IGBT器件的制造方法与流程

igbt器件的制造方法
技术领域
1.本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种igbt器件的制造方法。


背景技术：

2.绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)是由双极型三极管(bipolar junction transistor，bjt)和绝缘栅型场效应管(metal oxidesemiconductor，mos)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有金属氧化物半导体场效应管(metal oxide semiconductor field effect transistor，mosfet)的高输入阻抗和电力晶体管(giant transistor，gtr)的低导通压降两方面的优点。
3.igbt器件的背面工艺经历了从非穿通型(non-punch through，npt)到穿通型(punch through，pt)，再到场截止型(field stop，fs或spt)的发展历程；igbt器件的正面工艺从平面型(planar)到沟槽栅型(trench gate)的发展历程。近年来igbt器件的更是由大尺寸的精细沟槽(trench pitch)往小尺寸的精细沟槽的方向快速发展，极大地提高了igbt器件的功率密度，从而减少了所述igbt器件的导通以及开关损耗。
4.在所述igbt器件中，衬底包括元胞区和外围区，元胞区内形成沟槽栅结构，外围区上形成栅极结构，其中，位于元胞区的沟槽的形貌对器件特性有着至关重要的作用。现有技术中，形成沟槽栅的沟槽的宽度较宽，形成沟槽栅时需要沉积较厚的多晶硅来填充沟槽才能获得好的填充效果，得到较好的沟槽形貌，且形成接触孔时，需要元胞区和外围区同时刻蚀衬底上的层间介质层形成连接阱区的第一接触孔和连接栅极的第二接触孔。当所述igbt器件的尺寸缩小，外围区栅极结构的厚度相应减小时，可能出现所述第二接触孔下方剩余的栅极的厚度不足的情况，从而导致所述igbt器件的性能降低，严重时所述第二接触孔甚至会深入衬底内，从而导致所述igbt器件失效。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种igbt器件的制造方法，避免第二接触孔深入衬底内，从而避免所述igbt器件的性能降低，或避免所述igbt器件失效。
6.为了达到上述目的，本发明提供了一种igbt器件的制造方法，包括：
7.提供衬底，所述衬底至少包括元胞区及位于所述元胞区外围的外围区；
8.在所述外围区上形成氧化层；
9.在所述元胞区形成多个沟槽栅结构，在所述氧化层上形成栅极；
10.在所述衬底、所述氧化层和所述栅极上形成层间介质层；以及，
11.刻蚀所述层间介质层，同时在所述元胞区相邻所述沟槽栅结构之间形成深入所述衬底的第一接触孔，在所述外围区形成深入所述栅极的第二接触孔。
12.可选的，所述第一接触孔和所述第二接触孔在同一道干法刻蚀工艺中形成。
13.可选的，所述栅极的厚度大于所述第一接触孔深入所述衬底的部分的厚度。
14.可选的，所述第一接触孔深入所述衬底的部分的厚度为0.4μm～0.6μm，所述栅极
的厚度范围为0.7μm～0.9μm。
15.可选的，所述外围区中氧化层的厚度的范围为0.2μm～1μm。
16.可选的，所述沟槽栅结构和所述栅极的形成过程包括：
17.在所述元胞区的衬底内形成多个沟槽；
18.在所述沟槽的侧壁及底部形成栅氧化层；
19.在所述沟槽内填充多晶硅层，所述多晶硅层延伸覆盖所述沟槽两侧的衬底及所述氧化层；
20.刻蚀所述多晶硅层以在所述沟槽内形成沟槽栅，同时形成所述栅极，所述沟槽栅结构包括所述沟槽栅和所述栅氧化层。
21.可选的，所述沟槽的宽度为0.8μm～1.2μm，所述沟槽内填充的多晶硅层的厚度为0.8μm～1.2μm。
22.可选的，多个所述沟槽栅等间距排列。
23.可选的，在形成所述第一接触孔和所述第二接触孔之后，还包括：
24.在所述第一接触孔内形成第一金属连接件，在所述第二接触孔内形成第二金属连接件。
25.可选的，所述第一金属连接件和所述第二金属连接件的材料均包括金属钨。
26.综上所述，本发明提供一种igbt器件的制造方法，包括：提供衬底，所述衬底至少包括元胞区及位于所述元胞区外围的外围区；在所述外围区上形成氧化层；在所述元胞区形成多个沟槽栅结构，在所述氧化层上形成栅极；在所述衬底、所述氧化层和所述栅极上形成层间介质层；以及，刻蚀所述层间介质层，同时在所述元胞区相邻所述沟槽栅结构之间形成深入所述衬底的第一接触孔，在所述外围区形成深入所述栅极的第二接触孔。本发明在外围区的衬底上形成氧化层，避免所述第二接触孔深入所述衬底内，从而在减小igbt器件尺寸的同时避免所述igbt器件的性能降低，或避免所述igbt器件失效。
附图说明
27.图1为一igbt器件的结构示意图；
28.图2为一igbt器件形成第一接触孔和第二接触孔后的结构示意图；
29.图3为本发明一实施例提供的igbt器件的制造方法的流程图；
30.图4至图9为本发明一实施例提供的igbt器件的制造方法中各个步骤对应的结构示意图；
31.其中，附图标记如下：
32.100-衬底；101-沟槽栅；102-栅极；103-栅氧化层；110-层间介质层；111-第一接触孔；112-第二接触孔；
33.200-衬底；201-沟槽；202-栅氧化层；203-沟槽栅；210-氧化层；211-栅极；220-层间介质层；221-第一接触孔；222-第二接触孔；223-第一金属连接件；224-第二金属连接件；
34.x1-元胞区；x2-外围区。
具体实施方式
35.下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，
本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
36.图1为一igbt器件的结构示意图。参阅图1，衬底100包括元胞区x1和位于所述元胞区x1外围的外围区x2，所述元胞区x1的衬底100中形成有多个沟槽栅101，所述外围区x2的衬底100上依次形成有栅氧化层103和栅极102，所述衬底100、所述栅极102和所述栅氧化层103上形成有层间介质层110。参阅图2，在所述层间介质层110内同时形成第一接触孔111和第二接触孔112，其中，所述第一接触孔111形成于所述元胞区x1中且深入所述衬底100，所述第二接触孔112形成于所述外围区x2中且深入所述栅极102。可选的，所述衬底100为硅衬底，所述栅极102的材料包括多晶硅。
37.然而，随着igbt器件尺寸的缩小，所述栅极102的厚度从1.2μm缩小至0.8μm。由于所述第一接触孔111和所述第二接触孔112在同一道刻蚀工艺中形成，且所述栅极102的刻蚀速率大于所述衬底100的刻蚀速率，因此，所述第二接触孔112的深度大于所述第一接触孔111的深度，从而使所述第二接触孔112底部剩余的所述栅极102的厚度很薄，进而导致所述igbt器件的性能降低；当所述第二接触孔112的深度过大并深入所述衬底100中时，所述igbt器件存在失效风险。
38.为了解决上述问题，减少或避免因igbt器件尺寸减小导致的第二接触孔底部剩余的栅极的厚度过薄，避免第二接触孔深入所述衬底内，从而减少或避免影响igbt器件的性能，本发明提供了一种igbt器件的制造方法，在外围区的衬底上形成氧化层，避免所述第二接触孔深入所述衬底内，从而在减小igbt器件尺寸的同时避免所述igbt器件的性能降低，或避免所述igbt器件失效。
39.图3为本发明一实施例提供的igbt器件的制造方法的流程图。参阅图3，本实施例所述的igbt器件的制造方法包括：
40.步骤s01：提供衬底，所述衬底至少包括元胞区及位于所述元胞区外围的外围区；
41.步骤s02：在所述外围区上形成氧化层；
42.步骤s03：在所述元胞区形成多个沟槽栅结构，在所述氧化层上形成栅极；
43.步骤s04：在所述衬底、所述氧化层和所述栅极上形成层间介质层；以及，
44.步骤s05：刻蚀所述层间介质层，同时在所述元胞区相邻所述沟槽栅结构之间形成深入所述衬底的第一接触孔，在所述外围区形成深入所述栅极的第二接触孔。
45.图4至图9为本实施例所述的igbt器件的制造方法中各个步骤对应的结构示意图。下面结合图4至图9详细说明本实施例所述的igbt器件的制造方法。
46.首先，参阅图4，执行步骤s01，提供衬底200，所述衬底200至少包括元胞区x1及位于所述元胞区x1外围的外围区x2。本实施例中，所述衬底200为硅衬底，在本发明的其他实施例中，所述衬底200的材料可以根据实际需要进行调整，本发明对此不做限制。
47.接着，参阅图5，执行步骤s02，在所述外围区x2上形成氧化层210。可选的，所述氧化层210的厚度范围为0.2μm～1μm。
48.随后，参阅图6，执行步骤s03，在所述元胞区x1形成多个沟槽栅结构，在所述氧化层210上形成栅极211。具体的，所述沟槽栅结构和所述栅极211的形成过程包括：在所述元胞区x1的衬底200内形成多个沟槽201；在所述沟槽201的侧壁及底部形成栅氧化层202；在所述沟槽201内填充多晶硅层(图中未示出)，所述多晶硅层延伸覆盖所述沟槽201两侧的衬
底及所述氧化层210；刻蚀所述多晶硅层以在所述沟槽201内形成沟槽栅203，同时形成所述栅极211，所述沟槽栅结构包括所述沟槽栅203和所述栅氧化层202。本实施例中，所述沟槽栅203等间距设置，所述沟槽201的宽度为0.8μm～1.2μm，所述沟槽201内填充的多晶硅层的厚度为0.8μm～1.2μm。可选的，所述栅极211的厚度大于所述沟槽栅203中栅氧化层202的厚度，且所述栅极211的厚度范围为0.7μm～0.9μm，所述栅极211包括多晶硅连接线(poly runner)、多晶硅连接端口(poly pad)以及多晶硅电阻(poly resistor)。
49.需要说明的是，所述沟槽201的宽度与相邻两沟槽201之间的距离之和(即图7中a所表示的距离)即为所述igbt器件的最小允许间距(pitch)，示例性的，所述沟槽201的宽度缩小至1.2μm，所述igbt器件的最小允许间距缩小至3μm，在本发明的其他实施例中，所述igbt器件的尺寸可以进一步缩小，所述沟槽201的宽度以及所述igbt器件的最小允许间距也可以根据实际需要选择更小的数值，本发明对此不作限制。
50.接着，参阅图7，执行步骤s04，在所述衬底200、所述氧化层210和所述栅极211上形成层间介质层220。可选的，在步骤s03和s04之间还包括，在所述衬底200内形成阱区。
51.随后，参阅图8，执行步骤s05，刻蚀所述层间介质层220，同时在所述元胞区x1相邻所述沟槽栅结构之间形成深入所述衬底200的第一接触孔221，在所述外围区x2形成深入所述栅极211的第二接触孔222。本实施例中，所述第一接触孔221和所述第二接触孔221在同一道干法刻蚀工艺中形成，且所述栅极211的厚度大于所述第一接触孔221深入所述衬底200的部分的厚度。需要说明的是，由于所述衬底200的刻蚀速率小于所述栅极211的刻蚀速率，使所述第一接触孔221深入所述衬底200的部分的厚度小于所述第二接触孔222深入所述栅极211的部分的厚度，因此，所述栅极211的厚度至少需要大于所述第一接触孔221深入所述衬底200的部分的厚度，以减小或避免所述第二接触孔222贯穿所述栅极211的可能性，从而减小或避免所述igbt器件的性能降低。可选的，所述第一接触孔221深入所述衬底200的部分的厚度为0.4μm～0.6μm。
52.需要说明的是，由于所述栅极211的下方形成有氧化层210，因此，在所述第二接触孔222贯穿所述栅极211的情况下，可以通过调整所述氧化层210的厚度避免所述第二接触孔222深入所述衬底200内，从而避免所述igbt器件失效。
53.此外，参阅图9，在形成所述第一接触孔221和所述第二接触孔222之后，还包括：在所述第一接触孔221内形成第一金属连接件223，在所述第二接触孔222内形成第二金属连接件224。本实施例中，所述第一金属连接件223和所述第二金属连接件224的材料均包括金属钨，在本发明的其他实施例中，所述第一金属连接件223和所述第二金属连接件224的材料可以根据实际需要替换为其他材料，本发明对此不作限制。
54.对比图2和图9可知，本实施例中igbt器件的氧化层210的厚度(即图9中的b2)明显大于现有技术制成的igbt器件的栅氧化层103的厚度(即图2中的b1)，从而减小或避免了第二接触孔深入衬底的可能性。可见，本实施例通过在外围区的衬底上单独形成氧化层，避免所述第二接触孔深入所述衬底内，从而在igbt器件的尺寸缩小的同时避免所述igbt器件的性能降低，或避免所述igbt器件失效。需要说明的是，本发明所述的igbt器件的制造方法也可以用于制造其他具有相同结构的半导体器件，本发明对此不做限制。
55.综上所述，本发明提供一种igbt器件的制造方法，包括：提供衬底，所述衬底至少包括元胞区及位于所述元胞区外围的外围区；在所述外围区上形成氧化层；在所述元胞区
形成多个沟槽栅结构，在所述氧化层上形成栅极；在所述衬底、所述氧化层和所述栅极上形成层间介质层；以及，刻蚀所述层间介质层，同时在所述元胞区相邻所述沟槽栅结构之间形成深入所述衬底的第一接触孔，在所述外围区形成深入所述栅极的第二接触孔。本发明在外围区的衬底上形成氧化层，避免所述第二接触孔深入所述衬底内，从而在减小igbt器件尺寸的同时避免所述igbt器件的性能降低，或避免所述igbt器件失效。
56.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。