid the gate trench gate IGBT device breakdown at the bottom of the trench.

【技术实现步骤摘要】
一种沟槽栅IGBT器件及其制作方法
本专利技术涉及半导体器件制作领域，尤其涉及一种沟槽栅IGBT器件及其制作方法。
技术介绍
IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。目前功率IGBT器件根据制备工艺主要分成两大类，一种是利用平面栅极形成的平面IGBT器件；另外一种是沟槽栅IGBT器件。沟槽栅IGBT通过改变器件结构有效的提升了载流子浓度，降低了通态压降和提升了电流密度，目前逐渐成为占主导地位的功率IGBT器件。但由于沟槽栅IGBT器件的制备工艺限制，导致沟槽底部的栅氧层偏薄，如图1所示，从图1中可以看出，沟槽底部栅氧层厚度约为120nm，沟槽侧壁的栅氧层厚度大约为150nm，在沟槽底部栅氧层厚度较薄的情况下，沟槽栅IGBT器件工作时，容易导致沟槽栅IGBT器件的栅极在沟槽底部被击穿，为避免沟槽栅IGBT器件的栅极在沟槽底部被击穿的现象发生，需要对沟槽底部的栅氧层厚度进行优化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种沟槽栅IGBT器件及其制作方法，以解决现有技术中沟槽栅IGBT器件的栅极在沟槽底部容易被击穿问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种沟槽栅IGBT器件的制作方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有开口位于所述半导体衬底表面的沟槽，所述沟槽包括垂直于所述半导体表面的侧壁和与所述沟槽开口相对的底部；形成第一栅氧层，所述第一栅氧层覆盖所述沟槽的侧壁和底部；填充第一掺杂的第一多晶硅层，以填满所述沟槽；移除所述第一多晶硅层，保留所述沟槽底部的所述第一多晶硅层，所述第一多晶硅层形成第一栅极；移除所述沟槽侧壁上的所述第一栅氧层；形成第二栅氧层，所述第二栅氧层覆盖所述第一栅氧层、所述第一栅极和所述沟槽的侧壁；在所述沟槽内填充第二掺杂的第二多晶硅层，以填满所述沟槽；刻蚀所述第二多晶硅层形成第二栅极；其中，所述第一栅氧层的厚度大于或等于所述第二栅氧层的厚度。可选地，所述半导体衬底为单晶硅衬底、外延硅衬底、硅锗衬底或化合物半导体衬底。可选地，在所述形成第一栅氧层之前还包括：在所述沟槽内生长一层牺牲氧化层；去除所述牺牲氧化层。可选地，所述去除所述牺牲氧化层包括：采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲氧化层。可选地，所述牺牲氧化层的厚度范围为包括端点值。可选地，所述形成第一栅氧层包括：采用热氧化工艺形成所述第一栅氧层；所述形成第二栅氧层包括：采用热氧化工艺形成所述第二栅氧层。可选地，所述热氧化工艺采用水平炉管或立式炉管进行。可选地，所述热氧化工艺采用的氧化温度范围为700℃-1200℃，包括端点值。另外，本专利技术还提供一种沟槽栅IGBT器件，采用上面任意一项所述的沟槽栅IGBT器件制作方法制作形成，所述沟槽栅IGBT器件包括：半导体衬底；开口位于所述半导体衬底表面上的沟槽，所述沟槽包括垂直于所述半导体表面的侧壁和与所述沟槽开口相对的底部；覆盖所述沟槽底部的第一栅氧层；位于所述第一栅氧层背离所述沟槽底部的表面，且填充所述沟槽底部的第一栅极；位于所述沟槽内，且覆盖所述第一栅极、所述第一栅氧层以及所述沟槽侧壁的第二栅氧层；位于所述第二栅氧层形成的沟槽内的第二栅极；其中，所述第一栅氧层的厚度大于或等于所述第二栅氧层的厚度。可选地，所述沟槽的深度为2μm-20μm，包括端点值；沟槽开口宽度为1μm-10μm，包括端点值。可选地，所述第一栅氧层的厚度范围为包括端点值。可选地，所述第二栅氧层的厚度范围为包括端点值。可选地，所述半导体衬底为单晶硅衬底、外延硅衬底、硅锗衬底或化合物半导体衬底。可选地，所述第一栅极的掺杂浓度范围为1e11at/cm3-1e17at/cm3，包括端点值；所述第二栅极的掺杂浓度范围为1e18at/cm3-1e21at/cm3，包括端点值。经由上述的技术方案可知，本专利技术提供的沟槽栅IGBT器件制作方法，在得到沟槽后，形成第一栅氧层，填充第一多晶硅后，去掉部分第一多晶硅，仅保留沟槽底部的第一多晶硅，并去除沟槽侧壁上的第一栅氧层；再在所述沟槽内形成第二栅氧层，第二栅氧层位于第一多晶硅上方且覆盖所述沟槽的侧壁，在第二栅氧层上再形成第二多晶硅层，所述第二多晶硅层在后续工艺中形成第二栅极，其中，所述第一栅氧层的厚度大于或等于所述第二栅氧层的厚度。由于本专利技术中在沟槽底部先形成第一栅氧层，再在沟槽侧壁上形成第二栅氧层，即将沟槽底部的栅氧层和沟槽侧壁上的栅氧层分离，通过两次栅氧工艺形成，使得第一栅氧层的厚度可以大于或等于第二栅氧层的厚度，从而对沟槽底部的栅氧层厚度进行优化，进而避免沟槽栅IGBT器件的栅极在沟槽底部被击穿。本专利技术还提供一种沟槽栅IGBT器件，包括沟槽、覆盖所述沟槽底部的第一栅氧层、位于沟槽底部的第一栅极、位于第一栅极和第一栅氧层上方，且覆盖沟槽侧壁的第二栅氧层，位于所述沟槽内，且与所述沟槽的侧壁对应的第二栅极。由于所述沟槽栅IGBT器件采用上面所述的具有两次栅氧工艺的沟槽栅IGBT器件制作方法，第一栅氧层的厚度可以容易控制大于或等于第二栅氧层的厚度，从而避免沟槽栅IGBT器件的栅极在沟槽底部被击穿，提高了沟槽栅IGBT器件的性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为现有技术中沟槽栅IGBT器件的沟槽底部栅氧层厚度偏薄示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种沟槽栅IGBT器件制作方法流程图；图3-图10为本专利技术实施例提供的沟槽栅IGBT器件制作工艺流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。专利技术人发现，现有技术中沟槽栅IGBT器件的制作工艺中，通常是先通过干法刻蚀工艺形成沟槽，再进行栅氧工艺，形成器件实际的栅氧层，最后再用多晶硅填充沟槽形成完整的栅极结构。此方法形成的栅氧层，由于槽型限制和沟槽底部与氧气接触不充分等原因，容易造成沟槽底部栅氧层偏薄，而沟槽底部拐角处又是电场容易集中的地方，最易引发氧化击穿，影响器件性能。因此，需要对沟槽底部的栅氧层厚度进行优化，加大沟槽底部的栅氧层厚度。现有技术中，往往通过增加硬掩蔽层的方式来达到底部栅氧层单独氧化的目的，继而控制其厚度，但因其工艺实现的过程中，需要制作硬掩膜层，还需要再将所述硬掩膜层剥离，其工艺过程较复杂，且还会增加刻蚀工艺的难度。还有通过注入惰性气体，改变沟槽底部半导体衬底的晶格状态，从而增加栅氧层的氧化速率，进而增加沟槽底部栅氧层的厚度，但同样的，其工艺控制难度较大。基于此，本专利技术提供一种沟槽栅IGBT器件的制作方法，如图2所示，包括：步骤S101：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有沟槽。本实施例中，如图3所示，半导体衬底1为制作沟槽栅IGBT器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沟槽栅IGBT器件的制作方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有开口位于所述半导体衬底表面的沟槽，所述沟槽包括垂直于所述半导体表面的侧壁和与所述沟槽开口相对的底部；形成第一栅氧层，所述第一栅氧层覆盖所述沟槽的侧壁和底部；填充第一掺杂的第一多晶硅层，以填满所述沟槽；移除所述第一多晶硅层，保留所述沟槽底部的所述第一多晶硅层，所述第一多晶硅层形成第一栅极；移除所述沟槽侧壁上的所述第一栅氧层；形成第二栅氧层，所述第二栅氧层覆盖所述第一栅氧层、所述第一栅极和所述沟槽的侧壁；在所述沟槽内填充第二掺杂的第二多晶硅层，以填满所述沟槽；刻蚀所述第二多晶硅层形成第二栅极；其中，所述第一栅氧层的厚度大于或等于所述第二栅氧层的厚度。

【技术特征摘要】
1.一种沟槽栅IGBT器件的制作方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有开口位于所述半导体衬底表面的沟槽，所述沟槽包括垂直于所述半导体表面的侧壁和与所述沟槽开口相对的底部；形成第一栅氧层，所述第一栅氧层覆盖所述沟槽的侧壁和底部；填充第一掺杂的第一多晶硅层，以填满所述沟槽；移除所述第一多晶硅层，保留所述沟槽底部的所述第一多晶硅层，所述第一多晶硅层形成第一栅极；移除所述沟槽侧壁上的所述第一栅氧层；形成第二栅氧层，所述第二栅氧层覆盖所述第一栅氧层、所述第一栅极和所述沟槽的侧壁；在所述沟槽内填充第二掺杂的第二多晶硅层，以填满所述沟槽；刻蚀所述第二多晶硅层形成第二栅极；其中，所述第一栅氧层的厚度大于或等于所述第二栅氧层的厚度。2.根据权利要求1所述的沟槽栅IGBT器件的制作方法，其特征在于，所述半导体衬底为单晶硅衬底、外延硅衬底、硅锗衬底或化合物半导体衬底。3.根据权利要求1所述的沟槽栅IGBT器件的制作方法，其特征在于，在所述形成第一栅氧层之前还包括：在所述沟槽内生长一层牺牲氧化层；去除所述牺牲氧化层。4.根据权利要求3所述的沟槽栅IGBT器件的制作方法，其特征在于，所述去除所述牺牲氧化层包括：采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲氧化层。5.根据权利要求4所述的沟槽栅IGBT器件的制作方法，其特征在于，所述牺牲氧化层的厚度范围为包括端点值。6.根据权利要求1所述的沟槽栅IGBT器件的制作方法，其特征在于，所述形成第一栅氧层包括：采用热氧化工艺形成所述第一栅氧层；所述形成第二栅氧层包括：采用热氧化工艺形成所述第二栅氧层。7.根据权利要求6所述的沟槽栅IGBT器件的制作方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗湘，孙小虎，杜龙欢，唐云，谭灿健，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43