沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法与流程

    专利查询2025-06-07  100


    本发明属于半导体集成电路制造领域,涉及一种沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法。


    背景技术:

    1、在半导体功率器件日益发展的今天,沟槽栅绝缘栅双极型晶体管(igbt)以输入阻抗高、开关损耗小、速度快、电压驱动功率小等特点,被广泛地应用于电力输送、高速列车牵引、工业驱动、清洁能源等诸多领域。但是目前,在制作沟槽栅igbt器件时,多晶硅栅填充沟槽的效果较差,填充沟槽的多晶硅栅中易形成缝隙,多晶硅栅填充完成后,在后续的刻蚀过程中,多晶硅栅中的缝隙易暴露出来,并在形成器件的电极之后,导致器件的栅极(gate)与发射极(source)短接,使器件的良率降低,如图1及图2所示,分别为沟槽栅igbt器件的晶圆测试的测试结果图及沟槽栅igbt器件的沟槽栅部分的sem图,包括衬底01、沟槽02、多晶硅栅021,其中图1中绿色区域为测试合格的器件,红色区域为测试不合格的器件,图2中圈出区域中多晶硅栅中黑色较重的短线为多晶硅栅中的缝隙。此外,由于多晶硅栅中的缝隙的存在,还会导致器件的漏电增大,增加器件的功耗,影响器件的开关性能及可靠性。

    2、因此,急需寻找一种能够避免多晶硅中产生空隙缺陷同时降低器件漏电的沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法。


    技术实现思路

    1、鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,用于解决现有技术中沟槽栅器件中多晶硅栅填充性能差导致器件漏电较大的问题。

    2、为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供了一种沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,包括以下步骤:

    3、提供一待制作沟槽的衬底,并于所述衬底的上表面形成图案化的遮蔽层;

    4、提供一沟槽刻蚀设备,将上表面形成有图案化的所述遮蔽层的所述衬底置于所述沟槽刻蚀设备的工艺腔中,调整刻蚀气体中第一气体与第二气体至预设比例x,并基于所述预设比例x将所述工艺腔中的温度调整至预设温度t,再对所述衬底进行刻蚀以得到多个间隔设置且侧壁呈预设角度α的沟槽;

    5、形成填充所述沟槽的多晶硅栅,且形成所述多晶硅栅的过程中基于所述预设角度α调整填充所述沟槽的所述多晶硅栅的沉积速度y。

    6、可选地,所述衬底的材质包括硅、碳化硅。

    7、可选地,所述预设比例x的范围为0.85~1.05:1。

    8、可选地,所述预设温度t与所述预设比例x之间的相关关系为t=-158.82x+718.88,相关度r2为0.899。

    9、可选地,所述预设角度α与所述预设比例x之间的相关关系为α=5.7353x+83.011,相关度r2为0.9831。

    10、可选地,所述预设角度α的范围为87.8°~89.2°。

    11、可选地,所述第一气体包括cf4、sf6、nf3中的至少一种;所述第二气体包括o2、h2中的至少一种。

    12、可选地,所述预设角度α的正切值为所述沟槽的开口尺寸与所述沟槽的中间部分尺寸之差和所述沟槽的深度的之间的比值。

    13、可选地,形成所述沟槽之后,形成所述多晶硅栅之前,还包括形成覆盖所述沟槽的内壁及底面的栅介质层的步骤。

    14、可选地,所述沉积速度y与所述预设角度α之间的相关关系为y=-28.323α+3073.4,其相关度r2为0.9566。

    15、如上所述,本发明的沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法通过改进制作多晶硅栅的工艺,于形成所述沟槽的过程中,控制刻蚀气体中所述第一气体与所述第二气体之间的比例处于所述预设比例x范围内,并基于所述第一气体与所述第二气体之间的比例和所述预设温度t之间的相关关系调整所述工艺腔中的温度,以使形成侧壁的倾斜角处于所述预设角度α范围内的所述沟槽,再基于所述预设角度α与形成所述多晶硅栅过程中的所述沉淀速度y之间的相关关系调整所述沉积速度y,提升了所述多晶硅栅的填充效果,避免多晶硅栅中形成空隙缺陷,改善器件的漏电性能,提升器件的可靠性及性能,同时提升了器件的良率,具有高度产业利用价值。



    技术特征:

    1.一种沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:

    2.根据权利要求1所述的沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,其特征在于:所述衬底的材质包括硅、碳化硅。

    3.根据权利要求1所述的沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,其特征在于:所述预设比例x的范围为0.85~1.05:1。

    4.根据权利要求1所述的沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,其特征在于:所述预设温度t与所述预设比例x之间的相关关系为t=-158.82x+718.88,相关度r2为0.899。

    5.根据权利要求1所述的沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,其特征在于:所述预设角度α与所述预设比例x之间的相关关系为α=5.7353x+83.011,相关度r2为0.9831。

    6.根据权利要求1所述的沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,其特征在于:所述预设角度α的范围为87.8°~89.2°。

    7.根据权利要求1所述的沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,其特征在于:所述第一气体包括cf4、sf6、nf3中的至少一种;所述第二气体包括o2、h2中的至少一种。

    8.根据权利要求1所述的沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,其特征在于:所述预设角度α的正切值为所述沟槽的开口尺寸与所述沟槽的中间部分尺寸之差和所述沟槽的深度的之间的比值。

    9.根据权利要求1所述的沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,其特征在于:形成所述沟槽之后,形成所述多晶硅栅之前,还包括形成覆盖所述沟槽的内壁及底面的栅介质层的步骤。

    10.根据权利要求1所述的沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,其特征在于:所述沉积速度y与所述预设角度α之间的相关关系为y=-28.323α+3073.4,其相关度r2为0.9566。


    技术总结
    本发明提供一种沟槽栅器件的多晶硅栅的制作方法,该多晶硅栅的制作方法包括以下步骤:提供一衬底,并于衬底上表面形成图案化的遮蔽层;提供一沟槽刻蚀设备,将衬底置于沟槽刻蚀设备中,调整主刻蚀气体中第一和二气体至预设比例x,基于预设比例x将工艺腔中温度调整至预设温度T,再对衬底进行刻蚀以得到侧壁呈预设角度α的沟槽;形成填充沟槽的多晶硅栅,且形成多晶硅栅的过程中基于预设角度α调整填充沟槽的多晶硅的沉积速度y。本发明通过控制第一、二气体的比例为预设比例x,并基于预设比例x调控工艺腔的温度以得到侧壁倾角为预设角度α的沟槽,再基于预设角度α调控多晶硅栅的沉积速度,提升了多晶硅栅的填充性能,改善了器件的漏电性能。

    技术研发人员:李东,沈显青,袁慎顽,汪盼盼
    受保护的技术使用者:上海积塔半导体有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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