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外延制備第二導(dǎo)電類型的緩沖區(qū)，并在所述緩沖區(qū)的外表面上外延形成第二導(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，此時所述通道和減薄后的襯底間隔交錯排布；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，更不需要高能離子注入機(jī)和雙面曝光機(jī)等設(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(InsulatedGate BipolarTransistor,絕緣柵雙極晶體管）的制造方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] IGBT是由BJT(BipolarJunctionTransistor，雙極結(jié)型晶體管）和MOSFET(Met al-〇xide-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很少作為一個獨(dú)立器件使用，尤其在感性負(fù)載的條 件下，IGBT需要一個快恢復(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)一個續(xù)流二極管（Freewheelingdiode,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的制備難點(diǎn)在于背面N緩沖層（即FieldStop層）及背 面P/N交隔結(jié)構(gòu)的制備，現(xiàn)有制備方法有兩種：第一種，先利用注入或預(yù)擴(kuò)和高溫推阱制備 背面N緩沖層之后通過雙面光刻在背面結(jié)構(gòu)上制作出P/N交隔結(jié)構(gòu)，在背面結(jié)構(gòu)完成后再 做正面結(jié)構(gòu)工藝，對于低壓IGBT(1700V以下)正面結(jié)構(gòu)制備前就需要將圓片減薄到200um 以下，這就要求生產(chǎn)線有薄片通線能力，因此需要專用的薄片流通設(shè)備和雙面曝光設(shè)備；第 二種，先完成正面結(jié)構(gòu)制備再完成背面N緩沖層和背面的P/N交隔結(jié)構(gòu)，對于緩沖層需要專 用的高能離子注入設(shè)備或特殊元素注入，這種設(shè)備注入能量高達(dá)1?8Mev，對于P/N交隔 結(jié)構(gòu)需要雙面曝光設(shè)備。這兩種方案的缺點(diǎn)主要有兩個方面：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、需要高能離子注入機(jī)注入離子和需要專門的雙面曝光機(jī)對晶圓曝光，生產(chǎn)成本高。此 夕卜，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外延制備第二 導(dǎo)電類型的緩沖區(qū)，并在所述緩沖區(qū)的外表面上外延形成第二導(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，此時所述通道和減薄后的襯底間隔交錯排布；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 ?100Ω*cm〇
[0008] 作為本發(fā)明的一個優(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?lE20cnT2， 能量為30?200KEV。
[0009] 作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，外延制備的緩沖區(qū)的厚度為2?100um，電阻率 為 5 ?100Ω*cm。
[0010] 作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，外延形成的漂移區(qū)的厚度為10?650um，電阻 率為5?500Ω*cm。 toon] 作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例，所述襯底的厚度、所述外延制成的緩沖區(qū)的厚 度和所述外延形成的漂移區(qū)的厚度的三者之和為正常流通硅片厚度。
[0012] 作為本發(fā)明的一個優(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。
[0013] 作為本發(fā)明的一個優(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。
[0014] 作為本發(fā)明的一個優(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。
[0015] 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，之后在外延緩沖區(qū)上制備漂移區(qū)，并在外延漂移區(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】】
[0016] 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)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它 的附圖。其中：
[0017] 圖1為本發(fā)明中的IGBT的制造方法在一個實(shí)施例中的流程圖；
[0018] 圖2至圖7為圖1中的制造方法的各個制造工序得到晶圓的縱剖面示意圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0019] 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。
[0020] 此處所稱的"一個實(shí)施例"或"實(shí)施例"是指可包含于本發(fā)明至少一個實(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"在一個實(shí)施例中"并非均指同一 個實(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。
[0021] 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或背面。
[0022] 圖1為本發(fā)明中的IGBT的制造方法100在一個實(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。
[0023] 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。
[0024] 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外延緩沖區(qū)的厚度和外延漂移區(qū)的厚度相關(guān)。
[0025] 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。
[0026] 在所述襯底為P型時,所述步驟120中形成N型通道，在所述襯底10為N型時，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。在另一個實(shí) 施例中，通過光刻、蝕刻工藝在所述襯底10的第一表面11形成間隔的凹槽，所述凹槽的深 度可以為0. 5?50um。在所述凹槽內(nèi)填充N型半導(dǎo)體材料以形成N型通道（比如單晶硅、 多晶硅、非晶硅），通過高溫步驟使填充的半導(dǎo)體材料變成單晶硅從而得到激活后的N型通 道，隨后通過化學(xué)機(jī)械拋光（CMP)工藝平整所述襯底10的第一表面11。在圖3中的光刻膠 30可以在合適步驟中被去除。
[0027] 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。
[0028] 步驟130,結(jié)合圖4所示，在所述襯底10的第一表面11上外延制備N型的緩沖區(qū) 24,并在所述緩沖區(qū)24的外表面上外延形成N型漂移區(qū)（NDrift) 15。
[0029] 具體的，外延制備的緩沖區(qū)24的厚度為2?IOOum;電阻率為5?100Q*cm外延 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、 所述外延制成的緩沖區(qū)24的厚度與所述襯底10的厚度相關(guān)。所述襯底10的厚度、所述外 延制成的緩沖區(qū)24的厚度和所述外延形成的漂移區(qū)15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。
[0030] 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)。
[0031] 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)。
[0032] 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可能會覆 蓋整個介質(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。
[0033] 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。
[0034] 本發(fā)明提出一種圖5中的IGBT的正面結(jié)構(gòu)的制造流程的一個示例，該流程包括：
[0035] 步驟一、生長柵極氧化層，比如厚度為100 Λ -.-15000 /U
[0036] 步驟二、在柵極氧化層上生成多晶硅柵極層，比如厚度為4000 A?15000 A。
[0037] 步驟三、多晶硅柵極光刻、蝕刻、離子注入、推阱以形成P基區(qū)，P型雜質(zhì)注入劑量 為1E12?lE15cnT2,注入能量為20KEV?IMEV;推阱溫度為1000?1250C，時間為IOmin? IOOOmin0
[0038] 步驟四、N型發(fā)射區(qū)光刻、離子注入、退火以形成N型，劑量1E14?1E16,能量為 20KEV?IMEVCnT2 ;退火溫度為 800 ?1000C，時間為IOmin?IOOOmin;
[0039] 步驟五、生長介質(zhì)層，厚度：6000人?20000八；
[0040] 步驟六、接觸孔光刻、蝕刻以形成接觸孔，該接觸孔與所述N型發(fā)射區(qū)和P型基區(qū) 相通；
[0041] 步驟七、正面金屬層淀積，厚度約為2um?6um ;
[0042] 步驟八、鈍化層淀積。
[0043] 從另一個角度來講，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。
[0044] 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間隔交錯排布。
[0045] 在所述襯底10為P型時，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，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、N型緩沖區(qū)24和P型基區(qū)16共 同形成一個PIN型（positiveintrinsicnegativediode)反向二極管。
[0046] 在一個實(shí)施例中，通過研磨（Grinding)工藝對所述襯底10進(jìn)行減薄。
[0047] 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。
[0048]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，之后在外延緩沖區(qū)24 上制備漂移區(qū)，并在外延漂移區(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。
[0049] 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型緩沖區(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。
[0050]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 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外延制備第二導(dǎo)電類型的緩沖區(qū)，并在所述緩沖區(qū)的外表面 上外延形成第二導(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，此時所述通道和減薄后 的襯底間隔交錯排布； 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. 001 ?100 Q *畑1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，通過光亥I]、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。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，外延制備的緩沖區(qū)的厚度為 2?lOOum,電阻率為5?100 Q *畑1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，外延形成的漂移區(qū)的厚度為 10?650um,電阻率為5?500 Q *畑1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，所述襯底的厚度、所述外延制 成的緩沖區(qū)的厚度和所述外延形成的漂移區(qū)的厚度的H者之和為正常流通娃片厚度。
7. 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娃柵極； 覆蓋所述柵極氧化層和多晶娃柵極的介質(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。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7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)的純化層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8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】H01L21/331GK104347398SQ201310316790
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月25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