專利名稱：溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，本發(fā)明涉及一種溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制作方法。
背景技術(shù)：
功率器件包括MOSFET、IGBT及其模塊已被廣泛應(yīng)用于汽車電子、開關(guān)電源以及工業(yè)控制等領(lǐng)域，是目前一大熱門研究領(lǐng)域。隨著集成電路微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展，溝槽 (Trench)結(jié)構(gòu)的功率器件成為目前最流行的功率開關(guān)器件之一，它采用在溝槽側(cè)壁生長(zhǎng)柵氧化層并填充多晶硅形成柵極。這種溝槽柵結(jié)構(gòu)大大提高了器件平面面積的利用效率，使得單位面積可獲得更大的器件單元溝道寬度，從而獲得更大的電流導(dǎo)通能力。已有溝槽絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)的制造工藝包括以下步驟第一步，光刻終端結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)、并通過注入和擴(kuò)散形成器件的保護(hù)環(huán)；第二步，完成有源區(qū)的定義，可以通過局部氧化隔離(L0C0Q工藝來實(shí)現(xiàn)；第三步，溝槽光刻、刻蝕；第四步，柵氧生長(zhǎng)、淀積多晶硅；第五步，光刻?hào)艠O、回刻多晶硅；第六步，阱注入及擴(kuò)散、源區(qū)(發(fā)射區(qū))注入及退火；第七步，形成接觸孔；第八步，金屬層淀積、光刻、刻蝕；第九步，完成硅片背面工藝。對(duì)于溝槽型功率器件，溝槽中填充的柵極多晶硅會(huì)從溝槽中覆蓋到溝槽外硅表面的柵氧上，以形成各單元的柵極互聯(lián)，這時(shí)溝槽側(cè)壁頂部需要有一個(gè)較圓滑的斜坡，如果側(cè)壁頂部形成直角或者銳角就都有可能使該處的柵氧失效。有相關(guān)的溝槽刻蝕后加入多次熱氧化或額外的高密度等離子體(HDP)刻蝕的做法來得到有斜坡頂部的溝槽，但是這樣做不僅工藝較復(fù)雜，而且容易給柵氧帶來缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制作方法，能夠避免溝槽頂部尖角的產(chǎn)生，防止由其導(dǎo)致的柵極漏電失效和可靠性問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制作方法，包括步驟提供半導(dǎo)體襯底，其分為有源區(qū)和終端結(jié)構(gòu)區(qū)域；在所述半導(dǎo)體襯底上旋涂第一光刻膠層并光刻、顯影，在所述終端結(jié)構(gòu)區(qū)域開出保護(hù)環(huán)的窗口；通過離子注入和擴(kuò)散工藝在所述半導(dǎo)體襯底中形成器件的所述保護(hù)環(huán)；在所述半導(dǎo)體襯底的表面形成場(chǎng)氧，并完成所述有源區(qū)的定義；在所述半導(dǎo)體襯底和所述場(chǎng)氧的表面依次形成溝槽硬掩模層和第二光刻膠層，并依據(jù)溝槽的位置對(duì)所述第二光刻膠層作圖形化；以所述第二光刻膠層為掩模，刻蝕所述溝槽硬掩模層，露出所述半導(dǎo)體襯底的表面；在露出的所述半導(dǎo)體襯底和所述溝槽硬掩模層的表面淀積側(cè)壁保護(hù)層；
回刻所述側(cè)壁保護(hù)層至重新露出所述半導(dǎo)體襯底的表面，在所述溝槽硬掩模層的兩側(cè)側(cè)壁處形成保護(hù)側(cè)墻；
在露出的所述半導(dǎo)體襯底的表面生長(zhǎng)熱氧化層；
以所述溝槽硬掩模層和所述保護(hù)側(cè)墻為硬掩模，刻蝕所述熱氧化層，所述熱氧化層在所述溝槽的頂部邊緣伸入所述保護(hù)側(cè)墻與所述半導(dǎo)體襯底之間，形成鳥嘴；
繼續(xù)以所述溝槽硬掩模層和所述保護(hù)側(cè)墻為硬掩模，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，在其中形成溝槽；
進(jìn)行后續(xù)的半導(dǎo)體工藝，完成所述溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制造過程。
可選地，所述后續(xù)的半導(dǎo)體工藝包括步驟
去除所述保護(hù)側(cè)墻和所述溝槽硬掩模層；
在所述溝槽的內(nèi)壁生長(zhǎng)柵極氧化層；
在所述半導(dǎo)體襯底表面和所述溝槽內(nèi)淀積柵極材料；
光刻所述溝槽絕緣柵型雙極晶體管的柵極并回刻所述柵極材料，在所述溝槽內(nèi)和所述場(chǎng)氧表面形成所述柵極；
在所述半導(dǎo)體襯底中離子注入并擴(kuò)散形成阱，以及在所述阱中離子注入并退火形成發(fā)射區(qū)。
可選地，在形成所述發(fā)射區(qū)之后，所述后續(xù)的半導(dǎo)體工藝還包括步驟
在所述溝槽絕緣柵型雙極晶體管的表面形成接觸孔；
在所述溝槽絕緣柵型雙極晶體管的表面進(jìn)行金屬層的淀積、光刻和刻蝕；
完成后續(xù)的其他背面工藝。
可選地，所述半導(dǎo)體襯底的材料為硅。
可選地，所述有源區(qū)的定義是通過局部氧化隔離工藝來實(shí)現(xiàn)的。
可選地，所述溝槽硬掩模層為正硅酸乙酯。
可選地，所述側(cè)壁保護(hù)層為氮化硅。
可選地，去除所述保護(hù)側(cè)墻和所述溝槽硬掩模層的方法為濕法刻蝕法。
可選地，所述柵極材料為多晶硅。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明通過優(yōu)化制作工藝，刻蝕溝槽硬掩模層后，在該溝槽硬掩模層的兩側(cè)側(cè)壁處形成保護(hù)側(cè)墻，然后在溝槽頂部位置生長(zhǎng)熱氧化層，在溝槽頂部形成與局部氧化隔離 (LOCOS)技術(shù)類似的“鳥嘴”?！傍B嘴”伸入保護(hù)側(cè)墻與半導(dǎo)體襯底之間，使得溝槽頂部不會(huì)產(chǎn)生尖角，防止了由于溝槽頂部尖角導(dǎo)致的柵極漏電失效和可靠性問題的產(chǎn)生。


本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將通過下面結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變得更加明顯，其中
圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制作方法的流程示意圖2至圖8為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制作過程的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況作類似推廣、演繹，因此不應(yīng)以此具體實(shí)施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制作方法的流程示意圖。 如圖1所示，該制造方法可以包括執(zhí)行步驟S101，提供半導(dǎo)體襯底，其分為有源區(qū)和終端結(jié)構(gòu)區(qū)域；執(zhí)行步驟S102，在半導(dǎo)體襯底上旋涂第一光刻膠層并光刻、顯影，在終端結(jié)構(gòu)區(qū)域開出保護(hù)環(huán)的窗口；執(zhí)行步驟S103，通過離子注入和擴(kuò)散工藝在半導(dǎo)體襯底中形成器件的保護(hù)環(huán)；執(zhí)行步驟S104，在半導(dǎo)體襯底的表面形成場(chǎng)氧，并完成有源區(qū)的定義；執(zhí)行步驟S105，在半導(dǎo)體襯底和場(chǎng)氧的表面依次形成溝槽硬掩模層和第二光刻膠層，并依據(jù)溝槽的位置對(duì)第二光刻膠層作圖形化；執(zhí)行步驟S106，以第二光刻膠層為掩模，刻蝕溝槽硬掩模層，露出半導(dǎo)體襯底的表面；執(zhí)行步驟S107，在露出的半導(dǎo)體襯底和溝槽硬掩模層的表面淀積側(cè)壁保護(hù)層；執(zhí)行步驟S108，回刻側(cè)壁保護(hù)層至重新露出半導(dǎo)體襯底的表面，在溝槽硬掩模層的兩側(cè)側(cè)壁處形成保護(hù)側(cè)墻；執(zhí)行步驟S109，在露出的半導(dǎo)體襯底的表面生長(zhǎng)熱氧化層；執(zhí)行步驟S110，以溝槽硬掩模層和保護(hù)側(cè)墻為硬掩模，刻蝕熱氧化層，熱氧化層在溝槽的頂部邊緣伸入保護(hù)側(cè)墻與半導(dǎo)體襯底之間，形成鳥嘴；執(zhí)行步驟S111，繼續(xù)以溝槽硬掩模層和保護(hù)側(cè)墻為硬掩模，刻蝕半導(dǎo)體襯底，在其中形成溝槽；執(zhí)行步驟S112，進(jìn)行后續(xù)的半導(dǎo)體工藝，完成溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制造過程。圖2至圖8為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制作過程的剖面示意圖。需要注意的是，這些以及后續(xù)其他的附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應(yīng)該以此作為對(duì)本發(fā)明實(shí)際要求的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。如圖2所示，提供半導(dǎo)體襯底102，材料可以為硅，其分為有源區(qū)104和終端結(jié)構(gòu)區(qū)域106。然后，在半導(dǎo)體襯底102上旋涂第一光刻膠層108并光刻、顯影，在終端結(jié)構(gòu)區(qū)域106開出保護(hù)環(huán)110的窗口。接著，通過離子注入和擴(kuò)散工藝在半導(dǎo)體襯底102中形成器件的保護(hù)環(huán)110。如圖3所示，在半導(dǎo)體襯底102的表面形成場(chǎng)氧112，并完成有源區(qū)104的定義，可以通過局部氧化隔離(L0C0Q工藝來實(shí)現(xiàn)。然后，在半導(dǎo)體襯底102和場(chǎng)氧112的表面依次形成溝槽硬掩模層(Trench hardmask) 114和第二光刻膠層116，該溝槽硬掩模層114可以為正硅酸乙酯(TEOS)，并依據(jù)溝槽118的位置對(duì)第二光刻膠層116作圖形化。如圖4所示，以第二光刻膠層116為掩模，刻蝕溝槽硬掩模層114，露出半導(dǎo)體襯底 102的表面。
如圖5所示，在露出的半導(dǎo)體襯底102和溝槽硬掩模層114的表面淀積側(cè)壁保護(hù)層113，該側(cè)壁保護(hù)層113可以為氮化硅。
如圖6所示，回刻側(cè)壁保護(hù)層113至重新露出半導(dǎo)體襯底102的表面，在溝槽硬掩模層114的兩側(cè)側(cè)壁處形成氮化硅保護(hù)側(cè)墻115。
如圖7所示，在露出的半導(dǎo)體襯底102的表面生長(zhǎng)熱氧化層117，熱氧化層117 在溝槽118的頂部邊緣伸入保護(hù)側(cè)墻115與半導(dǎo)體襯底102之間，形成與局部氧化隔離 (LOCOS)工藝類似的鳥嘴119。
如圖8所示，以溝槽硬掩模層114和保護(hù)側(cè)墻115為硬掩模，刻蝕熱氧化層117。 剩余的熱氧化層117仍然在溝槽118的頂部邊緣的保護(hù)側(cè)墻115與半導(dǎo)體襯底102之間保留鳥嘴119。然后，繼續(xù)以溝槽硬掩模層114和保護(hù)側(cè)墻115為硬掩模，刻蝕半導(dǎo)體襯底 102，在其中形成溝槽118。
之后進(jìn)行后續(xù)的半導(dǎo)體工藝，完成溝槽絕緣柵型雙極晶體管100的制造過程。
在本實(shí)施例中，上述后續(xù)的半導(dǎo)體工藝可以包括如下步驟(未圖示)
1)采用例如濕法刻蝕法去除保護(hù)側(cè)墻115和溝槽硬掩模層114 ；
2)在溝槽118的內(nèi)壁生長(zhǎng)柵極氧化層；
3)在半導(dǎo)體襯底102表面和溝槽118內(nèi)淀積柵極材料，該柵極材料可以為多晶娃；
4)光刻溝槽絕緣柵型雙極晶體管100的柵極并回刻?hào)艠O材料，在溝槽118內(nèi)和場(chǎng)氧112表面形成柵極；
5)在半導(dǎo)體襯底102中離子注入并擴(kuò)散形成阱，以及在阱中離子注入并退火形成發(fā)射區(qū)。
在本實(shí)施例中，在形成發(fā)射區(qū)之后，后續(xù)的半導(dǎo)體工藝還可以包括步驟
6)在溝槽絕緣柵型雙極晶體管100的表面形成接觸孔；
7)在溝槽絕緣柵型雙極晶體管100的表面進(jìn)行金屬層的淀積、光刻和刻蝕；
8)完成后續(xù)的其他背面工藝。
本發(fā)明通過優(yōu)化制作工藝，刻蝕溝槽硬掩模層后，在該溝槽硬掩模層的兩側(cè)側(cè)壁處形成保護(hù)側(cè)墻，然后在溝槽頂部位置生長(zhǎng)熱氧化層，在溝槽頂部形成與局部氧化隔離 (LOCOS)技術(shù)類似的“鳥嘴”。“鳥嘴”伸入保護(hù)側(cè)墻與半導(dǎo)體襯底之間，使得溝槽頂部不會(huì)產(chǎn)生尖角，防止了由于溝槽頂部尖角導(dǎo)致的柵極漏電失效和可靠性問題的產(chǎn)生。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種溝槽絕緣柵型雙極晶體管(100)的制作方法，包括步驟提供半導(dǎo)體襯底(102)，其分為有源區(qū)(104)和終端結(jié)構(gòu)區(qū)域(106)； 在所述半導(dǎo)體襯底(102)上旋涂第一光刻膠層(108)并光刻、顯影，在所述終端結(jié)構(gòu)區(qū)域(106)開出保護(hù)環(huán)(110)的窗口 ；通過離子注入和擴(kuò)散工藝在所述半導(dǎo)體襯底(10 中形成器件的所述保護(hù)環(huán)(110)； 在所述半導(dǎo)體襯底(10 的表面形成場(chǎng)氧(112)，并完成所述有源區(qū)(104)的定義； 在所述半導(dǎo)體襯底(10 和所述場(chǎng)氧(11 的表面依次形成溝槽硬掩模層(114)和第二光刻膠層(116)，并依據(jù)溝槽(118)的位置對(duì)所述第二光刻膠層(116)作圖形化；以所述第二光刻膠層(116)為掩模，刻蝕所述溝槽硬掩模層(114)，露出所述半導(dǎo)體襯底(102)的表面；在露出的所述半導(dǎo)體襯底(10 和所述溝槽硬掩模層(114)的表面淀積側(cè)壁保護(hù)層 (113)；回刻所述側(cè)壁保護(hù)層(11 至重新露出所述半導(dǎo)體襯底(10 的表面，在所述溝槽硬掩模層(114)的兩側(cè)側(cè)壁處形成保護(hù)側(cè)墻(115)；在露出的所述半導(dǎo)體襯底(10 的表面生長(zhǎng)熱氧化層(117)；以所述溝槽硬掩模層(114)和所述保護(hù)側(cè)墻(11 為硬掩模，刻蝕所述熱氧化層(117)，所述熱氧化層(117)在所述溝槽(118)的頂部邊緣伸入所述保護(hù)側(cè)墻(11 與所述半導(dǎo)體襯底(102)之間，形成鳥嘴(119)；繼續(xù)以所述溝槽硬掩模層(114)和所述保護(hù)側(cè)墻(11 為硬掩模，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底(102)，在其中形成溝槽(118)；進(jìn)行后續(xù)的半導(dǎo)體工藝，完成所述溝槽絕緣柵型雙極晶體管(100)的制造過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述后續(xù)的半導(dǎo)體工藝包括步驟 去除所述保護(hù)側(cè)墻(115)和所述溝槽硬掩模層(114)；在所述溝槽(118)的內(nèi)壁生長(zhǎng)柵極氧化層；在所述半導(dǎo)體襯底(10 表面和所述溝槽(118)內(nèi)淀積柵極材料；光刻所述溝槽絕緣柵型雙極晶體管(100)的柵極并回刻所述柵極材料，在所述溝槽(118)內(nèi)和所述場(chǎng)氧(11 表面形成所述柵極；在所述半導(dǎo)體襯底(102)中離子注入并擴(kuò)散形成阱，以及在所述阱中離子注入并退火形成發(fā)射區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于，在形成所述發(fā)射區(qū)之后，所述后續(xù)的半導(dǎo)體工藝還包括步驟在所述溝槽絕緣柵型雙極晶體管(100)的表面形成接觸孔；在所述溝槽絕緣柵型雙極晶體管(100)的表面進(jìn)行金屬層的淀積、光刻和刻蝕；完成后續(xù)的其他背面工藝。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底(102)的材料為硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述有源區(qū)(104)的定義是通過局部氧化隔離工藝來實(shí)現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述溝槽硬掩模層(114)為正硅酸乙
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述側(cè)壁保護(hù)層(113)為氮化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，去除所述保護(hù)側(cè)墻(115)和所述溝槽硬掩模層(114)的方法為濕法刻蝕法。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述柵極材料為多晶硅。
全文摘要
本發(fā)明提供一種溝槽絕緣柵型雙極晶體管的制作方法，包括步驟提供襯底，分為有源區(qū)和終端結(jié)構(gòu)區(qū)域；在終端結(jié)構(gòu)區(qū)域開出保護(hù)環(huán)的窗口；通過離子注入和擴(kuò)散工藝在襯底中形成器件保護(hù)環(huán)；在襯底表面形成場(chǎng)氧，完成有源區(qū)定義；在襯底和場(chǎng)氧表面形成溝槽硬掩模層和光刻膠層，并對(duì)光刻膠層作圖形化；刻蝕溝槽硬掩模層，露出襯底；在襯底表面淀積側(cè)壁保護(hù)層并回刻，在溝槽硬掩模層的兩側(cè)側(cè)壁處形成保護(hù)側(cè)墻，在襯底表面生長(zhǎng)熱氧化層；以溝槽硬掩模層和保護(hù)側(cè)墻為硬掩模，依次刻蝕熱氧化層和襯底，在襯底中形成溝槽，熱氧化層在溝槽頂部邊緣伸入保護(hù)側(cè)墻與襯底之間，形成鳥嘴。本發(fā)明避免溝槽頂部尖角的產(chǎn)生，防止由其導(dǎo)致的柵極漏電失效和可靠性問題。
文檔編號(hào)H01L21/331GK102496573SQ20111044845
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者永福, 陳雪萌 申請(qǐng)人:上海先進(jìn)半導(dǎo)體制造股份有限公司