[發(fā)明專利]成長高可靠性IGBT金屬連接的方法

有效

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• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN104377130B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李琳松
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31211
• 代理人: 高月紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導體領(lǐng)域中的成長金屬連接的方法，特別是涉及一種成長高可靠性IGBT金屬連接的方法。

背景技術(shù)

在半導體各類器件結(jié)構(gòu)中，溝槽式晶閘管由于其特殊的通道特性和電學特征被廣泛運用于各類功率器件，特別是IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）器件。由于溝槽式晶閘管獨特的高壓高電流的工作環(huán)境，溝槽式晶閘管要求較大尺寸的溝槽柵極，但其特定的溝槽結(jié)構(gòu)導致后續(xù)金屬前介質(zhì)層存在凹角，界面尖銳。如LPCVD（低壓化學氣相沉積）保型性導致的溝槽頂部凹缺角（如圖1所示正常工藝流程存在凹缺角），后續(xù)ILD（層間介質(zhì)）層將繼續(xù)保型持續(xù)此形貌（如圖2所示正常工藝流程存在凹缺角），這會引起IGBT器件在工作環(huán)境容易積聚的尖端電荷導致的可靠性風險，惡化了IGBT器件的工作穩(wěn)定性。

因此，隨著終端客戶對器件的性能要求的提升，溝槽的形貌對器件的高壓特性和可靠性越發(fā)關(guān)鍵，對金屬前介質(zhì)層的半導體工藝要求更加緊迫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種成長高可靠性IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）金屬連接的方法。通過該方法可避免IGBT器件在工作環(huán)境容易積聚的尖端電荷導致的可靠性風險，改善IGBT器件的可靠性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的成長IGBT金屬連接的方法，即成長高可靠性IGBT金屬連接的方法，包括步驟：

1）刻蝕硅襯底，形成溝槽；

2）在溝槽側(cè)壁和底部以及硅襯底表面成長柵極氧化層，并在柵極氧化層表面沉積多晶硅，填充滿溝槽，并經(jīng)柵極刻蝕，形成IGBT溝槽型柵極；

3）在柵極氧化層和多晶硅表面上，沉積層間介質(zhì)（ILD）層；

4）在層間介質(zhì)層表面上，通過光刻工藝，完成金屬連接層（Contact）槽的形成；

5）濕法刻蝕層間介質(zhì)層，使層間介質(zhì)層形成一具有斜度的界面，且該具有斜度的界面的頂部直至溝槽頂部的凹陷口處；

6）干法刻蝕層間介質(zhì)層和柵極氧化層，直至接觸到硅襯底，完成金屬連接層槽的刻蝕；

7）對層間介質(zhì)層進行退火回流，形成界面圓滑的金屬連接層（Contact）結(jié)構(gòu)。

所述步驟2）中，成長柵極氧化層的方法包括：使用擴散爐管成長柵極氧化層的方法。

所述步驟3）中，沉積的方法包括：常壓化學氣相淀積（APCVD）和次常壓化學汽相沉積（SACVD）；層間介質(zhì)層的材質(zhì)包括：硼磷硅玻璃（boro-phospho-silicate-glass，BPSG）。

所述步驟5）中，濕法刻蝕中的藥液包括：常規(guī)的濕法刻蝕藥液，優(yōu)選為氫氟酸系藥液。

所述步驟7）中，退火回流的工藝條件為：在擴散爐管進行退火回流，退火回流的溫度為930～970℃，時間為20～40分鐘。

本發(fā)明通過合理化contact工藝中的干法刻蝕、濕法刻蝕、退火等工藝，最終形成界面圓滑的contact結(jié)構(gòu)，消除了現(xiàn)有工藝所存在的凹陷缺角，能避免后續(xù)IGBT器件在工作環(huán)境容易積聚的尖端電荷導致的可靠性風險，確保了IGBT器件的工作穩(wěn)定性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明：

圖1是常規(guī)工藝金屬連接層（Contact）形貌的SEM圖；

圖2是圖1的放大圖。

圖3是形成IGBT溝槽型柵極的示意圖；

圖4是沉積層間介質(zhì)層后的示意圖；

圖5是形成金屬連接層槽的示意圖；

圖6是濕法刻蝕后的示意圖；

圖7是干法刻蝕后的示意圖；

圖8是退火回流后的示意圖；

圖9是采用本發(fā)明的方法所形成的硅片形貌圖（SEM圖）；

圖10是圖9的局部放大圖。

圖中附圖標記說明如下：

1為硅襯底，2為柵極氧化層，3為多晶硅，4為層間介質(zhì)層，5為光刻膠定義的金屬連接層（Contact）槽，6為金屬連接層。

具體實施方式

本發(fā)明的成長高可靠性IGBT金屬連接的方法，包括步驟：

1）通過常規(guī)干刻工藝，刻蝕硅襯底1，形成溝槽；

2）按照常規(guī)工藝，制作形成IGBT溝槽型柵極，即在溝槽側(cè)壁和底部以及硅襯底1表面，使用普通擴散爐管成長柵極氧化層2，并在柵極氧化層2表面沉積多晶硅3，填充滿溝槽，并經(jīng)柵極刻蝕，形成IGBT溝槽型柵極，并且該柵極的頂部呈凹陷形狀（如圖3所示）；