一种基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅IGBT制备方法、沟槽栅IGBT和功率模块与流程

本发明涉及一种基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法、沟槽栅igbt和功率模块，属于沟槽栅igbt。

背景技术：

1、沟槽栅igbt因其消除了平面栅igbt的jfet结构，igbt为绝缘栅双极型晶体管，jfet为结型场效应晶体管，具有更高的沟道密度和更低的导通压降，已成为现代功率电子器主流器件。在沟槽栅igbt的制造工艺中，栅极氧化层，即栅氧层的质量和厚度均匀性直接决定了器件的阈值电压、沟道迁移率以及长期可靠性。

2、传统的沟槽栅氧化工艺通常采用一次热氧化法，即在刻蚀形成沟槽后，直接对硅片进行高温热氧化，在沟槽的内壁同时生长一层二氧化硅作为栅氧层，内壁包括侧壁和底部。然而，由于晶向依赖的氧化速率差异以及反应物浓度在深窄沟槽中的分布不均，该工艺存在固有缺陷。具体而言，硅单晶中晶向的侧壁氧化速率通常快于晶向的底部，这导致沟槽底部的栅氧层厚度往往薄于侧壁，此外，在器件工作时，沟槽底部尤其是底部拐角处是电场最为集中的区域。较薄的底部栅氧与高电场强度相结合，使得栅极介质极易在此处发生击穿，严重制约了器件的击穿电压和长期可靠性。

3、为解决这一问题，现有技术尝试了多种方法，例如通过离子注入在沟槽底部掺入氟或氮等杂质以促进氧化速率，或采用多次沉积与刻蚀工艺来调整各部位厚度。但这些方法往往工艺复杂，控制精度不足，或容易对侧壁界面质量造成损伤，影响沟道载流子迁移率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法、沟槽栅igbt和功率模块，解决现有技术中存在的控制精度不足、侧壁界面质量易受损和影响沟道载流子迁移率的问题。

2、为实现以上目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法，包括：

4、在具有硅表面的半导体衬底上形成漂移层，在漂移层上刻蚀形成沟槽；

5、通过第一次热氧化工艺在沟槽的内壁表面生长一层第一栅氧层；

6、在沟槽内及半导体衬底表面沉积一层多晶硅层，沉积完成后，多晶硅层完全填充沟槽；

7、对多晶硅层进行回刻蚀，直至去除沟槽侧壁部分的多晶硅层，仅保留填充在沟槽底部的多晶硅层，使沟槽侧壁处的第一栅氧层暴露；

8、以沟槽底部保留的多晶硅层为掩蔽，去除暴露于沟槽侧壁的第一栅氧层，使沟槽侧壁的硅表面重新裸露；

9、通过第二次热氧化工艺在沟槽侧壁裸露的硅表面生长一层第二栅氧层；

10、去除沟槽底部保留的多晶硅层，使沟槽底部的第一栅氧层暴露；

11、在沟槽内沉积导电材料，形成栅电极，继续执行igbt标准制备工艺得到沟槽栅igbt。

12、进一步的，所述第一栅氧层的厚度大于所述第二栅氧层的厚度。

13、通过上述进一步的技术方案，以较厚的第一栅氧层有效缓解沟槽底部的电场集中现象，提高器件的击穿电压和栅极可靠性；较薄且界面质量优良的第二栅氧层，有利于形成高迁移率的导电沟道，降低器件导通电阻，改善阈值电压的稳定性。

14、进一步的，所述第一栅氧层的为100~200nm，所述第二栅氧层的厚度为50~100nm。

15、进一步的，所述回刻蚀为干法各向异性刻蚀，回刻蚀后沟槽底部的多晶硅层的厚度为0.3~0.8μm。

16、进一步的，所述以沟槽底部保留的多晶硅层为掩蔽，去除暴露于沟槽侧壁的第一栅氧层，包括：

17、利用沟槽底部保留的多晶硅层作为保护层，通过湿法刻蚀工艺选择性去除暴露于沟槽侧壁的第一栅氧层。

18、进一步的，所述去除沟槽底部保留的多晶硅层，采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺进行。

19、进一步的，在所述通过第一次热氧化工艺在沟槽的内壁表面生长一层第一栅氧层之前，还包括：

20、对沟槽的底部进行离子注入，离子注入时注入的离子为氮离子或氧离子。

21、进一步的，所述半导体衬底为硅衬底或碳化硅衬底。

22、第二方面，本发明提供了一种沟槽栅igbt，采用第一方面中任一项所述的基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法制备得到。

23、第三方面，本发明提供了一种功率模块，基于第二方面所述的沟槽栅igbt制备得到。

24、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

25、本发明提供的一种基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法、沟槽栅igbt和功率模块，通过第一次热氧化工艺和第二次热氧化工艺实现分步氧化，并引入多晶硅层作为掩蔽，使得沟槽底部和侧壁的栅氧层可以独立形成，互不干扰，这打破了传统工艺中侧壁和底部氧化层必须同时生长的限制，使得各氧化层的控制精度提高；通过第一栅氧层和第二栅氧层的分开制作，能够实现第一栅氧层和第二栅氧层的厚度分别控制，进而优化器件电场分布，提高器件的击穿电压和栅极可靠性，保证了沟道特性，利于形成高迁移率的导电沟道；通过先制作多晶硅层，再去除沟槽侧壁部分的多晶硅层，使沟槽侧壁处的第一栅氧层暴露的过程，避免侧壁界面质量受损；整个制备方法和现有的硅半导体工艺线完全兼容，无需增加特殊设备，成本可控。

1.一种基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法，其特征在于，所述第一栅氧层的厚度大于所述第二栅氧层的厚度。

3.根据权利要求1所述的基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法，其特征在于，所述第一栅氧层的为100~200nm，所述第二栅氧层的厚度为50~100nm。

4.根据权利要求1所述的基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法，其特征在于，所述回刻蚀为干法各向异性刻蚀，回刻蚀后沟槽底部的多晶硅层的厚度为0.3~0.8μm。

5.根据权利要求1所述的基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法，其特征在于，所述以沟槽底部保留的多晶硅层为掩蔽，去除暴露于沟槽侧壁的第一栅氧层，包括：

6.根据权利要求1所述的基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法，其特征在于，所述去除沟槽底部保留的多晶硅层，采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺进行。

7.根据权利要求1所述的基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法，其特征在于，在所述通过第一次热氧化工艺在沟槽的内壁表面生长一层第一栅氧层之前，还包括：

8.根据权利要求1所述的基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法，其特征在于，所述半导体衬底为硅衬底或碳化硅衬底。

9.一种沟槽栅igbt，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项所述的基于沟槽侧壁精准氧化加工的沟槽栅igbt制备方法制备得到。

10.一种功率模块，其特征在于，基于权利要求9所述的沟槽栅igbt制备得到。