IGBT器件的形成方法與流程
2023-08-06 04:16:22 1
igbt器件的形成方法
技術領域
1.本發明涉及半導體製造技術領域，尤其涉及一種igbt器件的形成方法。
背景技術：
2.絕緣柵雙極型電晶體(insulated gate bipolar transistor，igbt)是由雙極型三極體(bipolar junction transistor，bjt)和絕緣柵型場效應管(metal oxide semiconductor，mos)組成的複合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有金屬氧化物半導體場效應管(metal oxide semiconductor field effect transistor，mosfet)的高輸入阻抗和電力電晶體(giant transistor，gtr)的低導通壓降兩方面的優點。
3.igbt器件的背面工藝經歷了從非穿通型(non-punch through，npt)到穿通型(punch through，pt)，再到場截止型(field stop，fs或spt)的發展歷程；igbt器件的正面工藝從平面型(planar)到溝槽柵型(trench gate)的發展歷程。近年來igbt器件的更是由大尺寸的精細溝槽(trench pitch)往小尺寸的精細溝槽的方向快速發展，極大地提高了igbt器件的功率密度，從而減少了所述igbt器件的導通以及開關損耗。
4.然而，現有技術的igbt器件在形成過程中仍存在諸多問題。
技術實現要素：
5.本發明解決的技術問題是提供一種igbt器件的形成方法，以減少工藝步驟，降低生產成本。
6.為解決上述問題，本發明提供一種igbt器件的形成方法，包括：提供襯底，所述襯底包括有源區、以及包圍所述有源區的終端區；在所述終端區內形成若干初始隔離結構；在所述有源區內形成若干柵極溝槽；在所述柵極溝槽內和所述襯底上形成柵極材料層，位於所述襯底上的所述柵極材料層覆蓋所述初始隔離結構；對所述柵極材料層和所述初始隔離結構進行平坦化處理及回刻蝕處理，使得所述柵極材料層形成柵極結構、以及所述初始隔離結構形成隔離結構。
7.可選的，所述初始隔離結構的形成工藝包括：矽的局部氧化工藝。
8.可選的，所述矽的局部氧化工藝包括：在所述襯底上形成第一掩膜層，所述第一掩膜層暴露出所述終端區的部分表面；以所述第一掩膜層為掩膜，採用熱生長工藝在所述終端區內形成若干初始隔離結構。
9.可選的，所述第一掩膜層的材料包括：氮化矽。
10.可選的，所述柵極溝槽的形成方法包括：在所述第一掩膜層及所述初始隔離結構上形成第二掩膜層；所述第二掩膜層暴露出位於所述有源區上的所述第一掩膜層的部分表面；以所述第二掩膜層為掩膜，刻蝕所述第一掩膜層以及所述有源區，在所述有源區內形成若干所述柵極溝槽。
11.可選的，在形成所述柵極溝槽之後，還包括：去除所述第二掩膜層。
12.可選的，對所述柵極材料層和所述初始隔離結構進行平坦化處理及回刻蝕處理的
方法包括：對所述柵極材料層和所述初始隔離結構進行平坦化處理，直至暴露出所述第一掩膜層為止；在所述平坦化處理之後，去除所述第一掩膜層；在去除所述第一掩膜層之後，對所述柵極材料層和所述初始隔離結構進行回刻蝕處理。
13.可選的，所述平坦化處理的工藝包括：化學機械研磨工藝。
14.可選的，在形成所述初始隔離結構之前，還包括：在所述終端區內形成若干保護環，所述保護環內具有摻雜離子。
15.可選的，所述保護環的形成方法包括：對所述終端區進行離子注入處理，形成所述保護環。
16.可選的，所述初始隔離結構的材料包括：氧化矽。
17.可選的，所述柵極材料層的材料包括：多晶矽。
18.與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點：
19.在本發明技術方案的igbt器件的形成方法中，通過先形成所述初始隔離結構和所述柵極材料層，在所述初始隔離結構和所述柵極材料層形成之後，採用一道平坦化工藝同時對所述初始隔離結構和所述柵極材料層進行處理，進而有效減少了工藝步驟，降低了生產成本。
20.進一步，在形成所述初始隔離結構之前，還包括：在所述終端區內形成若干保護環，所述保護環內具有摻雜離子。由於所述保護環內的摻雜離子和所述終端區內的摻雜離子的導電類型不同，進而使得位於所述保護環上的所述終端區與所述保護環形成完全耗盡層，使得所述保護環能夠改善主結邊緣柱形區域或邊角球形區域電場強度大於平面結的問題，達到提升擊穿電壓的效果。
附圖說明
21.圖1至圖2是一種igbt器件的形成方法各步驟結構示意圖；
22.圖3至圖8是本發明實施例中igbt器件的形成方法各步驟結構示意圖。
具體實施方式
23.正如背景技術所述，現有技術的igbt器件在形成過程中仍存在諸多問題。以下將結合附圖進行具體說明。
24.圖1至圖2是一種igbt器件的形成方法各步驟結構示意圖。
25.請參考圖1，提供襯底100，所述襯底100包括有源區i、以及包圍所述有源區i的終端區ii；在所述終端區ii內形成若干保護環101，所述保護環101內具有摻雜離子；在所述終端區ii內形成若干隔離溝槽(未標示)；在所述隔離溝槽內和所述襯底上形成隔離材料層(未圖示)；對所述隔離材料層進行平坦化處理，直至暴露出所述襯底100的頂部表面為止，形成若干隔離結構102。
26.請參考圖2，在所述有源區i內形成若干柵極溝槽(未標示)；在所述柵極溝槽內和所述襯底100上形成柵極材料層(未圖示)；對所述柵極材料層進行平坦化處理，直至暴露出所述襯底100的頂部表面為止，形成若干柵極結構103。
27.在本實施例中，所述隔離結構102和所述柵極結構103分別採用單獨的步驟形成，在形成所述隔離結構102和所述柵極結構103的過程中均需要採用平坦化處理，使得製作的
工藝步驟和生產成本增加。
28.在此基礎上，本發明提供一種igbt器件的形成方法，通過先形成所述初始隔離結構和所述柵極材料層，在所述初始隔離結構和所述柵極材料層形成之後，採用一道平坦化工藝同時對所述初始隔離結構和所述柵極材料層進行處理，進而有效減少了工藝步驟，降低了生產成本。
29.為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細地說明。
30.圖3至圖8是本發明實施例中igbt器件的形成方法各步驟結構示意圖。
31.請參考圖3，提供襯底200，所述襯底200包括有源區i、以及包圍所述有源區i的終端區ii。
32.在本實施例中，所述襯底200的材料為矽；在其他實施例中，所述襯底的材料還可以為鍺、鍺化矽、碳化矽、砷化鎵或鎵化銦。
33.在本實施例中，所述有源區i用於後續在其內部形成功率器件，所述終端區ii用於後續在其內部形成保護環及隔離結構。由於在所述功率器件中，主結邊緣柱形區域或邊角球形區域電場強度大於平面結，因而容易導致擊穿電壓降低的問題，因此需增加所述保護環和所述隔離結構來提升擊穿電壓。
34.請參考圖4，在所述終端區ii內形成若干保護環201，所述保護環201內具有摻雜離子。
35.在本實施例中，所述保護環201的形成方法包括：對所述終端區ii進行離子注入處理，形成所述保護環201。
36.在本實施例中，所述終端區ii內也具有摻雜離子，所述保護環201內的摻雜離子和所述終端區ii內的摻雜離子的導電類型不同，進而使得位於所述保護環201上的所述終端區ii與所述保護環201形成完全耗盡層，使得所述保護環201能夠改善主結邊緣柱形區域或邊角球形區域電場強度大於平面結的問題，達到提升擊穿電壓的效果。
37.在本實施例中，當後續形成的所述功率器件101為n型功率器件時，所述保護環內的摻雜離子為p型離子；當後續形成的所述功率器件101為p型功率器件時，所述保護環201內的摻雜離子為n型離子。
38.請參考圖5，在所述終端區ii內形成若干初始隔離結構202。
39.在本實施例中，所述初始隔離結構202的形成工藝採用矽的局部氧化(local oxidation of silicon，locos)工藝。
40.在本實施例中，所述矽的局部氧化工藝包括：在所述襯底200上形成第一掩膜層203，所述第一掩膜層203暴露出所述終端區ii的部分表面；以所述第一掩膜層203為掩膜，採用熱生長工藝在所述終端區ii內形成若干初始隔離結構202。
41.在本實施例中，所述第一掩膜層203的材料採用氮化矽。
42.在本實施例中，所述初始隔離結構202的材料為氧化矽。
43.請參考圖6，在所述有源區i內形成若干柵極溝槽204。
44.在本實施例中，所述柵極溝槽204的形成方法包括：在所述第一掩膜層203及所述初始隔離結構202上形成第二掩膜層(未圖示)；所述第二掩膜層暴露出位於所述有源區i上的所述第一掩膜層203的部分表面；以所述第二掩膜層為掩膜，刻蝕所述第一掩膜層203以
及所述有源區i，在所述有源區i內形成若干所述柵極溝槽204。
45.在本實施例中，在形成所述柵極溝槽204之後，去除所述第二掩膜層。
46.請參考圖7，在所述柵極溝槽204內和所述襯底200上形成柵極材料層205，位於所述襯底200上的所述柵極材料層205覆蓋所述初始隔離結構202。
47.在本實施例中，所述柵極材料層205的材料採用多晶矽。
48.在本實施例中，所述柵極材料層205的形成工藝採用外延生長工藝。
49.請參考圖8，對所述柵極材料層205和所述初始隔離結構202進行平坦化處理及回刻蝕處理，使得所述柵極材料層205形成柵極結構206、以及所述初始隔離結構202形成隔離結構207。
50.在本實施例中，對所述柵極材料層205和所述初始隔離結構202進行平坦化處理及回刻蝕處理的方法包括：對所述柵極材料層205和所述初始隔離結構202進行平坦化處理，直至暴露出所述第一掩膜層203為止；在所述平坦化處理之後，去除所述第一掩膜層203；在去除所述第一掩膜層203之後，對所述柵極材料層205和所述初始隔離結構202進行回刻蝕處理。
51.在本實施例中，所述平坦化處理的工藝採用化學機械研磨工藝。
52.在本實施例中，通過先形成所述初始隔離結構202和所述柵極材料層205，在所述初始隔離結構202和所述柵極材料層205形成之後，採用一道平坦化工藝同時對所述初始隔離結構202和所述柵極材料層205進行處理，進而有效減少了工藝步驟，降低了生產成本。
53.雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。