半导体器件的制备方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件的制备方法，包括步骤：提供一衬底；在衬底正面及背面形成不同深度的正面沟槽和背面沟槽，所述背面沟槽的位置和延伸方向与所述正面沟槽的位置和延伸方向对应；于所述衬底正面、正面沟槽的顶部、侧壁和底部，所述衬底背面、背面沟槽的顶部、侧壁和底部同时形成氧化硅薄膜。本发明专利技术通过背面沟槽侧壁氧化硅薄膜压应力抵消正面沟槽侧壁氧化硅薄膜压应力，使晶圆变得平坦，从而解决晶圆马鞍型翘曲问题。圆马鞍型翘曲问题。圆马鞍型翘曲问题。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体设计及制造领域，特别是涉及一种半导体器件的制备方法。

技术介绍

[0002]功率半导体是电力电子产品的核心器件，主要用于电力电子设备的变频、变压、整流、功率转换和管理，同时兼具节能功效，在新能源车、光伏、风电、特高压和新基建等领域广泛应用，且用量大，在实现电能高效利用、节能减排、建设资源节约型社会方面发挥着不可替代的作用。由于功率半导体属于基本元器件，在各种电源管理电路中起着重要作用，随着需求持续增长以及对功率器件的电压和频率要求越来越严格，场效管(MOSFET)、屏蔽栅晶体管(SGT)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)逐渐成为主流，一直保持较高的增长势头。权威机构预测，未来几年功率器件每年以不低于6%的比例增长。由于功率器件的关键尺寸落在成熟工艺技术节点，产能主要集中在6英寸和8英寸生产线，但受限于6英寸和8英寸线产能(8英寸线设备早已停产)，加上二手设备流通量少且价格昂贵，目前功率器件制造产能的扩充在向12英寸过度，随着晶圆尺寸增大，工艺制程也面临着新的挑战，其中最大的挑战是由于内应力导致的晶圆翘曲。
[0003]在功率器件的制备过程中，随着工艺技术的不断发展和迭代，SGT、IGBT产品采用更深的沟槽工艺来有效提高功率密度和减少损耗，同时提高产品可靠性。一种SGT制作工艺是在外延衬底上刻蚀出很深的沟槽，并在深沟槽中沉积高温热氧化硅薄膜和形成两个多晶硅栅极。主要目的是通过隔离栅极和漏极降低栅漏电容，栅漏电容转换成栅源电容；器件输入电容增大，更高的输入电容和米勒电容比值使器件具有更高的抗漏极电压震荡对栅极的影响。当在硅的一个表面形成一层氧化硅薄膜后，由于二氧化硅和单晶硅热膨胀系数(CTE)的差异，回温过程会产生薄膜的内应力变化。对SGT结构而言，高温下形成的氧化硅薄膜在降温过程中对沟槽底、侧壁面及晶圆背面都会产生内应力。因在沟槽延伸方向(与沟槽长边平行的方向，第二方向，即y方向)及沟槽排列方向(与沟槽长边垂直的方向，第一方向，即x方向)上的内应力之和与晶圆背面的应力失配，致使晶圆在氧化层形成后产生严重的翘曲，并且在x方向和y方向上的翘曲程度差异很大，这种差异的存在会使晶圆翘曲成一个x方向向上、y方向向下的马鞍型，如图1所示。薄膜应力
‑
形变关系式(等式2)可以看出在衬底、薄膜厚度，材料机械性能维持不变，随着衬底几何尺寸增大，衬底边缘的应变量增大。上述特性反映在半导体产业从6英寸、8英寸转换到12英寸晶圆时，随着晶圆尺寸增大和更复杂的结构，功率器件在产线上翘曲度也越来越明显。这种形变直接导致产品制程中无法正常进行，导致良率降低，影响产品质量，甚至报废。
[0004]上述提到薄膜内应力变化(σ
T
)，对应公式为：；
[0005]其中T是温度，E
F
是薄膜的杨氏模量，ν
F
为薄膜的泊松比，α
F
为薄膜的热膨胀系数CTE，α
s
为晶圆的热膨胀系数CTE。
[0006]当同时满足以下条件时：1)薄膜厚度远小于基底厚度；2)薄膜与基底的杨氏模量相近；3)基底材料是均质的、各项同性的及线弹性的，且基底初始状态没有挠度；4)薄膜材料是各项同性、薄膜残留余应力为双轴应力；5)薄膜残留余应力沿厚度方向均匀分布；6)形变小，且薄膜边缘部分对应力的影响非常微小；导致晶圆片翘曲的薄膜内应力σ
F
可用斯托尼公式(Stoney Formula)表示：；
[0007]其中E
s
是晶圆的杨氏模量，ν
s
是晶圆的泊松比，h
s
是晶圆厚度，h
F
是薄膜的厚度，k是晶圆的弯曲曲率。从图1中可以看出，斯托尼公式并不适用于描述马鞍形翘曲。
[0008]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

[0009]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种半导体器件的制备方法，用于解决现有技术中晶圆马鞍形翘曲的问题。
[0010]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种半导体器件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：提供一衬底；在所述衬底正面及背面形成不同深度的正面沟槽和背面沟槽，所述背面沟槽的位置和延伸方向与所述正面沟槽的位置和延伸方向对应；于所述衬底正面、正面沟槽的顶部、侧壁和底部，所述衬底背面、背面沟槽的顶部、侧壁和底部同时形成氧化硅薄膜。
[0011]可选地，所述衬底包括位于衬底四周的四个周边区域以及由所述四个周边区域包围的中心区域，所述正面沟槽为相同深度的沿第二方向延伸且沿第一方向排布的正面沟槽，所述第二方向与所述第一方向互相垂直；所述背面沟槽包括位于与所述衬底第一方向上的直径交叠的两个周边区域内的第一背面沟槽和位于与所述衬底第二方向上的直径交叠的两个周边区域内的第二背面沟槽。
[0012]可选地，所述第一背面沟槽的深度大于所述第二背面沟槽的深度，所述第二背面沟槽通过一次光刻工艺和一次刻蚀工艺形成，所述第一背面沟槽通过另一次光刻工艺和另一次刻蚀工艺形成。
[0013]可选地，所述第一背面沟槽的深度与所述第二背面沟槽的深度相同，且通过一次光刻和一次刻蚀工艺形成。
[0014]可选地，所述衬底的背面具有第一元素掺杂，所述衬底的正面具有第二元素掺杂，所述第一元素的原子半径大于所述第二元素的原子半径，所述背面沟槽的深度设置为小于所述正面沟槽的深度，及/或所述第一元素的掺杂浓度大于所述第二元素的掺杂浓度。
[0015]可选地，将具有所述正面沟槽和所述背面沟槽的衬底置于氧化炉中，同时对衬底正面、正面沟槽的顶部、侧壁和底部，及所述衬底背面、背面沟槽的顶部、侧壁和底部沉积氧化硅膜，氧化炉温度为950摄氏度~1150摄氏度，氧化硅薄膜厚度为0.1微米~1微米。
[0016]可选地，形成沟槽的步骤包括：于所述衬底正面形成正面保护层；于所述衬底背面形成背面沟槽；于所述衬底背面形成背面保护层；去除所述正面保护层并在所述衬底的正
面形成正面沟槽，其中所述背面沟槽的位置和延伸方向与所述衬底正面的正面沟槽的位置和延伸方向对应；去除所述背面保护层。
[0017]可选地，所述第一元素包括砷，所述第二元素包括磷，所述第一元素的掺杂浓度比所述第二元素的掺杂浓度大两个数量级以上，所述背面沟槽的深度与所述正面沟槽的深度比为1:2~1:5之间。
[0018]可选地，所述背面沟槽还形成于所述中心区域，沟槽延伸方向与周边区域内沟槽延伸方向相同。
[0019]可选地，所述背面沟槽的深度与所述正面沟槽的深度比为1:3.5~1:4.5之间。
[0020]可选地，所述第一背面沟槽与所述正面沟槽的深度比为1:2~1:3之间，所述第二背面沟槽与所述正面沟槽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供一衬底；在所述衬底正面及背面形成不同深度的正面沟槽和背面沟槽，所述背面沟槽的位置和延伸方向与所述正面沟槽的位置和延伸方向对应；于所述衬底正面、正面沟槽的顶部、侧壁和底部，所述衬底背面、背面沟槽的顶部、侧壁和底部同时形成氧化硅薄膜。2.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于：所述背面沟槽的深度与所述正面沟槽的深度比为1:3.5~1:4.5之间。3.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于：所述衬底包括位于衬底四周的四个周边区域以及由所述四个周边区域包围的中心区域，所述正面沟槽为相同深度的沿第二方向延伸且沿第一方向排布的正面沟槽，所述第二方向与所述第一方向互相垂直；所述背面沟槽包括位于与所述衬底第一方向上的直径交叠的两个周边区域内的第一背面沟槽和位于与所述衬底第二方向上的直径交叠的两个周边区域内的第二背面沟槽。4.根据权利要求3所述的半导体器件的制备方法，其特征在于：所述背面沟槽还形成于所述中心区域，沟槽延伸方向与周边区域内沟槽延伸方向相同。5.根据权利要求3所述的半导体器件的制备方法，其特征在于：所述第一背面沟槽与所述正面沟槽的深度比为1:2~1:3之间，所述第二背面沟槽与所述正面沟槽的深度比为1:4~1:5之间。6.根据权利要求3所述的半导体器件的制备方法，其特征在于：所述第一背面沟槽的深度大于所述第二背面沟槽的深度，所述第二背面沟槽通过一次光刻工艺和一次刻蚀工艺形成，所述第一背面沟槽通过另一次光刻工艺和另一次刻蚀工艺形成。7.根据权利要求3所述的半导体器件的制备方法，其特征在于：所述第一背面沟槽的深度与所述第二背面沟槽的深度相同，且通过一次光刻和一次刻蚀工艺形成。8.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，其特征在于：所述衬底的背面具有第一元素掺杂，所述衬底的正面具有第二元素掺杂，所述第一元素的原子半径大于所述第二元素的原子半径，所述背面沟槽的深度设置为小于所述正面沟槽的深度，及/或所述第一元素的掺杂浓度大于所述第二元素的掺杂浓度。9.根据权利要求8所述的半导体器件的制备方法，其特征在于：所述第一元素包括砷，所述第二元素包括磷，所述第一元素...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩瑞津，陈忠奎，曾辉，
申请(专利权)人：粤芯半导体技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：