專利名稱：Igbt柵極溝槽多晶硅的填充方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及ー種IGBT柵極溝槽多晶硅的填充方法。
背景技術：
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)是一種電壓控制的雙極性MOS (metal oxide semiconductor,金屬-氧化物-半導體)復合型器件,這種器件同時具有雙極結型功率晶體管和功率MOSFET的主要優(yōu)點輸入阻抗高、輸入驅動功率小、導通電阻小、電流容量大、開關速度快等。IGBT結構為一種帶有MOS柵控制的雙極晶體管的垂直結構，其中控制MOS柵為垂直溝槽結構，因此需要在溝槽中填充多晶硅作柵極。與傳統(tǒng)的柵極溝槽結構產品不同的是，為了有更好的耐壓以及可靠性特性，IGBT器件使用的硅片襯底為FZ (區(qū)熔法制備)硅片。但是，由于FZ硅片的易變形特點與較深的IGBT器件溝槽深度，導致在多晶硅填充后產生了極大的應カ問題，嚴重影響了后續(xù)的流程。在IGBT器件的MOS柵溝槽中填充多晶硅的常規(guī)方法如圖1所示，在制作完成柵極氧化層I后，進行多晶硅的淀積，將MOS柵極溝槽填充完全。由于溝槽中填充的多晶硅是作為MOS柵極的，因此在多晶硅填充后不希望有細縫或者小孔產生，這ー要求導致了溝槽內填充的多晶硅在高溫下沒有可釋放應力的空間，從而加劇了溝槽中的應カ問題，致使FZ硅片在多晶填充后的翹曲度變差，并且在金屬淀積后加劇了翹曲問題，使得最終無法進行后續(xù)光刻步驟
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供ー種IGBT柵極溝槽多晶硅的填充方法，該方法簡單，適合量產，且對器件電學特性的影響很小。為解決上述技術問題，本發(fā)明的IGBT柵極溝槽多晶硅的填充方法，在成長完柵極氧化層后，循環(huán)進行低溫多晶硅的淀積和高溫多晶硅的淀積，直至將溝槽填滿。所述多晶硅可以是摻雜多晶硅，也可以是非摻雜多晶硅。多晶硅的總淀積次數為2 10次，并且各層高溫多晶硅疊加后的厚度為溝槽內淀積的多晶硅總厚度的1/3 1/2。本發(fā)明利用不同溫度下成長的多晶硅應力不同的特點，在溝槽內交替進行低溫、高溫多晶硅的填充，將不同應カ的多晶硅復合膜疊加在一起，從而改善了多晶硅填充后的應力。同吋，由于為低、高溫復合填充，在后續(xù)高溫后的應カ仍然可以得到良好的控制(如圖3所示的退火后的應カ結果)，高、低溫的摻雜多晶硅應力可以得到完全抵消，最終完全解決了 IGBT器件中的由溝槽摻雜多晶硅填充帶來的翹曲度問題，保證了后續(xù)エ藝流程的正常作業(yè)。


圖1是IGBT制造エ藝中，MOS柵溝槽的常規(guī)填充方法示意圖。圖2本發(fā)明實施例的IGBT器件MOS柵溝槽的填充方法示意圖。圖3是本發(fā)明實施例的摻雜多晶硅的成膜溫度與成膜后及退火后的應カ的關系圖。圖中附圖標記說明如下1:柵氧化層2:摻雜多晶硅3、5 :低溫摻雜多晶娃4 高溫摻雜多晶硅
具體實施例方式為對本發(fā)明的技術內容、特點與功效有更具體的了解，現結合圖示的實施方式，詳述如下請參閱圖2所示，本實施例的IGBT柵極溝槽多晶硅的填充方法，其具體步驟如下步驟1，先利用現有エ藝在IGBT器件的MOS柵極溝槽內壁淀積ー層厚度為10()A 2000A的柵氧化層1，如圖2 (a)所示。步驟2，在較低的溫度下，在溝槽中已經淀積的柵氧化層I上利用化學氣相淀積方法成長ー層低溫摻雜多晶硅3 (厚度為溝槽內填充的多晶硅總厚度的1/3)，如圖2 (b)所示。淀積的溫度為 500°C 580°C,壓カ為300mtorr 800mtorr。步驟3，提高爐管溫度，在低溫摻雜多晶硅3上同樣利用化學氣相淀積方法成長ー層厚度為總厚度1/3的高溫摻雜多晶硅4，如圖2 (c)所示。淀積的溫度為580°C 640°C，壓カ為 3OOmtorr 8OOmtorr。步驟4，降低爐管溫度，在高溫摻雜多晶硅4上再淀積ー層低溫摻雜多晶硅5，將溝槽填滿，如圖2 (d)所示。淀積的溫度和壓カ的范圍同步驟2。上述各步驟中，摻雜多晶硅的摻雜元素為磷或硼。低溫、高溫摻雜多晶硅的成膜溫度可以通過如下方法得到在裸硅基片上，保持壓力固定不變(本實施例是300 800mtorr)，對不同成膜溫度下生長的摻雜多晶硅在成膜后及退火后表現的應力進行測量，得出成膜及退火后的應カ與成膜溫度的關系圖(圖3)。通過該關系圖，可以較好地選取高、低溫摻雜多晶硅的應カ進行匹配，使最終疊加的摻雜多晶硅應カ降至最小。
權利要求
1.1GBT柵極溝槽多晶硅的填充方法，其特征在于，在成長完柵極氧化層后，循環(huán)進行低溫多晶硅的淀積和高溫多晶硅的淀積，直至將溝槽填滿。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多晶硅為摻雜多晶硅，摻雜元素為磷或硼。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述低溫多晶硅的淀積溫度為5OCTC 58CTC,淀積壓力為 3OOmtorr 8OOmtorr。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述高溫多晶硅的淀積溫度為58CTC 640°C,淀積壓力為 3OOmtorr 8OOmtorr。
5.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，多晶硅總的淀積次數為2 10次，并且各層高溫多晶硅疊加后的厚度為溝槽內淀積的多晶硅總厚度的1/3 1/2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種IGBT柵極溝槽多晶硅的填充方法，該方法在成長完柵極氧化層后，循環(huán)進行低溫多晶硅的淀積和高溫多晶硅的淀積，直至將溝槽填滿。本發(fā)明利用不同溫度下成長的多晶硅應力不同的特點，在溝槽內交替進行低溫、高溫多晶硅的填充，將不同應力的多晶硅復合膜疊加在一起，從而改善了IGBT柵極溝槽在多晶硅填充后的應力，同時解決了IGBT器件中的翹曲度問題，保證了后續(xù)工藝流程的正常作業(yè)。
文檔編號H01L21/283GK103035502SQ20121027199
公開日2013年4月10日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權日2012年8月1日
發(fā)明者劉繼全, 孫勤, 李琳松 申請人:上海華虹Nec電子有限公司