一種igbt的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種IGBT的制造方法，其包括：提供具有第一表面和第二表面的第一或第二導(dǎo)電類型的襯底；在所述襯底的第一表面間隔的形成延伸入所述襯底內(nèi)的第二或第一導(dǎo)電類型的通道；在所述襯底的第一表面上鍵合形成第二導(dǎo)電類型的漂移區(qū)；基于所述漂移區(qū)形成所述IGBT的正面結(jié)構(gòu)；自所述襯底的第二表面開始減薄所述襯底直到露出所述通道，此時(shí)所述通道和減薄后的襯底間隔交錯(cuò)排布；在所述通道和減薄后的襯底上形成背面金屬電極，該背面金屬電極與所述通道和減薄后的襯底電性接觸。該方法對薄片流通能力沒有特殊要求，更不需要雙面曝光機(jī)設(shè)備，與現(xiàn)有的常規(guī)工藝兼容，工藝簡單、效率高。
【專利說明】一種IGBT的制造方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)計(jì)及制造【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種IGBT (Insulated GateBipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)的制造方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]IGBT 是由 BJT (Bipolar Junct1n Transistor，雙極結(jié)型晶體管)和 MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，具有工作頻率高，控制電路簡單，電流密度高，通態(tài)壓低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于功率控制領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，IGBT很少作為一個(gè)獨(dú)立器件使用，尤其在感性負(fù)載的條件下，IGBT需要一個(gè)快恢復(fù)二極管續(xù)流。因此，現(xiàn)有的絕緣柵雙極晶體管產(chǎn)品，一般采用并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管(Freewheeling d1de,簡稱FWD)以保護(hù)IGBT。為了降低成本,并聯(lián)的續(xù)流二極管可以集成在IGBT芯片內(nèi)，即具有內(nèi)置二極管或反向?qū)ǖ腎GBT。
[0003]常見的反向?qū)ǖ腎GBT需要減薄后雙面光刻制備出背面P+集電極區(qū)的注入窗口。這種方案的缺點(diǎn)主要有兩個(gè)方面:第一、需要有減薄晶圓流通能力，特別是對于常見的1200V以下的IGBT，其厚度在200um以下，對薄片流通工藝要求很高；第二、需要專門的雙面曝光機(jī)對晶圓曝光。此外，現(xiàn)有的反向?qū)ǖ腎GBT通常采用背面兩次光刻技術(shù)。
[0004]因此，有必要提供一種改進(jìn)的技術(shù)方案來克服上述問題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種IGBT的制造方法，其與現(xiàn)有的常規(guī)工藝兼容，工藝簡單、效率高、無需專用的設(shè)備大大降低工藝成本。
[0006]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種IGBT的制造方法，其包括:提供具有第一表面和第二表面的第一導(dǎo)電類型或第二導(dǎo)電類型的襯底；在所述襯底的第一表面間隔的形成延伸入所述襯底內(nèi)的第二導(dǎo)電類型或第一導(dǎo)電類型的通道，其中所述通道的導(dǎo)電類型與所述襯底的導(dǎo)電類型不同；在所述襯底的第一表面上鍵合形成第二導(dǎo)電類型的漂移區(qū)；基于所述漂移區(qū)形成所述IGBT的正面結(jié)構(gòu)；自所述襯底的第二表面開始減薄所述襯底直到露出所述通道，此時(shí)所述通道和減薄后的襯底間隔交錯(cuò)排布；在所述通道和減薄后的襯底上形成背面金屬電極，該背面金屬電極與所述通道和減薄后的襯底電性接觸。
[0007]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，提供的襯底的厚度為100-650um，電阻率為0.001 ?100 Ω ^cm0
[0008]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，鍵合形成的漂移區(qū)的厚度為10?650um，電阻率為5?500 Ω *cm。
[0009]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述襯底的厚度和所述鍵合形成的漂移區(qū)的厚度的和為正常流通硅片厚度。
[0010]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，通過光刻、離子注入、高溫推阱、激活工藝在所述襯底的第一表面?zhèn)乳g隔的形成所述通道，所述離子注入的注入劑量為1E13?lE20cm_2，能量為30?200KEV。
[0011]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述IGBT的正面結(jié)構(gòu)包括:在所述漂移區(qū)的上表面上有選擇的形成的第一導(dǎo)電類型的基區(qū)；在所述基區(qū)內(nèi)有選擇的形成的第二導(dǎo)電類型的發(fā)射極區(qū)；位于所述漂移區(qū)的上表面上的柵氧化層；在所述柵極氧化層的上表面上形成的多晶硅柵極；覆蓋所述柵極氧化層和多晶硅柵極的介質(zhì)層；與所述基區(qū)和所述發(fā)射極區(qū)電性接觸的正面金屬電極。
[0012]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述IGBT的正面結(jié)構(gòu)包括:形成于正面金屬電極外側(cè)的鈍化層。
[0013]作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中IGBT的制造方法，首先完成IGBT的背面的相互間隔的集電極區(qū)和通道的制作，之后在鍵合漂移區(qū)上制備IGBT的正面結(jié)構(gòu)，在正面結(jié)構(gòu)完成后僅需要做減薄和背面金屬化步驟，對薄片流通能力沒有特殊要求，更不需要雙面曝光機(jī)設(shè)備。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中:
[0016]圖1為本發(fā)明中的IGBT的制造方法在一個(gè)實(shí)施例中的流程圖；
[0017]圖2至圖7為圖1中的制造方法的各個(gè)制造工序得到晶圓的縱剖面示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0018]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019]此處所稱的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”并非均指同一個(gè)實(shí)施例，也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實(shí)施例互相排斥的實(shí)施例。
[0020]在介紹本發(fā)明中的IGBT的制造方法之前，需要說明的是，IGBT的發(fā)射極和柵極所在的面通常被理解為正面，而IGBT的集電極所在的面通常被理解反面。
[0021]圖1為本發(fā)明中的IGBT的制造方法100在一個(gè)實(shí)施例中的流程圖。如圖1所示，所述制造方法100包括如下步驟。
[0022]步驟110，結(jié)合圖2所示，提供具有第一表面11和第二表面12的P型或N型襯底10。
[0023]具體的，所述襯底10的厚度可以為100?650um，電阻率可以為0.001?100Q*cm。所述襯底10的厚度與下文提到的鍵合漂移區(qū)的厚度相關(guān)。
[0024]步驟120，結(jié)合圖3所示，在所述襯底10的第一表面11間隔的形成延伸入所述襯底內(nèi)的N型或P型通道。
[0025]在所述襯底為P型時(shí)，所述步驟120中形成N型通道，在所述襯底10為N型時(shí)，所述步驟120中形成P型通道，兩者之間的導(dǎo)電類型相反。在圖2-7所示出的實(shí)施例中，以襯底材料10為P型，通道14為N型為例進(jìn)行介紹。具體的，如圖3所示，在所述襯底10的第一表面11上進(jìn)行光刻得到相互間隔的注入窗口 13，通過所述注入窗口向所述P型襯底10內(nèi)進(jìn)行N型雜質(zhì)離子(比如磷或砷)注入，注入劑量為1E13?lE20cm_2，能量為30?200KEV，隨后可以進(jìn)行高溫推阱和激活，這樣可以得到相互間隔的N型通道14。在現(xiàn)有工藝中的N型通道14的激活通常發(fā)生在正面金屬電極形成之后，而本發(fā)明中的激活步驟都發(fā)生在金屬電極形成之前，提高了摻雜區(qū)域(比如N型通道14)的激活效率。
[0026]步驟130，結(jié)合圖4所示，在所述襯底10的第一表面11上鍵合形成N型漂移區(qū)(NDrift)15。
[0027]具體的，鍵合形成的漂移區(qū)15的厚度為10?650um，電阻率為5?500Q*cm。所述漂移區(qū)15的厚度與所述襯底10的厚度相關(guān)。所述襯底10的厚度和所述鍵合形成的漂移區(qū)的厚度的和為正常流通硅片厚度，比如對于6寸片的正常厚度為625um/675um，8寸片的正常厚度為725um。
[0028]步驟140，結(jié)合圖5所示，基于所述漂移區(qū)15采用正常IGBT工藝流程形成所述IGBT的正面結(jié)構(gòu)。
[0029]圖5中示意出了一種平面IGBT的正面結(jié)構(gòu)。所述IGBT的正面結(jié)構(gòu)包括:在所述漂移區(qū)15的上表面上有選擇的形成的P型基區(qū)(P-body)16，在所述P型基區(qū)16內(nèi)有選擇的形成的N型發(fā)射極區(qū)17，位于所述漂移區(qū)15的上表面上的柵氧化層18，在所述柵極氧化層18上形成的多晶硅柵極19 (G)，覆蓋所述柵極氧化層18和多晶硅柵極19的介質(zhì)層20，以及與所述P型基區(qū)16和所述N型發(fā)射極區(qū)17電性接觸的正面金屬電極21 (即發(fā)射極E)。
[0030]圖5中只是示意性的示出了正面金屬電極21，事實(shí)上，正面金屬電極21可能會(huì)覆蓋整個(gè)介質(zhì)層20。此外，所述IGBT的正面結(jié)構(gòu)還可能包括形成于正面金屬電極21外側(cè)的鈍化層(未示出)，比如二氧化硅和氮化硅。
[0031]在其他實(shí)施例中，也可以制造溝槽型IGBT，所述溝槽型IGBT的正面結(jié)構(gòu)與圖5中的IGBT的正面結(jié)構(gòu)并不相同，不過現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了很多溝槽型IGBT，這里就不再重復(fù)描述了。需要知曉的是，從本發(fā)明的某個(gè)角度來說，本發(fā)明并不特別關(guān)心IGBT的具體正面結(jié)構(gòu)，只要有正面結(jié)構(gòu)并且能形成可以使用的IGBT器件即可。
[0032]從另一個(gè)角度來講，有關(guān)IGBT的正面結(jié)構(gòu)的具體制造工藝也不屬于本發(fā)明的重點(diǎn)，其可以采用現(xiàn)有的各種制造工藝制造而成，因此為了突出本發(fā)明的重點(diǎn)，有關(guān)IGBT的正面結(jié)構(gòu)的具體制造工藝在本文中并未被詳細(xì)描述。
[0033]步驟150，結(jié)合圖6所示，自所述襯底10的第二表面開始減薄所述襯底22直到露出所述通道14，減薄后的襯底22與所述通道14間隔交錯(cuò)排布。
[0034]在所述襯底10為P型時(shí)，減薄后的襯底22形成P型集電極區(qū)，所述N型通道14形成N型陰極區(qū)；在所述襯底10為N型時(shí)，所述通道14形成P型集電極區(qū)，減薄后的N型襯底22形成N型陰極區(qū)。所述N型陰極區(qū)、N型漂移區(qū)15和P型基區(qū)16共同形成一個(gè)PIN型(positive intrinsic negative d1de)反向二極管。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，通過研磨(Grinding)工藝對所述襯底10進(jìn)行減薄。
[0036]步驟160，結(jié)合圖7所示，在所述通道14和減薄后的襯底22外側(cè)通過采用濺射或蒸發(fā)的方式制得背面金屬電極(集電極C) 23，該背面金屬電極23與所述通道14和所述減薄后的襯底22電性接觸。
[0037]所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解的是，本發(fā)明的特點(diǎn)或目的之一在于:首先完成IGBT的背面的相互間隔的P型集電極區(qū)和N型通道的制作，之后在鍵合漂移區(qū)15上制備IGBT的正面結(jié)構(gòu)，在正面結(jié)構(gòu)完成后僅需要做減薄和背面金屬化步驟，這樣對薄片流通能力沒有特殊要求，更不需要雙面曝光機(jī)設(shè)備。
[0038]上述實(shí)施例中的P型可以被稱為第一導(dǎo)電類型，N型可以被稱為第二導(dǎo)電類型。在其他實(shí)施例中，上述實(shí)施例中的所涉及的所有P型的區(qū)域(比如P基區(qū)、P型集電極區(qū))都可以更改為N型的，所有的N型的區(qū)域(N型漂移區(qū)、N型發(fā)射極區(qū)、N型陰極區(qū))都可以更改為P型，此時(shí)可以認(rèn)為第一導(dǎo)電類型是N型，第二導(dǎo)電類型為P型。
[0039]需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】所做的任何改動(dòng)均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍。相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述【具體實(shí)施方式】。
【權(quán)利要求】
1.一種IGBT的制造方法，其特征在于，其包括: 提供具有第一表面和第二表面的第一導(dǎo)電類型或第二導(dǎo)電類型的襯底； 在所述襯底的第一表面間隔的形成延伸入所述襯底內(nèi)的第二導(dǎo)電類型或第一導(dǎo)電類型的通道，其中所述通道的導(dǎo)電類型與所述襯底的導(dǎo)電類型不同； 在所述襯底的第一表面上鍵合形成第二導(dǎo)電類型的漂移區(qū)； 基于所述漂移區(qū)形成所述IGBT的正面結(jié)構(gòu)； 自所述襯底的第二表面開始減薄所述襯底直到露出所述通道，此時(shí)所述通道和減薄后的襯底間隔交錯(cuò)排布； 在所述通道和減薄后的襯底上形成背面金屬電極，該背面金屬電極與所述通道和減薄后的襯底電性接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，提供的襯底的厚度為100-650um,電阻率為 0.0Ol ?100 Ω *cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，鍵合形成的漂移區(qū)的厚度為10?650um,電阻率為5?500 Ω *cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，所述襯底的厚度和所述鍵合形成的漂移區(qū)的厚度的和為正常流通硅片厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，通過光刻、離子注入、高溫推阱、激活工藝在所述襯底的第一表面?zhèn)乳g隔的形成所述通道，所述離子注入的注入劑量為1E13 ?lE20cnT2，能量為 30 ?200KEV。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，所述IGBT的正面結(jié)構(gòu)包括: 在所述漂移區(qū)的上表面上有選擇的形成的第一導(dǎo)電類型的基區(qū)； 在所述基區(qū)內(nèi)有選擇的形成的第二導(dǎo)電類型的發(fā)射極區(qū)； 位于所述漂移區(qū)的上表面上的柵氧化層； 在所述柵極氧化層的上表面上形成的多晶硅柵極； 覆蓋所述柵極氧化層和多晶硅柵極的介質(zhì)層； 與所述基區(qū)和所述發(fā)射極區(qū)電性接觸的正面金屬電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的IGBT的制造方法，其特征在于，所述IGBT的正面結(jié)構(gòu)包括: 形成于正面金屬電極外側(cè)的鈍化層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的IGBT的制造方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型為P型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
【文檔編號(hào)】H01L21/331GK104282551SQ201310277434
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】黃璇, 王萬禮, 王根毅 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司