制造绝缘栅双极型晶体管时避免产生滑移线缺陷的方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种制造绝缘栅双极型晶体管(IGBT)时避免产生滑移线缺陷的方法。

背景技术

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晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)的高输入阻抗和双极型三极管的低导通压降两方面的优点。由于IGBT低开关损耗、简单的门极控制、优良的开关可控性等优点，现已成为电力电子领域的新一代主流产品，在家电变频控制、工业控制、机车传动、电力电子装置以及新能源电网接入中得到广泛应用。

在当前IGBT制造领域，12吋的晶圆直径、面积更大，在进行热过程工艺时，晶圆更容易受到热应力的影响；因为更大的晶圆尺寸，晶圆的中心与边缘升降温速度不一致，温差更大，从而引起更大的热应力。当晶圆总的应力叠加大于引起晶体滑移的应力临界值时，便产生滑移线(Slip Line)缺陷。滑移线缺陷会使器件漏电流增大，影响芯片的性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种制造绝缘栅双极型晶体管(IGBT)时避免产生滑移线缺陷的方法，用于解决现有技术中制造绝缘栅双极型晶体管(特别是采用12吋晶圆)的过程产生滑移线缺陷的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本申请提供一种制造绝缘栅双极型晶体管(IGBT)时避免产生滑移线缺陷的方法，包括：

提供一衬底，在衬底上形成外延层；

在外延层中形成多个沟槽；

在沟槽中依次形成氧化层和多晶硅层，并完成IGBT器件的制作；

对衬底的背面进行减薄处理，以满足IGBT器件的预设厚度要求。

优选的，外延层具有稳定的温度分布。

优选的，外延层的电阻率与衬底的电阻率相同。

优选的，外延层的厚度大于沟槽的最大深度。

优选的，采用气相外延生长工艺形成外延层。

优选的，采用沉积工艺在沟槽中依次形成氧化层和多晶硅层。

优选的，沉积工艺为高密度等离子体化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积或者次大气压化学气相沉积。

优选的，IGBT器件的制作包括制作元胞区和制作终端结构。

优选的，终端结构的制作包括制作主结、一个或多个终端环、以及截止环。

优选的，减薄处理的工艺流程包括晶圆进料检验、贴膜、研磨和撕片。

如上所述，本申请提供的制造绝缘栅双极型晶体管(IGBT)时避免产生滑移线缺陷的方法，具有以下有益效果：通过在衬底上形成具有稳定温度分布的外延层，可以有效避免制造绝缘栅双极型晶体管(特别是采用12吋晶圆)时实施的热过程工艺所导致的滑移线缺陷的出现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1显示为本申请实施例提供的制造绝缘栅双极型晶体管时避免产生滑移线缺陷的方法的流程图；

图2-图5显示为本申请实施例提供的制造绝缘栅双极型晶体管时避免产生滑移线缺陷的方法中，各步骤完成后形成的器件剖面结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其它优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

常规的IGBT包括元胞区和终端结构，其中IGBT的元胞区是功能区，而IGBT的终端结构的作用是提供器件的横向耐压能力。

IGBT的终端结构一般包括主结、终端环和截止环，其中：主结与元胞区相邻；截止环位于最外侧作为终止端；终端环位于主结和截止环之间，通常为多个，每个终端环由场限环和多级场板构成。

制作IGBT的元胞区时，需要在衬底中形成多个沟槽，后续在炉管中实施热氧化工艺或者沉积工艺在该多个沟槽中依次形成氧化层和多晶硅层，并且通过实施高温退火工艺来消除氧化层和多晶硅层内的层错等缺陷。上述热氧化工艺、沉积工艺和高温退火工艺属于热过程，后续在衬底上形成各种膜层采用的沉积工艺以及对衬底实施离子注入后采用的退火工艺也属于热过程，在进行热过程工艺时，晶圆更容易受到热应力的影响。当晶圆总的应力叠加大于引起晶体滑移的应力临界值时，便产生滑移线缺陷。特别是对于12吋晶圆而言，更易产生滑移线缺陷。滑移线缺陷会使器件漏电流增大，影响芯片的性能。

为了解决上述问题，本申请提供一种制造绝缘栅双极型晶体管时避免产生滑移线缺陷的方法。

请参阅图1，其示出了本申请实施例提供的制造绝缘栅双极型晶体管时避免产生滑移线缺陷的方法的流程图。

在步骤S1中，提供一衬底，在衬底上形成外延层。

如图2所示，提供衬底100，可选的，衬底100为硅衬底、锗衬底或者绝缘体上硅衬底等；或者衬底100的材料还可以包括其它的材料，例如砷化镓等III-V族化合物。本领域的技术人员可以根据衬底100上形成的器件结构类型选择衬底100的构成材料，因此衬底100的类型不应限制本发明的保护范围。

接着，在衬底100上形成外延层101。示例性的，采用气相外延生长工艺形成外延层101。外延层101的厚度根据后续形成的多个沟槽的深度而定，该多个沟槽可以具有不同的深度，确保外延层101的厚度大于沟槽的最大深度即可。

在本实施例中，外延层101的电阻率与衬底100的电阻率相同。形成外延层101的过程中，控制温度分布，使形成的外延层101的温度曲线呈稳定分布的状态，由此，可以在后续实施热过程工艺时避免或者减少滑移线缺陷。

在步骤S2中，在外延层中形成多个沟槽。

如图3所示，在外延层101中形成沟槽102。沟槽102的数量根据制作器件的实际需要而定，为了简化，图例中仅示出一个沟槽102。

示例性的，通过光刻工艺在外延层101上形成具有沟槽102图案的掩模层，随后以该掩模层为掩模，刻蚀外延层101，以在外延层101中形成沟槽102。形成沟槽102后，实施灰化工艺或者等离子体刻蚀工艺去除该掩模层。

在步骤S3中，在沟槽中依次形成氧化层和多晶硅层，并完成IGBT器件的制作。

如图4所示，在沟槽102中依次形成氧化层103和多晶硅层105，氧化层103和多晶硅层105构成沟槽栅结构，氧化层103覆盖沟槽102的侧壁和底部，多晶硅层105填满沟槽102。

示例性的，通过沉积工艺或热氧化工艺在沟槽102中形成氧化层103，通过沉积工艺在沟槽102中形成多晶硅层105。该沉积工艺为高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或者次大气压化学气相沉积(SACVD)等。

由于沟槽102的深宽比较大，因此，为了确保多晶硅层105填满沟槽102的同时其内部不产生空隙，优先采用高密度等离子体化学气相沉积在沟槽102中形成多晶硅层105。

为了确保氧化层103和多晶硅层105的质量，还需要实施高温退火工艺，以消除氧化层103和多晶硅层105内的层错等缺陷，并且释放氧化层103和多晶硅层105内部的应力。

上述沉积工艺和高温退火工艺都属于热过程工艺，由于步骤S1中形成的外延层101具有稳定的温度分布，实施热过程工艺时，不易受到热应力的影响，因此，基本不会出现滑移线缺陷。

接下来，完成IGBT器件的制作，为了简化，图例中未示出IGBT器件的具体结构。通常，IGBT器件的制作包括制作元胞区和制作终端结构，其中，终端结构的制作包括制作主结、一个或多个终端环、以及截止环。上述制作的具体步骤和采用的工艺根据IGBT器件的具体结构而定，在此不做具体限定。

在步骤S4中，对衬底的背面进行减薄处理，以满足IGBT器件的预设厚度要求。

如图5所示，对衬底100的背面进行减薄处理，以满足IGBT器件的预设厚度要求。示例性的，减薄处理的工艺流程包括：晶圆进料检验、贴膜、研磨和撕片。

晶圆进料检验过程是使用高倍显微镜以抽样的方式抽检晶圆查看晶圆表面缺陷。贴膜过程是将装有晶圆的晶舟盒方进贴膜机，贴膜机自动取晶圆在晶圆正面贴上胶膜以保护晶圆在研磨时不被划伤。研磨过程是将已贴膜好的晶圆放进研磨机，研磨机自动取晶圆放入加片台，随后进行粗磨和精磨，已达到研磨厚度和表面粗糙度的要求。撕片过程是将研磨好的晶圆放进撕片机，撕片机自动取片，并利用胶粘的胶膜将晶圆正面的胶膜撕去。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

综上所述，本申请提供的制造绝缘栅双极型晶体管时避免产生滑移线缺陷的方法，可以有效避免制造绝缘栅双极型晶体管(特别是采用12吋晶圆)时实施的热过程工艺所导致的滑移线缺陷的出现。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。