專利名稱：溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法
技術領域：
本發明涉及集成電路制造領域，尤其涉及一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法。
背景技術：
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)已被廣泛應用于民用家電，工業控制，機車牽引，軍用電子等等的領域，已經成為中、大功率電力電子領域最主流的器件。其中溝槽(Trench)型IGBT是流行的器件之一，Trench技術提高了器件的元胞密度，降低了溝道電阻，而且消除了平面MOS技術中的JFET電阻，可為內部的PNP晶體管提供更大的基極電流，從而降低了開關損耗。
溝槽型功率器件與平面器件相比，最大的改進就是具有溝槽柵極。而隨著結構變得更細，在工藝方面也出現了很多新的問題，在高短路耐量的IGBT設計中，溝槽中填充的柵極多晶硅通常會從溝槽中覆蓋到溝槽外硅表面，這時溝槽側壁的頂部需要有一個的較圓滑的斜坡，否則如果側壁頂部形成直角或者銳角就都有可能使該處的柵氧失效。而且隨著尺寸變小，在Trench平面圖形的拐角由于氧化工藝表面摻雜的濃度也會出現與平邊不一致的問題，它會導致元胞的非均勻開啟，產生失效。
發明內容
本發明的目的是提供一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法。為解決上述問題，本發明提供一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，包括提供半導體襯底，在所述半導體襯底上包括元胞區域和終端區域；在所述半導體襯底上生長熱場氧薄膜，刻蝕部分熱場氧薄膜，以在所述終端區域上形成斜坡熱場氧層；在所述半導體襯底及斜坡熱場氧層上形成刻蝕阻擋層和阻擋氧化層，刻蝕部分刻蝕阻擋層和阻擋氧化層，以暴露部分(欲形成溝槽位置的)半導體襯底；進行熱氧化工藝，以在所述暴露的部分半導體襯底上形成鳥嘴型氧化層；以所述刻蝕阻擋層和阻擋氧化層為掩膜，進行刻蝕工藝，以在半導體襯底中形成溝槽；去除所述鳥嘴型氧化層及剩余的阻擋氧化層和刻蝕阻擋層，溝槽具有圓滑頂邊沿；進行旋轉角度離子注入，以所述半導體襯底所在面的法線為旋轉軸，圍繞所述旋轉軸360度均分多個注入方向，且每次注入方向均與所述半導體襯底所在面都保持相同的傾角。進一步的，所述斜坡熱場氧層的形成過程包括對所述熱氧化薄膜進行硅離子損傷性注入，以疏松所述熱氧化薄膜表面；在欲形成斜坡熱場氧層位置的熱氧化薄膜表面形成光刻膠，濕法刻蝕所述熱氧化薄膜，以在所述光刻膠下方形成斜坡熱場氧層；去除所述光刻膠。較佳的，所述熱場氧薄膜的厚度為8000 18000埃。較佳的，所述斜坡熱場氧層縱向截面呈梯形，所述斜坡熱場氧層的斜面與半導體襯底所在面角度為15 45度。
進一步的，所述鳥嘴型氧化層延伸至所述刻蝕阻擋層下方的半導體襯底中。較佳的，采用熱氧化生長法形成所述鳥嘴型氧化層，所述鳥嘴型氧化層的中部最厚處的厚度為2000 8000埃。進一步的，在進行旋轉角度離子注入的步驟中，離子注入的摻雜雜質為硼，注入劑量范圍為lel2 5el3，注入方向與所述半導體襯底所在平面所呈的角度為30 70度。進一步的，在進行旋轉角度離子注入的步驟中，圍繞所述旋轉軸360度均分四個注入方向，每轉90度進行一次離子注入，注入計量為總劑量的四分之一。進一步的，在進行旋轉角度離子注入的步驟之后，還包括，在所述終端區域形成耐壓場板結構，在所述元胞區域形成器件結構。進一步的，在所述終端區域形成場板結構，在所述元胞區域形成器件結構包括在所述溝槽中和所述斜坡熱場氧層上沉積形成多晶硅層；進行摻雜注入，以在所述元胞區域 的半導體襯底中形成第一類型的阱區和位于所述阱區中的第二類型的摻雜區；在所述半導體襯底上依次覆蓋層間介質層和淀積場板氧化層薄膜；進行光刻工藝，濕法刻蝕所述場板氧化層薄膜，以形成場板氧化層；做光刻工藝，刻蝕所述層間介質氧化層，直到暴露半導體襯底，以形成通孔；在所述通孔中，進行離子注入工藝，以形成第一類型阱區的引出區；淀積金屬以形成金屬層，并作金屬層光刻和刻蝕，在所述元胞區域形成源極和柵極，并在終端區域形成金屬場板；在所述半導體襯底的背面，進行背面注入和退火，并淀積背面金屬層。進一步的，所述第一類型為P型，所述第二類型為N型；或所述第一類型為N型，所述第二類型為P型。綜上所述，本發明所提出的所述溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法中，通過在欲形成溝槽位置的半導體襯底上形成鳥嘴型氧化層，所述鳥嘴型氧化層中間厚兩端薄，且鳥嘴型氧化層的兩端延伸至所述溝槽兩側刻蝕阻擋層下方，在刻蝕所述溝槽之后，所述溝槽的上邊沿能夠形成圓弧形貌，從而使溝槽具有圓滑頂邊沿。具有圓滑頂邊沿的溝槽不僅易于實現后續溝槽中多孔硅層的填充和爬出，并且可避免尖銳頂角引起過量電荷聚集，弓丨起擊穿失效；并且在溝槽中填充多孔硅層之前，對所述半導體襯底表面進行旋轉角度離子注入，以對溝槽內壁形成注入摻雜。所述多次等份注入有利于補償平面圖形中拐角處摻雜濃度，從而改善溝槽絕緣柵雙極型晶體管的開啟均勻性，進而提高半導體器件性能。
圖I為本發明一實施例中溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法的關鍵流程示意圖。圖2 圖11為本發明一實施例中溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造過程中的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容作進一步說明。當然本發明并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護范圍內。其次，本發明利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本發明實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應以此作為對本發明的限定。
圖I為本發明一實施例中溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法的關鍵流程示意圖。如圖I所示，本發明提供一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，包括步驟SOl :提供半導體襯底，在所述半導體襯底上包括元胞區域和終端區域；步驟S02 :在所述半導體襯底上生長熱場氧薄膜，刻蝕部分所述熱場氧薄膜，以在所述終端區域上形成斜坡熱場氧層；步驟S03 :在所述半導體襯底及斜坡熱場氧層上淀積形成刻蝕阻擋層和阻擋氧化層，做溝槽光刻并刻蝕部分刻蝕阻擋層和阻擋氧化層，以暴露部分半導體襯底；步驟S04 :進行熱氧化工藝，以暴露部分半導體襯底上形成鳥嘴型氧化層；步驟S05 :以所述刻蝕阻擋層和阻擋氧化層為掩膜，進行刻蝕工藝，以在半導體襯底中形成溝槽；
步驟S06 :去除所述鳥嘴型氧化層及剩余的阻擋氧化層和刻蝕阻擋層，溝槽具有圓滑頂邊沿；步驟S07 :進行旋轉角度離子注入，以所述半導體襯底所在面的法線為旋轉軸，圍繞所述旋轉軸360度均分多個注入方向，且每次注入方向均與所述半導體襯底所在面都保持相同的傾角。圖2 圖11為本發明一實施例中溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造過程中的結構示意圖。結合圖I 圖11，以下詳細說明本發明所述溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，包括以下步驟如圖2所示，在步驟SOl中，提供半導體襯底100，為方便描述，所述半導體襯底100包括元胞區域10和終端區域20 ;所述半導體襯底100的材質可以為單晶硅或碳化硅等，所述半導體襯底100包括元胞區域10和終端區域20，在完成所述步驟S08之后，所述元胞區域10和所述終端區域20上在后續工藝中形成絕緣柵雙極型晶體管器件的結構，所述元胞區域10中將形成器件有源區，例如包括發射區、體區、漂移區以及集電極區等，所述終端區域20中將形成用于耐高壓的場板氧化層等終端結構。結合圖2和圖3，在步驟S02中，在所述半導體襯底100上形成熱場氧薄膜102a，光刻并濕法刻蝕部分熱場氧薄膜102a，以在所述終端區域20上形成斜坡熱場氧層102。其中，首先形成所述熱場氧薄膜102a，可以采用熱氧化生長法形成，所述熱場氧薄膜102a較佳的厚度為8000 18000埃；接著，形成所述斜坡熱場氧層102，其形成過程包括對所述熱氧化薄膜102a進行硅離子損傷性注入，以疏松所述熱氧化薄膜102a表面；在欲形成斜坡熱場氧層102位置的熱氧化薄膜102a表面形成光刻膠(圖中未標示)，作為掩膜遮擋，濕法刻蝕所述熱氧化薄膜102a，由于熱氧化薄膜102a表面疏松，且濕法刻蝕存在各向同性刻蝕，能夠刻蝕光刻膠下方部分熱氧化薄膜，從而在光刻膠下方形成具有一頂角度斜坡面的斜坡熱場氧層102 ;此后去除所述光刻膠。所述斜坡熱場氧層102可結合后續工藝中的多晶硅層形成斜坡多晶硅場板，進而提高終端結耐壓能力。其中所述斜坡熱場氧層102縱向截面呈梯形，所述斜坡熱場氧層的斜面與半導體襯底所在面較佳的角度為15 45度。如圖3所示，在步驟S03中，在所述半導體襯底100及斜坡熱場氧層102上形成刻蝕阻擋層104和阻擋氧化層106，做溝槽光刻并刻蝕部分刻蝕阻擋層104和阻擋氧化層106，以暴露部分半導體襯底100，該部分半導體襯底100為后續形成溝槽的區域；所述刻蝕阻擋層104的材質可以為氮化硅，所述阻擋氧化層106的材質可以為氧化硅。所述刻蝕阻擋層104和所述阻擋氧化層106在后續刻蝕形成溝槽的過程中起到刻蝕阻擋層的作用。如圖4所示，在步驟S04中，進行熱氧化工藝，以在所述暴露的部分半導體襯底100上形成鳥嘴型氧化層108，可以采用熱氧化生長法形成；所述鳥嘴型氧化層108，所述鳥嘴型氧化層108中間厚兩端薄，所述鳥嘴型氧化層的中部最厚處的厚度為2000 8000埃，所述鳥嘴型氧化層108兩端延伸至所述刻蝕阻擋層104下方的半導體襯底100中。接著，結合圖4和圖5所示，在步驟S05中，以所述刻蝕阻擋層106和阻擋氧化層104為掩膜，進行刻蝕工藝，以在半導體襯底中形成溝槽110 ;由于鳥嘴型氧化層108的存在，使刻蝕過程中，在溝槽110的上邊沿能夠形成圓弧形，從而使溝槽100具有圓滑頂邊沿300。繼續結合圖4和圖5，在步驟S06中，去除所述鳥嘴型氧化層108殘留的鳥嘴及剩余的阻擋氧化層106和刻蝕阻擋層104，溝槽110具有圓滑頂邊沿300 ;具有圓滑頂邊沿300的溝槽110易于實現后續溝槽110中多孔硅層的填充和爬出，避免尖銳的頂邊緣角度引起過量電荷聚集，引起半導體器件擊穿失效。 如圖6所示，在步驟S07中，進行旋轉角度離子注入202，以所述半導體襯底100所在面的法線(垂線)為旋轉軸，圍繞所述旋轉軸360度均分多個注入方向，且每次注入方向均與所述半導體襯底所在面都保持相同的傾角；在一實施例中，所述202摻雜雜質為硼，總劑量范圍為lel2 5el3，摻雜注入方向與所述襯底所在平面角度為30 70度。在一較佳的實施例中，圍繞所述旋轉軸360度均分四個注入方向，每轉90度進行一次離子注入，注入計量為總劑量的四分之一。在進行多孔硅層填充所述溝道之前，對溝槽110內旋轉角度離子注入，有利于增加平面圖形中溝槽在頂部拐角處摻雜濃度，改善溝槽絕緣柵雙極型晶體管的開啟均勻性。在步驟S07之后，還包括在所述終端區域20形成場板結構，在所述元胞區域10形成器件結構，如圖7 圖11所示，包括以下步驟在如圖6所示的所述溝槽110中和所述斜坡熱場氧層102上淀積形成多晶硅層
112;位于元胞區域10的填充于溝槽110中的多晶硅112作為溝槽絕緣柵雙極型晶體管的柵極。接著，如圖8所示，在形成多晶硅層112之后，進行摻雜注入，以在所述元胞區域10的半導體襯底100中形成第一類型的阱區114和位于所述阱區中的第二類型的摻雜區115和第一類型濃摻雜區117，所述第一類型濃摻雜區117作為第一類型的阱114的歐姆接觸引出。在所述半導體襯底100上依次覆蓋覆蓋層間介質層116和場板氧化薄膜118a ;做場板氧化薄膜光刻，濕法刻蝕場板氧化薄膜118a以形成如圖9所示的斜坡場板氧化層118，接著，刻蝕所述層間介質氧化層116，直到暴露半導體襯底，做接觸孔111直到第一類型的阱區；然后，在接觸孔中進行注入第一類型的濃摻雜以形成第一類型阱區的引出區117，所述斜坡場板氧化層118的厚度為30000 60000埃。如圖10所示，最后在所述斜坡氧化場板層118上和所述通孔111中淀積形成金屬層120，做金屬層光刻，并在所述終端區域20上金屬層120的表面形成鈍化層122 ;最后，如圖11所示，在所述半導體襯底100的形成器件結構的背面，進行背面注入，形成背面注入區122，并淀積形成背面金屬層124，對溝槽絕緣柵雙極型晶體管結構進行背面注入為本領域普通技術人員熟知的技術內容，故不再贅述。綜上所述，本發明所提出的所述溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法中，通過在欲形成溝槽位置的半導體襯底上形成鳥嘴型氧化層，所述鳥嘴型氧化層中間厚兩端薄，且鳥嘴型氧化層的兩端延伸至所述溝槽兩側刻蝕阻擋層下方，在刻蝕所述溝槽之后，所述溝槽的上邊沿能夠形成圓弧形貌，從而使溝槽具有圓滑頂邊沿。具有圓滑頂邊沿的溝槽不僅易于實現后續溝槽中多孔硅層的填充和爬出，并且可避免尖銳頂角引起過量電荷聚集，弓丨起擊穿失效；并且在溝槽中填充多孔硅層之前，對所述半導體襯底表面進行旋轉角度離子注入，以對溝槽內壁形成注入摻雜。所述多次等份注入有利于補償平面圖形中拐角處摻雜濃度，從而改善溝槽絕緣柵雙極型晶體管的開啟均勻性，進而提高半導體器件性能。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何所屬技術 領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，包括 提供半導體襯底，在所述半導體襯底上包括元胞區域和終端區域； 在所述半導體襯底上生長熱場氧薄膜，刻蝕部分所述熱場氧薄膜，以在所述終端區域上形成斜坡熱場氧層； 在所述半導體襯底及斜坡熱場氧層上形成刻蝕阻擋層和阻擋氧化層，刻蝕部分刻蝕阻擋層和阻擋氧化層，以暴露部分半導體襯底； 進行熱氧化工藝，以在所述暴露的部分半導體襯底上形成鳥嘴型氧化層； 以所述刻蝕阻擋層和阻擋氧化層為掩膜，進行刻蝕工藝，以在半導體襯底中形成溝槽；去除所述鳥嘴型氧化層及剩余的阻擋氧化層和刻蝕阻擋層，溝槽具有圓滑頂邊沿；進行旋轉角度離子注入，以所述半導體襯底所在面的法線為旋轉軸，圍繞所述旋轉軸360度均分多個注入方向，且每次注入方向均與所述半導體襯底所在面都保持相同的傾角。
2.如權利要求I所述的溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述斜坡熱場氧層的形成過程包括 對所述熱氧化薄膜進行硅離子損傷性注入，以疏松所述熱氧化薄膜表面； 在欲形成斜坡熱場氧層位置的熱氧化薄膜表面形成光刻膠，濕法刻蝕所述熱氧化薄膜，以在所述光刻膠下方形成斜坡熱場氧層； 去除所述光刻膠。
3.如權利要求I所述的溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，所述熱場氧薄膜的厚度為 8000 18000 埃。
4.如權利要求I所述的溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述斜坡熱場氧層縱向截面呈梯形，所述斜坡熱場氧層的斜面與半導體襯底所在面角度為15 45度。
5.如權利要求I所述的溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述鳥嘴型氧化層延伸至所述刻蝕阻擋層下方的半導體襯底中。
6.如權利要求I所述的溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，采用熱氧化生長法形成所述鳥嘴型氧化層，所述鳥嘴型氧化層的中部最厚處的厚度為2000 8000埃。
7.如權利要求I所述的溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，在進行旋轉角度離子注入的步驟中，離子注入的摻雜雜質為硼，注入劑量范圍為lel2 5el3，注入方向與所述半導體襯底所在平面所呈的角度為30 70度。
8.如權利要求I所述的溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，在進行旋轉角度離子注入的步驟中，圍繞所述旋轉軸360度均分四個注入方向，每轉90度進行一次離子注入，注入計量為總劑量的四分之一。
9.如權利要求I所述的溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，在進行旋轉角度離子注入的步驟之后，還包括，在所述終端區域形成耐壓場板結構，在所述元胞區域形成器件結構。
10.如權利要求9所述的溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，在所述終端區域形成場板結構，在所述元胞區域形成器件結構包括在所述溝槽中和所述斜坡熱場氧層上沉積形成多晶硅層； 進行摻雜注入，以在所述元胞區域的半導體襯底中形成第一類型的阱區和位于所述阱區中的第二類型的摻雜區； 在所述半導體襯底上依次覆蓋層間介質層和淀積場板氧化層薄膜； 濕法刻蝕所述場板氧化層薄膜，以形成場板氧化層； 刻蝕所述層間介質氧化層，直到暴露半導體襯底，以形成通孔； 在所述通孔中，進行離子注入工藝，以形成第一類型阱區的引出區； 淀積金屬以形成金屬層，并作金屬層光刻和刻蝕，在所述元胞區域形成源極和柵極，并在終端區域形成金屬場板； 在所述半導體襯底的背面，進行背面注入和退火，并淀積背面金屬層。
11.如權利要求10所述的溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述第一類型為P型，所述第二類型為N型；或所述第一類型為N型，所述第二類型為P型。
全文摘要
本發明提供一種溝槽絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，通過在欲形成溝槽位置的半導體襯底上形成鳥嘴型氧化層，所述鳥嘴型氧化層中間厚兩端薄，且鳥嘴型氧化層的兩端延伸至所述溝槽兩側刻蝕阻擋層下方，在刻蝕所述溝槽之后，所述溝槽的上邊沿能夠形成圓弧形貌，從而使溝槽具有圓滑頂邊沿。具有圓滑頂邊沿的溝槽不僅易于實現后續溝槽中多孔硅層的填充和爬出，并且可避免尖銳頂角引起過量電荷聚集，引起擊穿失效；并且在溝槽中填充多孔硅層之前，對所述半導體襯底表面進行旋轉角度離子注入，以對溝槽內大角度注入，有利于對平面圖形中拐角處摻雜濃度進行補償，從而提高半導體器件性能。
文檔編號H01L21/331GK102779750SQ20121012111
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月23日 優先權日2012年4月23日
發明者呂宇強, 楊海波, 永福, 陳雪萌 申請人:上海先進半導體制造股份有限公司