專利名稱：Igbt柵極溝槽多晶硅的填充方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及ー種IGBT柵極溝槽多晶硅的填充方法。
背景技術(shù)：
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)是一種電壓控制的雙極性MOS (metal oxide semiconductor,金屬-氧化物-半導(dǎo)體)復(fù)合型器件,這種器件同時(shí)具有雙極結(jié)型功率晶體管和功率MOSFET的主要優(yōu)點(diǎn)輸入阻抗高、輸入驅(qū)動(dòng)功率小、導(dǎo)通電阻小、電流容量大、開關(guān)速度快等。IGBT結(jié)構(gòu)為一種帶有MOS柵控制的雙極晶體管的垂直結(jié)構(gòu)，其中控制MOS柵為垂直溝槽結(jié)構(gòu)，因此需要在溝槽中填充多晶硅作柵極。與傳統(tǒng)的柵極溝槽結(jié)構(gòu)產(chǎn)品不同的是，為了有更好的耐壓以及可靠性特性，IGBT器件使用的硅片襯底為FZ (區(qū)熔法制備)硅片。但是，由于FZ硅片的易變形特點(diǎn)與較深的IGBT器件溝槽深度，導(dǎo)致在多晶硅填充后產(chǎn)生了極大的應(yīng)カ問題，嚴(yán)重影響了后續(xù)的流程。在IGBT器件的MOS柵溝槽中填充多晶硅的常規(guī)方法如圖1所示，在制作完成柵極氧化層I后，進(jìn)行多晶硅的淀積，將MOS柵極溝槽填充完全。由于溝槽中填充的多晶硅是作為MOS柵極的，因此在多晶硅填充后不希望有細(xì)縫或者小孔產(chǎn)生，這ー要求導(dǎo)致了溝槽內(nèi)填充的多晶硅在高溫下沒有可釋放應(yīng)力的空間，從而加劇了溝槽中的應(yīng)カ問題，致使FZ硅片在多晶填充后的翹曲度變差，并且在金屬淀積后加劇了翹曲問題，使得最終無(wú)法進(jìn)行后續(xù)光刻步驟
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供ー種IGBT柵極溝槽多晶硅的填充方法，該方法簡(jiǎn)單，適合量產(chǎn)，且對(duì)器件電學(xué)特性的影響很小。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的IGBT柵極溝槽多晶硅的填充方法，在成長(zhǎng)完?yáng)艠O氧化層后，循環(huán)進(jìn)行低溫多晶硅的淀積和高溫多晶硅的淀積，直至將溝槽填滿。所述多晶硅可以是摻雜多晶硅，也可以是非摻雜多晶硅。多晶硅的總淀積次數(shù)為2 10次，并且各層高溫多晶硅疊加后的厚度為溝槽內(nèi)淀積的多晶硅總厚度的1/3 1/2。本發(fā)明利用不同溫度下成長(zhǎng)的多晶硅應(yīng)力不同的特點(diǎn)，在溝槽內(nèi)交替進(jìn)行低溫、高溫多晶硅的填充，將不同應(yīng)カ的多晶硅復(fù)合膜疊加在一起，從而改善了多晶硅填充后的應(yīng)力。同吋，由于為低、高溫復(fù)合填充，在后續(xù)高溫后的應(yīng)カ仍然可以得到良好的控制(如圖3所示的退火后的應(yīng)カ結(jié)果)，高、低溫的摻雜多晶硅應(yīng)力可以得到完全抵消，最終完全解決了 IGBT器件中的由溝槽摻雜多晶硅填充帶來(lái)的翹曲度問題，保證了后續(xù)エ藝流程的正常作業(yè)。


圖1是IGBT制造エ藝中，MOS柵溝槽的常規(guī)填充方法示意圖。圖2本發(fā)明實(shí)施例的IGBT器件MOS柵溝槽的填充方法示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的摻雜多晶硅的成膜溫度與成膜后及退火后的應(yīng)カ的關(guān)系圖。圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明如下1:柵氧化層2:摻雜多晶硅3、5 :低溫?fù)诫s多晶娃4 高溫?fù)诫s多晶硅
具體實(shí)施例方式為對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合圖示的實(shí)施方式，詳述如下請(qǐng)參閱圖2所示，本實(shí)施例的IGBT柵極溝槽多晶硅的填充方法，其具體步驟如下步驟1，先利用現(xiàn)有エ藝在IGBT器件的MOS柵極溝槽內(nèi)壁淀積ー層厚度為10()A 2000A的柵氧化層1，如圖2 (a)所示。步驟2，在較低的溫度下，在溝槽中已經(jīng)淀積的柵氧化層I上利用化學(xué)氣相淀積方法成長(zhǎng)ー層低溫?fù)诫s多晶硅3 (厚度為溝槽內(nèi)填充的多晶硅總厚度的1/3)，如圖2 (b)所示。淀積的溫度為 500°C 580°C,壓カ為300mtorr 800mtorr。步驟3，提高爐管溫度，在低溫?fù)诫s多晶硅3上同樣利用化學(xué)氣相淀積方法成長(zhǎng)ー層厚度為總厚度1/3的高溫?fù)诫s多晶硅4，如圖2 (c)所示。淀積的溫度為580°C 640°C，壓カ為 3OOmtorr 8OOmtorr。步驟4，降低爐管溫度，在高溫?fù)诫s多晶硅4上再淀積ー層低溫?fù)诫s多晶硅5，將溝槽填滿，如圖2 (d)所示。淀積的溫度和壓カ的范圍同步驟2。上述各步驟中，摻雜多晶硅的摻雜元素為磷或硼。低溫、高溫?fù)诫s多晶硅的成膜溫度可以通過(guò)如下方法得到在裸硅基片上，保持壓力固定不變(本實(shí)施例是300 800mtorr)，對(duì)不同成膜溫度下生長(zhǎng)的摻雜多晶硅在成膜后及退火后表現(xiàn)的應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，得出成膜及退火后的應(yīng)カ與成膜溫度的關(guān)系圖(圖3)。通過(guò)該關(guān)系圖，可以較好地選取高、低溫?fù)诫s多晶硅的應(yīng)カ進(jìn)行匹配，使最終疊加的摻雜多晶硅應(yīng)カ降至最小。
權(quán)利要求
1.1GBT柵極溝槽多晶硅的填充方法，其特征在于，在成長(zhǎng)完?yáng)艠O氧化層后，循環(huán)進(jìn)行低溫多晶硅的淀積和高溫多晶硅的淀積，直至將溝槽填滿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多晶硅為摻雜多晶硅，摻雜元素為磷或硼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述低溫多晶硅的淀積溫度為5OCTC 58CTC,淀積壓力為 3OOmtorr 8OOmtorr。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述高溫多晶硅的淀積溫度為58CTC 640°C,淀積壓力為 3OOmtorr 8OOmtorr。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，多晶硅總的淀積次數(shù)為2 10次，并且各層高溫多晶硅疊加后的厚度為溝槽內(nèi)淀積的多晶硅總厚度的1/3 1/2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種IGBT柵極溝槽多晶硅的填充方法，該方法在成長(zhǎng)完?yáng)艠O氧化層后，循環(huán)進(jìn)行低溫多晶硅的淀積和高溫多晶硅的淀積，直至將溝槽填滿。本發(fā)明利用不同溫度下成長(zhǎng)的多晶硅應(yīng)力不同的特點(diǎn)，在溝槽內(nèi)交替進(jìn)行低溫、高溫多晶硅的填充，將不同應(yīng)力的多晶硅復(fù)合膜疊加在一起，從而改善了IGBT柵極溝槽在多晶硅填充后的應(yīng)力，同時(shí)解決了IGBT器件中的翹曲度問題，保證了后續(xù)工藝流程的正常作業(yè)。
文檔編號(hào)H01L21/283GK103035502SQ20121027199
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者劉繼全, 孫勤, 李琳松 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司