[发明专利]沟槽绝缘栅型双极晶体管的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，具体来说，本发明涉及一种沟槽绝缘栅型双极晶体管的制作方法。

背景技术

功率器件包括MOSFET、IGBT及其模块已被广泛应用于汽车电子、开关电源以及工业控制等领域，是目前一大热门研究领域。随着集成电路微细加工技术的发展，沟槽(Trench)结构的功率器件成为目前最流行的功率开关器件之一，它采用在沟槽侧壁生长栅氧化层并填充多晶硅形成栅极。这种沟槽栅结构大大提高了器件平面面积的利用效率，使得单位面积可获得更大的器件单元沟道宽度，从而获得更大的电流导通能力。

已有沟槽绝缘栅型双极晶体管(IGBT)的制造工艺包括以下步骤：第一步，光刻终端结构的保护环、并通过注入和扩散形成器件的保护环；第二步，完成有源区的定义，可以通过局部氧化隔离(LOCOS)工艺来实现；第三步，沟槽光刻、刻蚀；第四步，栅氧生长、淀积多晶硅；第五步，光刻栅极、回刻多晶硅；第六步，阱注入及扩散、源区(发射区)注入及退火；第七步，形成接触孔；第八步，金属层淀积、光刻、刻蚀；第九步，完成硅片背面工艺。

对于沟槽型功率器件，沟槽中填充的栅极多晶硅会从沟槽中覆盖到沟槽外硅表面的栅氧上，以形成各单元的栅极互联，这时沟槽侧壁顶部需要有一个较圆滑的斜坡，如果侧壁顶部形成直角或者锐角就都有可能使该处的栅氧失效。有相关的沟槽刻蚀后加入多次热氧化或额外的高密度等离子体(HDP)刻蚀的做法来得到有斜坡顶部的沟槽，但是这样做不仅工艺较复杂，而且容易给栅氧带来缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种沟槽绝缘栅型双极晶体管的制作方法，能够避免沟槽顶部尖角的产生，防止由其导致的栅极漏电失效和可靠性问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种沟槽绝缘栅型双极晶体管的制作方法，包括步骤：

提供半导体衬底，其分为有源区和终端结构区域；

在所述半导体衬底上旋涂第一光刻胶层并光刻、显影，在所述终端结构区域开出保护环的窗口；

通过离子注入和扩散工艺在所述半导体衬底中形成器件的所述保护环；

在所述半导体衬底的表面形成场氧，并完成所述有源区的定义；

在所述半导体衬底和所述场氧的表面依次形成沟槽硬掩模层和第二光刻胶层，并依据沟槽的位置对所述第二光刻胶层作图形化；

以所述第二光刻胶层为掩模，刻蚀所述沟槽硬掩模层，露出所述半导体衬底的表面；

在露出的所述半导体衬底和所述沟槽硬掩模层的表面淀积侧壁保护层；

回刻所述侧壁保护层至重新露出所述半导体衬底的表面，在所述沟槽硬掩模层的两侧侧壁处形成保护侧墙；

在露出的所述半导体衬底的表面生长热氧化层；

以所述沟槽硬掩模层和所述保护侧墙为硬掩模，刻蚀所述热氧化层，所述热氧化层在所述沟槽的顶部边缘伸入所述保护侧墙与所述半导体衬底之间，形成鸟嘴；

继续以所述沟槽硬掩模层和所述保护侧墙为硬掩模，刻蚀所述半导体衬底，在其中形成沟槽；

进行后续的半导体工艺，完成所述沟槽绝缘栅型双极晶体管的制造过程。

可选地，所述后续的半导体工艺包括步骤：

去除所述保护侧墙和所述沟槽硬掩模层；

在所述沟槽的内壁生长栅极氧化层；

在所述半导体衬底表面和所述沟槽内淀积栅极材料；

光刻所述沟槽绝缘栅型双极晶体管的栅极并回刻所述栅极材料，在所述沟槽内和所述场氧表面形成所述栅极；

在所述半导体衬底中离子注入并扩散形成阱，以及在所述阱中离子注入并退火形成发射区。

可选地，在形成所述发射区之后，所述后续的半导体工艺还包括步骤：

在所述沟槽绝缘栅型双极晶体管的表面形成接触孔；

在所述沟槽绝缘栅型双极晶体管的表面进行金属层的淀积、光刻和刻蚀；

完成后续的其他背面工艺。

可选地，所述半导体衬底的材料为硅。

可选地，所述有源区的定义是通过局部氧化隔离工艺来实现的。

可选地，所述沟槽硬掩模层为正硅酸乙酯。

可选地，所述侧壁保护层为氮化硅。

可选地，去除所述保护侧墙和所述沟槽硬掩模层的方法为湿法刻蚀法。

可选地，所述栅极材料为多晶硅。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：