本發(fā)明涉及半導體器件領域，尤其涉及一種溝槽柵IGBT制作方法及溝槽柵IGBT。

背景技術：

與平面柵絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，簡稱IGBT)相比，溝槽柵IGBT消除了JFET區(qū)電阻，具有更低的導通電阻，優(yōu)化了IGBT的導通電阻與關斷速度的矛盾關系，降低了芯片的功耗，而且，溝槽柵IGBT的特征尺寸可以做得更小，從而提高了芯片的功率密度，因此，溝槽柵IGBT應用越來越廣泛。

傳統(tǒng)溝槽柵IGBT的柵集寄生電容較大，該電容過大會導致集電極電壓變化反饋到柵極的電流較大，不僅增大溝槽柵IGBT的開關延遲時間，還會產(chǎn)生電磁噪聲，影響溝槽柵IGBT的安全工作。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種溝槽柵IGBT制作方法及溝槽柵IGBT，用以解決現(xiàn)有技術中溝槽柵IGBT的柵集寄生電容大，導致產(chǎn)生電磁噪聲，影響溝槽柵IGBT的安全工作的技術問題。

本發(fā)明一方面提供一種溝槽柵IGBT制作方法，包括：

在襯底上形成摻雜區(qū)；

在襯底和摻雜區(qū)形成溝槽，其中，溝槽貫穿摻雜區(qū)且溝槽底部位于襯底中；

在摻雜區(qū)表面和溝槽內(nèi)表面生長氧化層；

在氧化層表面淀積二氧化硅層或低K介質(zhì)層，其中，溝槽底部的二氧化硅層或低K介質(zhì)層位于襯底范圍內(nèi)；

將溝槽側(cè)壁及摻雜區(qū)表面氧化層上的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層刻蝕掉，保留溝槽底部的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層，以使溝槽底部的第一覆蓋層比溝槽側(cè) 壁的第二覆蓋層厚；其中，第一覆蓋層為氧化層與二氧化硅層或者低K介質(zhì)層，第二覆蓋層為氧化層；

在溝槽中填充多晶硅，形成柵電極。

進一步的，所述低K介質(zhì)包括三氧化二硅烷、氟化的氧化物和有機硅氧烷聚合物。

進一步的，將溝槽側(cè)壁及摻雜區(qū)表面氧化層上的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層刻蝕掉，具體包括，

在摻雜區(qū)表面及溝槽內(nèi)涂覆光刻膠；

刻蝕以除去溝槽側(cè)壁及摻雜區(qū)表面氧化層上的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層；

刻蝕以除去摻雜區(qū)表面的氧化層；

去除溝槽中的光刻膠。

進一步的，采用等離子體增強化學氣相沉積法或者旋涂工藝淀積二氧化硅層或低K介質(zhì)層。

進一步的，在溝槽中填充多晶硅，形成柵電極，具體包括：

在摻雜區(qū)表面及溝槽中淀積多晶硅；

光刻和刻蝕以除去摻雜區(qū)表面的多晶硅，并保留溝槽內(nèi)的多晶硅，形成柵電極。

進一步的，所述氧化層為二氧化硅層。

進一步的，在襯底和摻雜區(qū)形成溝槽，具體包括：

在襯底和摻雜區(qū)采用等離子體干法刻蝕形成溝槽。

本發(fā)明另一方面提供一種溝槽柵IGBT，包括：襯底、覆蓋在襯底上的摻雜區(qū)以及貫穿摻雜區(qū)且底部位于襯底中的溝槽，溝槽內(nèi)表面覆蓋氧化層，溝槽底部的氧化層上覆蓋二氧化硅層或低K介質(zhì)層，在二氧化硅層或低K介質(zhì)層上覆蓋有多晶硅，其中，二氧化硅層或低K介質(zhì)層的位于所述襯底范圍內(nèi)；溝槽底部的第一覆蓋層比溝槽側(cè)壁的第二覆蓋層厚，第一覆蓋層為氧化層與二氧化硅層或者低K介質(zhì)層，第二覆蓋層為氧化層。

進一步的，所述低K介質(zhì)包括三氧化二硅烷、氟化的氧化物或有機硅氧烷聚合物。

本發(fā)明提供的溝槽柵IGBT制作方法及溝槽柵IGBT，由于在形成的溝槽內(nèi)首先覆蓋氧化層，然后在溝槽底部的氧化層上覆蓋二氧化硅層或低K介質(zhì)層，且溝 槽底部的二氧化硅層或低K介質(zhì)層位于襯底范圍內(nèi)，然后在溝槽中填充多晶硅，由于溝槽底部的第一覆蓋層比溝槽側(cè)壁的第二覆蓋層厚，因此可以減小溝槽柵IGBT的柵集寄生電容，提高溝槽柵IGBT的工作安全性。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例一的溝槽柵IGBT制作方法的流程示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例一的溝槽柵IGBT制作方法所獲得的一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例一的溝槽柵IGBT制作方法所獲得的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例一的溝槽柵IGBT制作方法所獲得的又一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例一的溝槽柵IGBT制作方法所獲得的再一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例一的溝槽柵IGBT制作方法所獲得的還一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為根據(jù)本發(fā)明實施例一的溝槽柵IGBT制作方法所獲得的最終結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為根據(jù)本發(fā)明實施例二的溝槽柵IGBT制作方法的流程示意圖；

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例繪制。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

實施例一

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例一的溝槽柵IGBT制作方法的流程示意圖，如圖1所示，本實施例提供一種溝槽柵IGBT制作方法，包括：

步驟11，在襯底上形成摻雜區(qū)。

具體的，襯底由在硅襯底上進行N型摻雜獲得，然后在襯底上形成摻雜區(qū)，該摻雜區(qū)為將P型雜質(zhì)注入形成，即摻雜區(qū)為P型摻雜區(qū)。當然，也可為襯底由在硅襯底上進行P型摻雜獲得，然后在襯底上形成摻雜區(qū)，該摻雜區(qū)為將N型雜 質(zhì)注入形成，即摻雜區(qū)為N型摻雜區(qū)。該步驟形成的結(jié)構(gòu)如圖2所示，標號1為襯底，2為摻雜區(qū)。

步驟12，在襯底和摻雜區(qū)形成溝槽，其中，溝槽貫穿摻雜區(qū)且溝槽底部位于襯底中。

在襯底和摻雜區(qū)中形成溝槽，具體的，溝槽與襯底垂直設置，貫穿摻雜區(qū)且溝槽底部位于襯底中。形成的結(jié)構(gòu)如圖3所示，標號3為溝槽。

步驟13，在摻雜區(qū)表面和溝槽內(nèi)表面生長氧化層。

具體的，在摻雜區(qū)的上表面和溝槽內(nèi)表面生長氧化層，摻雜區(qū)的上表面即與襯底相接觸面的對面，形成的結(jié)構(gòu)如圖4所示，標號4為氧化層。氧化層起隔離作用，氧化層具體可為二氧化硅或者氮氧化硅。

步驟14，在氧化層表面淀積二氧化硅層或低K介質(zhì)層，其中，溝槽底部的二氧化硅層或低K介質(zhì)層位于襯底范圍內(nèi)。

具體的，在氧化層表面淀積二氧化硅層或低K介質(zhì)層，溝槽底部的二氧化硅層或低K介質(zhì)層位于襯底范圍內(nèi)，形成的結(jié)構(gòu)如圖5所示，標號5為二氧化硅層或低K介質(zhì)層，標號6為溝槽底部的二氧化硅層或低K介質(zhì)層，溝槽底部的二氧化硅層或低K介質(zhì)層位于襯底范圍內(nèi)，即溝槽底部的二氧化硅層或低K介質(zhì)層的上表面不超過襯底與摻雜區(qū)的接觸面，以免破壞溝槽柵IGBT應有的功能。低K介質(zhì)為相對介電常數(shù)小于3的介質(zhì)。在溝槽底部淀積低K介質(zhì)，可使溝槽底部的柵集電容盡可能小。

低K介質(zhì)可以有如下介質(zhì)：K值在2.8～3.5的介質(zhì)包括三氧化二硅烷(hydrogen silses quioxanse，HSQ)薄膜、氟化的氧化物、低K的旋涂SOG玻璃；K值在2.5～2.8的有基于旋涂工藝的PAE(聚芳香乙醚)、含氟的聚酰亞胺、有機硅氧烷聚合物；K值低于2.0的有多孔型氣凝膠薄膜材料、石英氣凝膠薄膜材料、多孔的納米硅材料和多氟的特氟龍材料等材料。

步驟15，將溝槽側(cè)壁及摻雜區(qū)表面氧化層上的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層刻蝕掉，同時保留溝槽底部的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層，以使溝槽底部的第一覆蓋層比溝槽側(cè)壁的第二覆蓋層厚；其中，第一覆蓋層為氧化層與二氧化硅層或者低K介質(zhì)層，第二覆蓋層為氧化層。

具體的，將溝槽側(cè)壁及摻雜區(qū)表面氧化層上的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層刻蝕掉，保留溝槽底部的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層，使溝槽底部沉積的氧化層與 二氧化硅層或者低K介質(zhì)層的厚度，比溝槽側(cè)壁上沉積的氧化層的厚度要大。這是由于在淀積氧化層時，覆蓋在溝槽內(nèi)表面的氧化層的厚度是相同的，且淀積二氧化硅層或低K介質(zhì)層時，覆蓋在氧化層表面的二氧化硅層或低K介質(zhì)層厚度也相同，因此在刻蝕去除溝槽側(cè)壁的二氧化硅層或低K介質(zhì)層之后，溝槽底部的第一覆蓋層厚度(氧化層與二氧化硅層或低K介質(zhì)層的厚度之和)比溝槽側(cè)壁的第二覆蓋層厚度(氧化層厚度)大，可減小溝槽柵IGBT的柵集寄生電容。本步驟形成的結(jié)構(gòu)如圖6所示。

步驟16，在溝槽中填充多晶硅，形成柵電極。

具體的，由于步驟15中保留了溝槽底部的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層，所以本步驟中實際上是在二氧化硅層或者低K介質(zhì)層上淀積多晶硅，從而形成柵電極。本步驟形成的結(jié)構(gòu)如圖7所示，標號7為多晶硅。

本實施例提供的溝槽柵IGBT制作方法，由于在形成的溝槽內(nèi)首先覆蓋氧化層，然后在溝槽底部的氧化層上覆蓋二氧化硅層或低K介質(zhì)層，且溝槽底部的二氧化硅層或低K介質(zhì)層位于襯底范圍內(nèi)，然后在溝槽中填充多晶硅，這樣制作的溝槽柵IGBT溝槽底部的第一覆蓋層比溝槽側(cè)壁的第二覆蓋層厚，可以在不影響溝道閾值電壓的情況下，減小溝槽柵IGBT的柵集寄生電容，提高溝槽柵IGBT的工作安全性。

實施例二

本實施例是在上述實施例的基礎上進行的補充說明。

圖8為根據(jù)本發(fā)明實施例二的溝槽柵IGBT制作方法的流程示意圖，如圖8所示，本實施例提供的溝槽柵IGBT制作方法，包括：

步驟21，在襯底上形成摻雜區(qū)。

步驟22，在襯底和摻雜區(qū)采用等離子體干法刻蝕形成溝槽。

干法刻蝕是用等離子體進行薄膜刻蝕的技術。當氣體以等離子體形式存在時，它具備兩個特點：一方面等離子體中的這些氣體化學活性比常態(tài)下時要強很多，根據(jù)被刻蝕材料的不同，選擇合適的氣體，就可以更快地與材料進行反應，實現(xiàn)刻蝕去除的目的；另一方面，還可以利用電場對等離子體進行引導和加速，使其具備一定能量，當其轟擊被刻蝕物的表面時，會將被刻蝕物材料的原子擊出，從而達到利用物理上的能量轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)刻蝕的目的。因此，干法刻蝕是晶圓片表面物理和化學兩種過程平衡的結(jié)果。采用等離子體干法刻蝕在襯底和摻雜區(qū)形成 溝槽，實現(xiàn)方便且效果優(yōu)良。

步驟23，在摻雜區(qū)表面和溝槽內(nèi)表面沉積二氧化硅層。

具體的，在摻雜區(qū)表面和溝槽內(nèi)表面沉積的氧化層為二氧化硅層。該二氧化硅層為絕緣層，用來將溝槽內(nèi)與溝槽外的物質(zhì)隔離開。

步驟24，在氧化層表面采用等離子體增強化學氣相沉積法或者旋涂工藝淀積二氧化硅層或低K介質(zhì)層，其中，溝槽底部的二氧化硅層或低K介質(zhì)層位于襯底范圍內(nèi)。

具體的，采用等離子體增強化學氣相沉積法或者旋涂工藝淀積二氧化硅層或低K介質(zhì)層。等離子體增強化學氣相沉積是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子體化學活性很強，很容易發(fā)生反應，在基片上沉積出所期望的薄膜。為了使化學反應能在較低的溫度下進行，利用了等離子體的活性來促進反應，因而這種化學氣相沉積法稱為等離子體增強化學氣相沉積。在氧化層表面淀積二氧化硅可采用等離子體增強化學氣相沉積法，可得到最好的沉積效果。

步驟25，將溝槽側(cè)壁及摻雜區(qū)表面氧化層上的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層刻蝕掉，保留溝槽底部的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層，以使溝槽底部的第一覆蓋層比溝槽側(cè)壁的第二覆蓋層厚；其中，第一覆蓋層為氧化層與二氧化硅層或者低K介質(zhì)層，第二覆蓋層為氧化層。

進一步的，本步驟具體包括：

步驟251，在摻雜區(qū)表面及溝槽內(nèi)涂覆光刻膠；

步驟252，刻蝕以除去溝槽側(cè)壁及摻雜區(qū)表面氧化層上的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層；

步驟253，刻蝕以除去摻雜區(qū)表面的氧化層；

步驟254，去除溝槽中的光刻膠。

具體的，在摻雜區(qū)表面及溝槽內(nèi)涂覆光刻膠，光刻膠又稱光致抗蝕劑，由感光樹脂、增感劑和溶劑三種主要成分組成的對光敏感的混合液體。光刻膠應該具有比較小的表面張力，使光刻膠具有良好的流動性和覆蓋。在涂滿光刻膠的摻雜區(qū)上和溝槽蓋上事先做好的光刻板，然后用紫外線隔著光刻板對摻雜區(qū)和溝槽進行一定時間的照射，原理就是利用紫外線使部分光刻膠變質(zhì)，易于腐蝕?？涛g是光刻后，用腐蝕液將變質(zhì)的那部分光刻膠腐蝕掉，即除去溝槽側(cè)壁及摻雜區(qū)表面 氧化層上的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層，在摻雜區(qū)表面上的二氧化硅層或者低K介質(zhì)層刻蝕掉之后，摻雜區(qū)表面上的氧化層便裸露在外，此時再對摻雜區(qū)表面上的氧化層光刻和刻蝕，以除去摻雜區(qū)表面的氧化層，最后將溝槽中殘余的光刻膠除去。

步驟26，在溝槽中填充多晶硅，形成柵電極。

進一步的，步驟26包括：

步驟261，在摻雜區(qū)表面及溝槽中淀積多晶硅；

步驟262，光刻和刻蝕以除去摻雜區(qū)表面的多晶硅，并保留溝槽內(nèi)的多晶硅，形成柵電極。

具體的，由于需要在溝槽中填充多晶硅，而在進行處理時，無法只對溝槽進行淀積，而是會將整個摻雜區(qū)表面也淀積上多晶硅，即多晶硅會淀積在摻雜區(qū)表面及溝槽中，為了只保留溝槽中的多晶硅，需要光刻和刻蝕以除去摻雜區(qū)表面的多晶硅，然后使溝槽內(nèi)的多晶硅得以保留，最終形成柵電極。

本實施例提供的溝槽柵IGBT制作方法，由于在形成的溝槽內(nèi)首先覆蓋氧化層，然后在溝槽底部的氧化層上覆蓋二氧化硅層或低K介質(zhì)層，且溝槽底部的二氧化硅層或低K介質(zhì)層位于襯底范圍內(nèi)，然后在溝槽中填充多晶硅，這樣制作的溝槽柵IGBT溝槽底部的第一覆蓋層比溝槽側(cè)壁的第二覆蓋層厚，可以在不影響溝道閾值電壓的情況下，減小溝槽柵IGBT的柵集寄生電容，提高溝槽柵IGBT的工作安全性。

實施例三

本實施例提供的溝槽柵IGBT采用上述實施例中的方法制作而成。如圖7所示，本實施例提供一種溝槽柵IGBT，包括：襯底1、覆蓋在襯底1上的摻雜區(qū)2以及貫穿摻雜區(qū)2且底部位于襯底1中的溝槽3，溝槽3內(nèi)表面覆蓋氧化層4，溝槽3底部的氧化層4上覆蓋二氧化硅層或低K介質(zhì)層5，二氧化硅層或低K介質(zhì)層5上覆蓋有多晶硅7，其中，二氧化硅層或低K介質(zhì)層5的位于襯底1范圍內(nèi)；溝槽3底部的第一覆蓋層比溝槽3側(cè)壁的第二覆蓋層厚，第一覆蓋層為氧化層4與二氧化硅層或者低K介質(zhì)層5，第二覆蓋層為氧化層4。

本實施例提供的溝槽3柵IGBT，由于溝槽3底部的第一覆蓋層比溝槽3側(cè)壁的第二覆蓋層厚，第一覆蓋層為氧化層4與二氧化硅層或者低K介質(zhì)層5，第二覆蓋層為氧化層4，因此可以在不影響溝道閾值電壓的情況下，減小溝槽3柵 IGBT的柵集寄生電容，提高溝槽3柵IGBT的工作安全性。

進一步的，所述低K介質(zhì)包括三氧化二硅烷、氟化的氧化物或有機硅氧烷聚合物。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術方案。