一种沟槽中溅射薄膜层填充方法和器件与流程

本发明涉及显示工艺技术领域，尤其涉及一种沟槽中溅射薄膜层填充方法和器件。

背景技术：

绝缘栅双极型晶体管（insulatedgatebipolartransistor，igbt）器件因其功率大、频率高、损耗低的特性逐步取代了传统功率器件，在轨道交通、高压输变电等新兴产业中作为关键器件得到广泛应用。与平面栅igbt相比，沟槽栅igbt能显著改善通态压降与关断能量的折衷关系，更适用于中低压高频应用领域。随着igbt沟槽栅技术的快速发展，器件栅压在n漂移区中形成电子积累层，增强了pin（positiveintrinsicnegative）二极管中的电子注入，提高了表面的载流子浓度，降低了沟道电阻。芯片结构不断精细化，栅极间距离不断减小，深度逐渐增加，对al电极填充的工艺要求也越来越高。

在现有技术中，对igbt沟槽进行填充时，采用了基座500℃以上的高温，增加al的流动性，但是过高的温度会造成tin阻挡层失效，使al、si之间发生互扩散，发生钉穿。al已经穿过阻挡层，进入到si内部，破坏了沟槽栅结构，使器件失效；同时，部分si固溶于al内，当温度下降之后，al中的si将处于过饱和状态而析出，使电阻提高，也会使器件性能下降。

基于此，需要一种简单、有效的实现高深宽比沟槽中溅射薄膜层填充的技术方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种沟槽中溅射薄膜层填充方法和器件，本发明需要一种简单、有效的实现高深宽比沟槽中溅射薄膜层填充的技术方案。

第一方面，本发明实施例提供一种沟槽中溅射薄膜层填充方法，包括：

预先设定用于为待填充沟槽加热的基座温度，采用预设溅射功率向所述待填充沟槽内分层顺序填充溅射薄膜层；

在后填充的所述溅射薄膜层覆盖在在先填充的所述溅射薄膜层的表面；在后填充时采用的所述预设溅射功率与在先填充时采用的所述预设溅射功率不同；

各层次薄膜层的厚度总和满足预设薄膜厚度。

进一步地，若所述溅射薄膜层为三层，所述溅射薄膜层填充方法包括：

采用第一溅射功率向所述待填充沟槽内进行薄膜填充，经过第一沉积时间和第一回流时间的沉积回流后，形成第一溅射薄膜层；

在所述第一溅射薄膜层表面，采用第二溅射功率进行薄膜填充，经过第二沉积时间和第二回流时间的沉积回流后，形成第二溅射薄膜层；

在所述第二溅射薄膜层表面，采用第三溅射功率进行薄膜填充，经过第三沉积时间后，形成第三溅射薄膜层；

其中，所述第一溅射功率小于所述第二溅射功率，所述第二溅射功率小于第三溅射功率；所述待填充沟槽的深度值大于宽度值。

进一步地，所述第一沉积时间大于所述第二沉积时间，所述第三沉积时间大于所述第二沉积时间。

进一步地，所述预先设定用于为待填充沟槽加热的基座温度为390~420摄氏度。

进一步地，采用预设溅射功率向所述待填充沟槽内分层次填充溅射薄膜层之前，还包括：

向所述待填充沟槽内溅射沉积形成ti薄膜；

在所述ti薄膜表面，溅射沉积形成tin薄膜；

在所述tin薄膜表面，溅射沉积形成基础薄膜；以便在所述基础薄膜表面进行所述溅射薄膜层填充。

进一步地，所述向所述待填充沟槽内采用第一溅射功率进行薄膜填充，经过第一沉积时间和第一回流时间的沉积回流后，形成第一溅射薄膜层，包括：

针对所述待填充沟槽采用第一溅射功率为1~2.5kw，第一沉积时间为150秒，第一回流时间60秒，形成所述第一溅射薄膜层。

进一步地，所述在所述第一溅射薄膜层表面，采用第二溅射功率进行薄膜填充，经过第二沉积时间和第二回流时间的沉积回流后，形成第二溅射薄膜层，包括：

在所述第一溅射薄膜层表面，采用第二溅射功率为3~5kw，第二沉积时间为30秒，第二回流时间60秒，形成所述第二溅射薄膜层。

进一步地，所述在所述第二溅射薄膜层，采用第三溅射功率进行薄膜填充，经过第三沉积时间后，形成第三溅射薄膜层，包括：

在所述第二溅射薄膜层表面，采用第三溅射功率为15~30kw，第三沉积时间为303秒，形成所述第三溅射薄膜层。

进一步地，在进行所述溅射薄膜层填充时，工艺ar流量为10~30sccm，背吹ar流量为15~20sccm，工艺压力为2.5~4.0mtorr。

进一步地，所述待填充沟槽为igbt沟槽。

进一步地，所述溅射薄膜层为铝溅射薄膜层；所述基础薄膜为铝薄膜。

第二方面，本发明实施例提供一种igbt器件，所述igbt器件沟槽中包括：ti薄膜、tin薄膜、基础薄膜和溅射薄膜层；

其中，所述溅射薄膜层包括：

采用第一溅射功率进行溅射薄膜层填充形成的第一溅射薄膜层；

在所述第一溅射薄膜层表面，采用第二溅射功率进行薄膜填充形成的第二溅射薄膜层；

在所述第二溅射薄膜层表面，采用第三溅射功率进行薄膜填充形成的第三溅射薄膜层。

进一步地，所述igbt器件沟槽的深度值大于宽度值。

进一步地，所述第一溅射薄膜层、所述第二溅射薄膜层和所述第三溅射薄膜层的厚度总和满足预设薄膜厚度；

所述第一溅射功率小于所述第二溅射功率，所述第二溅射功率小于第三溅射功率。

进一步地，所述溅射薄膜层为铝溅射薄膜层。

本发明实施例提供的沟槽中溅射薄膜层填充方法，在对具有高深宽比的沟槽中进行溅射薄膜层填充时，可以在预设的较高基座温度下，采用多个层次功率等级分别进行多层次填充。在填充时，可以每次填充较薄的一层溅射薄膜层，分多次填充，并采用回流和沉积交替的方式，能够有效防止槽口封闭而形成槽内空洞；多次填充时，采用的溅射功率由低到高循序渐进，能够有效避免沟槽底部钉穿失效，保证器件结构完整。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种沟槽中溅射薄膜层填充方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的沟槽中填充高温铝溅射薄膜层之前的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的举例说明igbt沟槽填充步骤的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种igbt沟槽填充完成的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测（陈述的条件或事件）”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测（陈述的条件或事件）时”或“响应于检测（陈述的条件或事件）”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

另外，下述各方法实施例中的步骤时序仅为一种举例，而非严格限定。

图1为本发明实施例提供的沟槽中溅射薄膜层填充方法的流程图，该方法包括如下步骤：

101:预先设定用于为待填充沟槽加热的基座温度，采用预设溅射功率向所述待填充沟槽内分层顺序填充溅射薄膜层。

这里所说的待填充沟槽可以理解为具有高深宽比的沟槽，比如深宽比大于3。在本发明实施例中，进行溅射薄膜层填充时，分为多个步骤进行填充，每个填充步骤所对应的功率各不相同，一般来说，填充时的溅射功率依次递增，具体增幅可以根据实际应用需求确定。

在进行溅射作业之前，需要根据预先设定的温度对待填充沟槽的基座进行加热，待基座的温度达到预设的温度后，再进行溅射作业。需要说明的是，在作业过程中，基座温度可以是恒定的，也可以是实时变化的，比如，可能会根据分层溅射作业的工艺需求而对温度进行相应的调整。

在进行作业时，可以分多层对待填充构成进行溅射薄膜层的填充，比如，沟槽宽度较宽，且薄膜层需要的比较厚，可以分为很多层（比如，五层）进行溅射薄膜的填充。具体分为多少层填充，可以根据实际产品工艺需求进行选择，这里仅作为举例说明并不构成对本发明技术方案的限制。

102：在后填充的所述溅射薄膜层覆盖在在先填充的所述溅射薄膜层的表面；在后填充时采用的所述预设溅射功率与在先填充时采用的所述预设溅射功率不同。各层次薄膜层的厚度总和满足预设薄膜厚度。

在实际应用中，在后填充的溅射薄膜层需要覆盖在在先填充的溅射薄膜层的表面，各溅射薄膜层的厚度可以相同，也可以根据需要采用填充不同厚度的溅射薄膜层。为了获得更好的薄膜层溅射效果，各薄膜层进行溅射作业时分别采用不同的溅射功率，能够有效防止槽内空洞或钉穿等问题的出现。在分层进行填充溅射时，确保各层的薄膜层厚度的总和满足预设的薄膜层厚度要求。

在本发明的一个或者多个实施例中，若所述溅射薄膜层为三层，所述溅射薄膜层填充方法包括：采用第一溅射功率向所述待填充沟槽内进行薄膜填充，经过第一沉积时间和第一回流时间的沉积回流后，形成第一溅射薄膜层；在所述第一溅射薄膜层表面，采用第二溅射功率进行薄膜填充，经过第二沉积时间和第二回流时间的沉积回流后，形成第二溅射薄膜层；在所述第二溅射薄膜层表面，采用第三溅射功率进行薄膜填充，经过第三沉积时间后，形成第三溅射薄膜层；

其中，第一溅射功率小于所述第二溅射功率，第二溅射功率小于第三溅射功率；待填充沟槽的深度值大于宽度值。

在实际应用中，进行第一溅射薄膜层的填充时，采用比较低的功率，在溅射填充时不会出现封闭槽口的问题。这里所说的第一溅射功率是用于生成第一溅射薄膜层的较低溅射功率。向待填充沟槽完成薄膜层的溅射作业后，还需要经过沉积和回流后，才形成稳定的第一溅射薄膜层，通常采用第一沉积时间和第一回流时间来完成沉积和回流。

在完成第一溅射薄膜层的填充之后，将溅射功率调整为第二溅射功率。进一步地，基于第二溅射功率，生成第二溅射薄膜层。需要说明的是，第一溅射功率小于第二溅射功率。向待填充沟槽中的第一溅射薄膜层完成薄膜层的溅射作业后，还需要经过沉积和回流后，才形成稳定的第二溅射薄膜层，通常采用第二沉积时间和第二回流时间来完成沉积和回流。

在完成第二溅射薄膜层的填充之后，将溅射功率调整为第三溅射功率。进一步地，基于第三溅射功率，生成第三溅射薄膜层。需要说明的是第二溅射功率小于第三溅射功率。向待填充沟槽中的第二溅射薄膜层完成薄膜层的溅射作业后，还需要经过沉积，才能形成稳定的第三溅射薄膜层，该薄膜层为最后一层。在实际应用中，可以不仅限于这三次溅射薄膜层的填充，还可以根据需要增减填充的次数。填充的功率，可以根据填充次数进行等级划分。

在本发明的一个或者多个实施例中，第一沉积时间大于第二沉积时间，第三沉积时间大于第二沉积时间。具体地，各个沉积时间的长短可以根据实际应用需求进行确定。

在本发明的一个或者多个实施例中，前文所述的基座温度通常设置为390~420摄氏度。当然，也可以根据具体工艺需求进行适应性调整。

在本发明的一个或者多个实施例中，针对待填充沟槽基于第一溅射功率进行铝薄膜填充，生成第一铝溅射薄膜层之前，还可以包括：针对所述待填充沟槽，溅射沉积生成ti薄膜；基于所述ti薄膜，溅射沉积生成tin薄膜；基于所述tin薄膜，溅射沉积生成基础薄膜；以便基于所述基础薄膜进行溅射薄膜层填充。

溅射薄膜层填充前的沟槽栅填充剖面示意图如图2。201ti薄膜；202tin薄膜；203冷al层薄膜；204高温填充溅射薄膜层。采用磁控溅射的方式，在沟槽上表面、侧壁、底部（底部为si）生成一层厚度约40nm的201ti溅射薄膜层，该ti溅射薄膜层的作用是与底部形成良好的粘附作用；再生成一层厚度约30nm的202tin溅射薄膜层，该tin溅射薄膜层具有高强度的优点，作为阻挡层，例如，若该溅射薄膜层为铝薄膜层时，能够有效阻止铝硅相互扩散；在tin层的上方，低温再生成一层厚度约150nm的203基础溅射薄膜层，防止下一步高温铝溅射薄膜层生成时聚集成团。

在本发明的一个或者多个实施例中，还包括：针对第二铝溅射薄膜层，基于第三溅射功率进行铝薄膜填充，生成第三铝溅射薄膜层；其中，第三溅射功率大于第二溅射功率。

为了更加精准的对沟槽进行溅射薄膜层填充，可以将分为多次不同功率填充。作为一种优选的可实施方案，通过三次填充来实现对沟槽中溅射薄膜层填充。该三次填充采用相同的基座温度，比如400℃或500℃，采用的溅射功率依次为2kw、5kw和19kw，同时还需要通入ar气体，ar气体流量一般设置为30sccm。需要说明的是，在实际应用中，具体需要进行多少次溅射薄膜层沉积，可以根据沟槽的深宽比等实际需求确定。这里所说的三次仅作为举例说明。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述针对待填充沟槽基于第一溅射功率进行薄膜填充，生成第一溅射薄膜层，具体可以包括：针对待填充沟槽基于第一溅射功率1~2.5kw沉积薄膜150秒，回流薄膜60秒，生成所述第一溅射薄膜层。

在进行第一溅射薄膜层填充时，设定基座温度400℃（具体地，可以根据沟槽类型或者填充时间长短确定温度的高低），溅射功率设置2kw(一般来说，设定范围为1~2.5kw)，工艺ar流量30sccm(一般来说，设定范围为10~30sccm)，背吹ar流量20sccm(一般来说，设定范围为15~20sccm)，工艺压力3mtorr（一般来说，设定范围为2.5mtorr~4.0mtorr），沉积时间150s，回流时间50s。在本申请技术方案中，采用回流和沉积交替进行，能够有效避免沟槽够被封闭，防止沟槽内形成空洞。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述在所述第一溅射薄膜层表面，采用第二溅射功率进行薄膜填充，经过第二沉积时间和第二回流时间的沉积回流后，形成第二溅射薄膜层，包括：在所述第一溅射薄膜层表面，采用第二溅射功率为3~5kw，第二沉积时间为30秒，第二回流时间60秒，形成所述第二溅射薄膜层。

在进行第二溅射薄膜层填充时，基于第一溅射薄膜层进行填充作业。在第一溅射薄膜层回流完成后，即可进行第二溅射薄膜层的填充。在预设的基座温度（比如，400℃）下，将溅射功率设定为5kw，首先沉积30秒，再进一步地回流60秒。工艺ar流量30sccm(一般来说，设定范围为10~30sccm)，背吹ar流量20sccm(一般来说，设定范围为15~20sccm)，工艺压力3mtorr（一般来说，设定范围为2.5mtorr~4.0mtorr）。在实际应用中，若仅需要两步溅射薄膜层填充，则第二溅射功率也可以设定为第三溅射功率（比如19kw）。这里将第二溅射功率设定为第二溅射功率仅为一种优选实施方案，并非对本申请技术方案的限定。在本申请技术方案中，采用回流和沉积交替进行，能够有效避免沟槽够被封闭，防止沟槽内形成空洞。

在本发明的一个或者多个实施例中，在第二溅射薄膜层基础上，采用第三溅射功率进行薄膜填充，经过第三沉积时间后，形成第三溅射薄膜层，包括：在第二溅射薄膜层表面，采用第三溅射功率为15~30kw，第三沉积时间为303秒，形成第三溅射薄膜层。

基于第二溅射薄膜层进行第三溅射薄膜层的填充时，采用第三溅射功率19kw沉积溅射薄膜层，不需要再进行回流。通过三次填充得到高温溅射薄膜层。其中，工艺ar流量30sccm(一般来说，设定范围为10~30sccm)，背吹ar流量20sccm(一般来说，设定范围为15~20sccm)，工艺压力3mtorr（一般来说，设定范围为2.5mtorr~4.0mtorr）。在本申请技术方案中，通过分层进行薄膜层的溅射填充，能够有效避免沟槽够被封闭，防止沟槽内形成空洞。

在本发明的一个或者多个实施例中，待填充沟槽为igbt沟槽。为了便于理解，结合图3可以看出对igbt沟槽填充的整体流程，具体来说，依次溅射沉积ti薄膜、溅射沉积tin薄膜、溅射沉积冷al薄膜、通过第一溅射功率填充第一溅射薄膜层（第一铝溅射薄膜层）、通过第二溅射功率填充第二溅射薄膜层（第二铝溅射薄膜层）、通过第三溅射功率填充第三溅射薄膜层（第三铝溅射薄膜层），且第一溅射功率小于第二溅射功率，第二溅射功率小于第三溅射功率。

在实际应用中，通过多层次，分功率等级填充的方式也可以应用到其他类似具有高深宽比的沟槽填充作业当中。

在上述各个实施例中，溅射薄膜层可以为铝溅射薄膜层，基础薄膜可以为铝薄膜。

基于同样的思路，如图4所示，本发明实施例还提供一种igbt器件，该igbt器件沟槽中填充有ti薄膜、tin薄膜、基础薄膜和溅射薄膜层；

其中，溅射薄膜层包括：

采用第一溅射功率进行溅射薄膜填充生成的第一溅射薄膜层；

在第一溅射薄膜层表面，采用第二溅射功率进行薄膜填充形成的第二溅射薄膜层；

在第二溅射薄膜层表面，采用第三溅射功率进行薄膜填充形成的第三溅射薄膜层。

该igbt器件沟槽的深度值大于宽度值。通常溅射薄膜层为铝溅射薄膜层。

假设溅射薄膜层填充作业分为三层，第一溅射薄膜层、第二溅射薄膜层和第三溅射薄膜层的厚度总和满足预设薄膜厚度；对应的，第一溅射功率小于第二溅射功率，第二溅射功率小于第三溅射功率。

为了便于理解分多层溅射填充后的效果，可以参考图4，ti薄膜401、tin薄膜402、基础溅射薄膜层403、第一铝溅射薄膜层404、第二铝溅射薄膜层405、第三铝溅射薄膜层406。

基于上述实施例，在对具有高深宽比的沟槽中进行溅射薄膜层填充时，可以在相同温度下，划分为多个功率等级进行填充。在填充时，可以采用回流和沉积交替的方式，能够有效防止槽口封闭而形成槽内空洞；功率由低到高循序渐进，能够有效避免沟槽底部钉穿失效，保证器件结构完整。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。