一种沟槽栅IGBT器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种沟槽栅IGBT器件及其制作方法，所述方法包括以下步骤：在衬底上表面形成阻挡层；通过图形化阻挡层显露部分衬底的上表面，在显露的部分衬底的上表面刻蚀形成沟槽；形成第一栅氧层；填充第一掺杂的第一多晶硅层，以填满沟槽；刻蚀第一多晶硅层直至保留所述沟槽底部的第一多晶硅层，第一多晶硅层形成第一栅极；移除阻挡层；形成预设第一厚度的氧化层；磨去部分氧化层直至保留预设第二厚度的氧化层，再刻蚀预设第二厚度的氧化层直至保留预设第三厚度的氧化层；形成第二栅氧层；填充第二掺杂的第二多晶硅层，以填满沟槽；刻蚀第二多晶硅层形成第二栅极。所述方法克服了IGBT器件中沟槽的氧化层下凹的缺陷，提高了IGBT器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种沟槽栅IGBT器件及其制作方法
本专利技术涉及功率半导体器件
，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)器件结合了MOS器件栅控高输入阻抗和BJT电导调制的特点，降低了器件导通压降、提高了器件电压应用范围，因此广泛应用于工业控制、轨道交通、电网传输和汽车电子领域，沟槽栅IGBT器件由于具有更高的电流密度在1700V以下的中低压应用领域中正广泛的取代平面栅IGBT器件。在沟槽型IGBT器件的栅极制备过程中，现有技术先通过干法刻蚀工艺形成沟槽，工艺过程中的等离子轰击易造成槽壁缺陷，直接影响后续形成栅氧层的击穿特性。为消除缺陷，先在沟槽内生长一层牺牲氧化层，再湿法去除，紧接着进行栅氧工艺，或采用双栅氧工艺，形成器件实际的栅氧化层，再用多晶硅填充沟槽，最终形成栅极结构。传统沟槽双栅氧工艺在进行第二栅氧工艺时，采用湿法刻蚀牺牲氧化层或第一栅氧后，沟槽内剩余氧化层由于湿法腐蚀工艺限制的原因，沟槽剩余的部分氧化层表面要低于多晶硅的表面，出现沟槽氧化层下凹的形貌，如图1中A点所示区域。此沟槽氧化层下凹区域，再加上干法刻蚀后造成的多晶硅的尖角可能导致栅氧形成后该区域处形貌不佳，导致电场集中而产生器件漏电流的风险，降低了IGBT器件的可靠性。故需要一种制作方法改善沟槽氧化层下凹的缺陷，降低器件产生漏电流的风险，提高IGBT器件的可靠性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种沟槽栅IGBT器件的制作方法，解决了沟槽氧化层和多晶硅形貌不佳的技术问题，降低了器件产生漏电流的风险，提高了IGBT器件的可靠性。本专利技术提供了一种沟槽栅IGBT器件的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：在衬底上表面形成阻挡层；通过图形化所述阻挡层显露部分所述衬底的上表面，在显露的部分所述衬底的上表面刻蚀形成预设宽度和预设深度的沟槽，其中，所述沟槽包括垂直于所述衬底的侧壁与所述沟槽开口对应的底部，所述沟槽的深度和宽度的比值符合预设深宽比例；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；刻蚀所述第一多晶硅层直至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；移除所述阻挡层；形成预设第一厚度的氧化层，所述氧化层覆盖所述沟槽中的所述第一栅极和所述衬底的上表面；磨去部分所述氧化层直至保留预设第二厚度的所述氧化层，再刻蚀所述预设第二厚度的所述氧化层直至保留所述第一栅极之上的预设第三厚度的所述氧化层；形成第二栅氧层，所述第二栅氧层覆盖所述沟槽中的所述氧化层、所述沟槽的侧壁和所述衬底的表面；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。在本专利技术的实施例中，所述形成预设第一厚度的氧化层的步骤包括：采用高密度等离子体化学气相沉积、常压化学气相淀积、亚常压化学气相淀积、低压化学气相淀积、等离子体增强、气相外延、金属有机化学气相淀积中任一项工艺淀积形成所述预设第一厚度的氧化层；所述磨去部分所述氧化层直至保留预设第二厚度的所述氧化层，再刻蚀所述预设第二厚度的所述氧化层直至保留所述第一栅极之上的预设第三厚度的所述氧化层的步骤包括：采用化学机械抛光工艺磨去部分所述氧化层直至保留预设第二厚度的所述氧化层；采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述预设第二厚度的所述氧化层直至保留所述第一栅极之上的预设第三厚度的所述氧化层。在本专利技术的实施例中，所述预设第一厚度为0.5μm～2.0μm；所述预设第二厚度为＞0.2μm；所述预设第三厚度为0.01μm～0.05μm。在本专利技术的实施例中，所述预设深度范围为1.0μm～10.0μm；所述预设宽度范围为0.5μm～5.0μm；所述预设深宽比例为10:1至1:1。在本专利技术的实施例中，所述形成第一栅氧层，所述第一栅氧层覆盖所述沟槽的侧壁和底部的步骤之前还包括：在所述沟槽内生长一层牺牲氧化层；去除所述牺牲氧化层；其中，所述牺牲氧化层的厚度范围为0.01μm～0.3μm。在本专利技术的实施例中，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；所述第一栅氧层的厚度为0.02μm～0.3μm；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；所述第二栅氧层的厚度为0.01μm～0.2μm。在本专利技术的实施例中，所述热氧化工艺采用的氧化温度范围为800℃～1200℃。在本专利技术的实施例中，所述热氧化工艺的氧化方法包括湿法氧化、干法氧化、掺杂氧化中至少一种。在本专利技术的实施例中，所述沟槽中的所述第一多晶硅层的厚度为大于所述沟槽深度的1/4，且小于所述沟槽深度的2/3；所述第一掺杂的掺杂浓度为1e12at/cm3～1e16at/cm3；所述第二掺杂的掺杂浓度为1e18at/cm3～1e21at/cm3。本专利技术提供了一种沟槽栅器件，采用以上内容中任一项所述的沟槽栅IGBT器件制作方法制作形成。与现有技术相比，本专利技术的一个或多个实施例可以具有如下优点：本专利技术提供了一种沟槽栅IGBT器件的制作方法，通过增加淀积氧化层及化学机械抛光工艺刻蚀氧化层的工艺流程，设定氧化层的工艺参数，并调整其他流程的工艺参数，从而改善湿法刻蚀造成氧化层形貌不佳导致电场集中产生漏电流的问题，克服了IGBT器件中沟槽的氧化层下凹的缺陷，降低了器件产生漏电流的风险，提高了IGBT器件的可靠性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为现有IGBT器件的湿法刻蚀氧化层下凹缺陷的示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种沟槽栅IGBT器件制作方法流程示意图；图3-至图14是本专利技术实施例提供的沟槽栅IGBT器件制作工艺流程示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本专利技术作进一步地详细说明，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。第一实施例图2为本实施例提供的一种沟槽栅IGBT器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沟槽栅IGBT器件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：/n在衬底上表面形成阻挡层；/n通过图形化所述阻挡层显露部分所述衬底的上表面，在显露的部分所述衬底的上表面刻蚀形成预设宽度和预设深度的沟槽，其中，所述沟槽包括垂直于所述衬底的侧壁与所述沟槽开口对应的底部，所述沟槽的深度和宽度的比值符合预设深宽比例；/n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；/n填充第一掺杂的第一多晶硅层，以填满所述沟槽；/n刻蚀所述第一多晶硅层直至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；/n移除所述阻挡层；/n形成预设第一厚度的氧化层，所述氧化层覆盖所述沟槽中的所述第一栅极和所述衬底的上表面；/n磨去部分所述氧化层直至保留预设第二厚度的所述氧化层，再刻蚀所述预设第二厚度的所述氧化层直至保留所述第一栅极之上的预设第三厚度的所述氧化层；/n形成第二栅氧层，所述第二栅氧层覆盖所述沟槽中的所述氧化层、所述沟槽的侧壁和所述衬底的表面；/n填充第二掺杂的第二多晶硅层，以填满所述沟槽；/n刻蚀所述第二多晶硅层形成第二栅极；/n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。/n...

【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，所述制作方法包括以下步骤：
在衬底上表面形成阻挡层；
通过图形化所述阻挡层显露部分所述衬底的上表面，在显露的部分所述衬底的上表面刻蚀形成预设宽度和预设深度的沟槽，其中，所述沟槽包括垂直于所述衬底的侧壁与所述沟槽开口对应的底部，所述沟槽的深度和宽度的比值符合预设深宽比例；
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；
刻蚀所述第一多晶硅层直至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；
移除所述阻挡层；
形成预设第一厚度的氧化层，所述氧化层覆盖所述沟槽中的所述第一栅极和所述衬底的上表面；
磨去部分所述氧化层直至保留预设第二厚度的所述氧化层，再刻蚀所述预设第二厚度的所述氧化层直至保留所述第一栅极之上的预设第三厚度的所述氧化层；
形成第二栅氧层，所述第二栅氧层覆盖所述沟槽中的所述氧化层、所述沟槽的侧壁和所述衬底的表面；
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所述的制作方法，其特征在于，
所述形成预设第一厚度的氧化层的步骤包括：
采用高密度等离子体化学气相沉积、常压化学气相淀积、亚常压化学气相淀积、低压化学气相淀积、等离子体增强、气相外延、金属有机化学气相淀积中任一项工艺淀积形成所述预设第一厚度的氧化层；
所述磨去部分所述氧化层直至保留预设第二厚度的所述氧化层，再刻蚀所述预设第二厚度的所述氧化层直至保留所述第一栅极之上的预设第三厚度的所述氧化层的步骤包括：
采用化学机械抛光工艺磨去部分所述氧化层直至保留预设第二厚度的所述氧化层；
采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述预设第二厚度的所述氧化层直至保留所述第一栅极之上的预设第三厚度的所述氧化层。


3....

【专利技术属性】
技术研发人员：唐云，罗海辉，何逸涛，罗湘，谭灿健，孙小虎，杜龙欢，
申请(专利权)人：株洲中车时代半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43