反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種反向?qū)‵S IGBT的制造方法，包括：提供N型硅片，并在N型硅片表面制備出場(chǎng)截止層；各通過一次光刻和離子注入，在場(chǎng)截止層表面形成背面PN交隔結(jié)構(gòu)；在背面PN交隔結(jié)構(gòu)表面形成氧化層；提供襯底，并將襯底與N型硅片鍵合在一起；采用IGBT正面工藝制備出IGBT正面結(jié)構(gòu)；將完成了正面工藝的鍵合硅片的襯底進(jìn)行減薄至氧化層；濕法腐蝕去除氧化層；在背面PN交隔結(jié)構(gòu)表面形成背面金屬電極。本發(fā)明采用與常規(guī)工藝兼容的離子注入（或擴(kuò)散）再高溫推阱的方式制備IGBT的場(chǎng)截止層，再通過光刻注入制作出背面PN交隔結(jié)構(gòu)，可采用常規(guī)光刻、離子注入設(shè)備作業(yè)。N型硅片與襯底鍵合得到與常規(guī)流通圓片厚度相同的圓片，無需專用薄片流通設(shè)備，降低了成本。
【專利說明】反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法，特別是涉及一種反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)—般采用反向并聯(lián)續(xù)流二極管的方式使用。但這種方式一方面浪費(fèi)封裝面積，另一方面由于寄生電感等寄生效應(yīng)的存在，并聯(lián)額外增加了功耗。因此，將IGBT與二極管集成在同一個(gè)芯片的技術(shù)日益受到重視。
[0003]反向?qū)▓?chǎng)截止(Field Stop，F(xiàn)S)IGBT是一種常用于電磁爐等用電設(shè)備的開關(guān)器件，由于改善了非平衡載流子的通道，其拖尾電流得到優(yōu)化，同時(shí)器件不需要再并聯(lián)續(xù)流二極管，降低了成本。
[0004]反向?qū)‵S IGBT的制備難點(diǎn)在于背面N+buffer層(即Field Stop層)及背面P/N交隔結(jié)構(gòu)的制備，一種傳統(tǒng)的制備方法是先利用注入(或預(yù)擴(kuò))+高溫推阱制備背面N+buffer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(duì)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200 μ m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。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，為了解決傳統(tǒng)的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管需要專用的薄片流通、加工設(shè)備，導(dǎo)致需要額外添購生產(chǎn)設(shè)備，提高了生產(chǎn)成本的問題，有必要提供一種與現(xiàn)有的常規(guī)生產(chǎn)設(shè)備兼容、減少對(duì)薄片流通設(shè)備的依賴的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法。
[0006]一種反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，包括下列步驟:提供N型硅片，并在N型硅片表面制備出N+層，推阱后得到場(chǎng)截止層，N型硅片除場(chǎng)截止層以外的部分作為漂移區(qū)；各通過一次光刻和離子注入，向所述場(chǎng)截止層分別注入P型離子和N型離子，在所述場(chǎng)截止層表面形成背面PN交隔結(jié)構(gòu)，并清理所述背面PN交隔結(jié)構(gòu)表面完成去膠；在所述背面PN交隔結(jié)構(gòu)表面形成氧化層；提供襯底，并將所述襯底與所述N型硅片形成有背面PN交隔結(jié)構(gòu)的表面鍵合在一起，得到一塊與常規(guī)流通硅片厚度一致的鍵合硅片；采用絕緣柵雙極型晶體管正面工藝在所述漂移區(qū)內(nèi)和漂移區(qū)上制備出絕緣柵雙極型晶體管正面結(jié)構(gòu)；將完成了正面工藝的鍵合硅片的所述襯底進(jìn)行減薄至所述氧化層；濕法腐蝕去除所述氧化層；在所述背面PN交隔結(jié)構(gòu)背離所述場(chǎng)截止層的表面形成背面金屬電極。
[0007]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在N型硅片表面制備出N+層的步驟，是通過離子注入或擴(kuò)散的工藝進(jìn)行制備。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述提供N型硅片的步驟中硅片的厚度為10?650微米，所述提供襯底的步驟中襯底的厚度為50?650微米，所述場(chǎng)截止層的厚度為2?100微米。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述場(chǎng)截止層的摻雜濃度為4*1013?1*1016/立方厘米。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述提供N型硅片的步驟中硅片的電阻率為5?500歐姆*厘米。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述各通過一次光刻和離子注入、向所述場(chǎng)截止層分別注入P型離子和N型離子的步驟中，P型離子的注入劑量為1*1013?1*102°/平方厘米，注入能量為30千電子伏?200千電子伏，N型離子的注入劑量為1*1013?1*102°/平方厘米，注入能量為30千電子伏?200千電子伏。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)行所述正面工藝之前，還包括對(duì)所述鍵合硅片的漂移區(qū)進(jìn)行減薄并對(duì)漂移區(qū)被減薄的一面進(jìn)行平坦化處理的步驟。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在場(chǎng)背面PN交隔結(jié)構(gòu)表面形成氧化層的步驟，是采用熱氧化或化學(xué)氣相淀積的工藝形成。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化層的厚度為0.01?5微米。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將完成了正面工藝的鍵合硅片的所述襯底進(jìn)行減薄至所述氧化層的步驟，是先拋光一部分所述襯底、再濕法腐蝕剩余的襯底。
[0016]上述反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，于正面工藝之前采用與常規(guī)工藝兼容的離子注入(或擴(kuò)散)再高溫推阱的方式制備IGBT的buffer層(即場(chǎng)截止層)，之后通過光刻注入制作出背面PN交隔結(jié)構(gòu)，因此可以采用常規(guī)光刻、離子注入設(shè)備作業(yè)，無需使用雙面曝光機(jī)和注入能量可達(dá)I兆電子伏以上的高能離子注入設(shè)備。然后將硅片與襯底鍵合在一起得到與常規(guī)流通硅片厚度一致的鍵合硅片，采用常規(guī)工藝制作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(duì)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)等專用設(shè)備。因此與現(xiàn)有的常規(guī)工藝兼容，工藝簡(jiǎn)單、減少了對(duì)專用薄片流通設(shè)備的需求，大大降低了工藝成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是一實(shí)施例中反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法的流程圖；
[0018]圖2A?圖2J是反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法的一實(shí)施例中、反向?qū)‵S IGBT在制備過程中的剖面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0020]圖1是一實(shí)施例中反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法的流程圖，包括下列步驟:
[0021]S110，提供N型硅片，并在硅片表面制備出N+層，推阱后得到場(chǎng)截止層。
[0022]請(qǐng)參照?qǐng)D2A，在本實(shí)施例中，準(zhǔn)備一塊電阻率為5?500Q*cm的N型硅片20，用離子注入或擴(kuò)散工藝在N型硅片20表面制備出N+層21，注入(或擴(kuò)散)的離子是磷、砷、氫等N型離子。之后，再高溫推阱后得到buffer層作為場(chǎng)截止(FS)層22，如圖2B所示。在本實(shí)施例中，場(chǎng)截止層22的摻雜濃度為4*1013?l*1016/cm3，厚度為2?100微米。N型硅片20除場(chǎng)截止層22以外的部分作為FS IGBT的漂移區(qū)，因此對(duì)其電阻率有相應(yīng)的要求。
[0023]S120，各通過一次光刻和離子注入，向場(chǎng)截止層分別注入P型離子和N型離子，形成背面PN交隔結(jié)構(gòu)。
[0024]請(qǐng)參照?qǐng)D2C、2D，光刻形成注入窗口后，在光刻膠的掩蔽下向場(chǎng)截止層22內(nèi)注入摻雜離子。在本實(shí)施例中，是先光刻注入P型離子(硼或氫等受主雜質(zhì))，形成IGBT的背面發(fā)射區(qū)11 ;去膠后再光刻注入N型離子(磷或砷等施主雜質(zhì))，形成背面N型導(dǎo)電通道12。N型導(dǎo)電通道12與背面發(fā)射區(qū)11 一起在襯底的表面形成背面PN交隔結(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施例中也可以先光刻注入N型離子，形成背面N型導(dǎo)電通道12 ;再光刻注入P型離子，形成IGBT的背面發(fā)射區(qū)11。
[0025]在本實(shí)施例中，兩次離子注入劑量為1*1013?l*102°/cm2，離子注入能量為30?200kev。兩次注入均采用光刻曝光出圖形，這樣可以防止不同類型雜質(zhì)之間的補(bǔ)償，更有利于對(duì)器件背面注入效率的控制。
[0026]離子注入完成后清理背面PN交隔結(jié)構(gòu)的表面，去除光刻膠。
[0027]S130，在背面PN交隔結(jié)構(gòu)表面形成氧化層。
[0028]在場(chǎng)截止層22形成有背面PN交隔結(jié)構(gòu)的一面形成一層氧化層14，作為背面結(jié)構(gòu)的保護(hù)層。可以采用熱氧化或化學(xué)氣相淀積工藝生成氧化層14。氧化層14在后續(xù)的減薄步驟中作為腐蝕終點(diǎn)。
[0029]在本實(shí)施例中，氧化層14的厚度為0.01?5微米。圖2E是步驟S130完成后反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的剖面示意圖。
[0030]S140，提供襯底，并將襯底與N型硅片鍵合在一起。
[0031]翻轉(zhuǎn)N型硅片20，將其形成有背面PN交隔結(jié)構(gòu)的一面與襯底10鍵合在一起，得到一塊與常規(guī)流通硅片厚度一致的鍵合硅片。本實(shí)施例中，襯底10為硅襯底，采用直接鍵合(SDB)的方式將N型硅片20與襯底10鍵合在一起。常規(guī)流通硅片的厚度是本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)知的娃片(wafer)在制造、傳輸中通常的厚度,對(duì)于6英寸wafer為625微米,對(duì)于8英寸wafer為725微米。
[0032]也就是說，應(yīng)該選擇好襯底10和N型硅片20的厚度，使得步驟S140完成后，鍵合硅片的厚度為常規(guī)流通硅片厚度。在本實(shí)施例中，步驟S140中提供的襯底10的厚度為100?650微米，步驟SllO中提供的N型硅片20的厚度為10?650微米。圖2F是步驟S140完成后反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的剖面示意圖。
[0033]S150，采用絕緣柵雙極型晶體管正面工藝在漂移區(qū)內(nèi)和漂移區(qū)上制備出絕緣柵雙極型晶體管正面結(jié)構(gòu)。
[0034]本實(shí)施例中，反向?qū)‵S IGBT是平面柵極(Planar) IGBT，可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)知的平面柵極IGBT的正面工藝制備其正面結(jié)構(gòu)，此處不再贅述。參照?qǐng)D2G，步驟S150完成后器件包括N型硅片20的漂移區(qū)內(nèi)的P型體區(qū)24，P型體區(qū)24內(nèi)的N型的發(fā)射極25，漂移區(qū)表面的柵氧化層26，柵氧化層26表面的多晶硅柵極27，覆蓋柵氧化層26和多晶硅柵極27的氧化物介質(zhì)層28，以及分別從發(fā)射極25和多晶硅柵極27引出的焊盤(pad)E(發(fā)射極)和焊盤G (柵極)。
[0035]可以理解的，在其它實(shí)施例中，反向?qū)‵S IGBT也可以是溝槽柵極(Trench)IGBT，可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)知的溝槽柵極IGBT的正面工藝制備其正面結(jié)構(gòu)。
[0036]S160，將完成了正面工藝的鍵合硅片的襯底進(jìn)行減薄至氧化層。
[0037]對(duì)襯底10進(jìn)行減薄。在本實(shí)施例中是拋光襯底10至仍剩余一定厚度后，用濕法腐蝕進(jìn)一步去除襯底10的硅材料，以背面的氧化層14作為自然終點(diǎn)。可以理解的，本步驟中的濕法腐蝕采用的是對(duì)硅/ 二氧化硅有高腐蝕比的腐蝕液。圖2H是步驟S160完成后反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的剖面示意圖。
[0038]S170，濕法腐蝕去除氧化層。
[0039]在減薄完成后采用濕法腐蝕去除IGBT背面的氧化層14?？梢岳斫獾模静襟E中的濕法腐蝕采用的是對(duì)二氧化硅/硅有高腐蝕比的腐蝕液。圖21是步驟S170完成后反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的剖面示意圖。
[0040]S180，在背面PN交隔結(jié)構(gòu)背離場(chǎng)截止層的表面形成背面金屬電極。
[0041]PN交隔結(jié)構(gòu)清理完成后，采用濺射或蒸發(fā)的方式制備IGBT的背面金屬電極19，最終得到反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管，如圖2J所示。
[0042]上述反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，于正面工藝之前采用與常規(guī)工藝兼容的離子注入(或擴(kuò)散)再高溫推阱的方式制備IGBT的buffer層(即場(chǎng)截止層22)，之后通過光刻注入制作出背面PN交隔結(jié)構(gòu)，因此可以采用常規(guī)光刻、離子注入設(shè)備作業(yè)，無需使用雙面曝光機(jī)和注入能量可達(dá)I兆電子伏以上的高能離子注入設(shè)備。然后將硅片與襯底鍵合在一起得到與常規(guī)流通硅片厚度一致的鍵合硅片，采用常規(guī)工藝制作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(duì)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)等專用設(shè)備。因此與現(xiàn)有的常規(guī)工藝兼容，工藝簡(jiǎn)單、減少了對(duì)專用薄片流通設(shè)備的需求，大大降低了工藝成本。
[0043]在步驟SllO中，若設(shè)計(jì)的漂移區(qū)較薄，可以先用一塊較厚(厚度大于漂移區(qū)設(shè)計(jì)厚度)的N型硅片20，再于正面工藝(步驟S150)之前，將鍵合硅片的漂移區(qū)進(jìn)行減薄，并對(duì)該被減薄的一面進(jìn)行平坦化處理(CMP )。
[0044]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，包括下列步驟: 提供N型硅片，并在N型硅片表面制備出N+層，推阱后得到場(chǎng)截止層，N型硅片除場(chǎng)截止層以外的部分作為漂移區(qū)； 各通過一次光刻和離子注入，向所述場(chǎng)截止層分別注入P型離子和N型離子，在所述場(chǎng)截止層表面形成背面PN交隔結(jié)構(gòu)，并清理所述背面PN交隔結(jié)構(gòu)表面完成去膠； 在所述背面PN交隔結(jié)構(gòu)表面形成氧化層； 提供襯底，并將所述襯底與所述N型硅片形成有背面PN交隔結(jié)構(gòu)的表面鍵合在一起，得到一塊與常規(guī)流通硅片厚度一致的鍵合硅片； 采用絕緣柵雙極型晶體管正面工藝在所述漂移區(qū)內(nèi)和漂移區(qū)上制備出絕緣柵雙極型晶體管正面結(jié)構(gòu)； 將完成了正面工藝的鍵合硅片的所述襯底進(jìn)行減薄至所述氧化層； 濕法腐蝕去除所述氧化層； 在所述背面PN交隔結(jié)構(gòu)背離所述場(chǎng)截止層的表面形成背面金屬電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述在N型硅片表面制備出N+層的步驟，是通過離子注入或擴(kuò)散的工藝進(jìn)行制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述提供N型硅片的步驟中硅片的厚度為10?650微米，所述提供襯底的步驟中襯底的厚度為50?650微米，所述場(chǎng)截止層的厚度為2?100微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述場(chǎng)截止層的摻雜濃度為4*1013?1*1016/立方厘米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述提供N型硅片的步驟中硅片的電阻率為5?500歐姆*厘米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述各通過一次光刻和離子注入、向所述場(chǎng)截止層分別注入P型離子和N型離子的步驟中，P型離子的注入劑量為1*1013?1*102°/平方厘米，注入能量為30千電子伏?200千電子伏，N型離子的注入劑量為1*1013?1*102°/平方厘米，注入能量為30千電子伏?200千電子伏。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，進(jìn)行所述正面工藝之前，還包括對(duì)所述鍵合硅片的漂移區(qū)進(jìn)行減薄并對(duì)漂移區(qū)被減薄的一面進(jìn)行平坦化處理的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述在場(chǎng)背面PN交隔結(jié)構(gòu)表面形成氧化層的步驟，是采用熱氧化或化學(xué)氣相淀積的工藝形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述氧化層的厚度為0.01?5微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，所述將完成了正面工藝的鍵合硅片的所述襯底進(jìn)行減薄至所述氧化層的步驟，是先拋光一部分所述襯底、再濕法腐蝕剩余的襯底。
【文檔編號(hào)】H01L21/331GK104425258SQ201310391300
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】黃璇, 王萬禮, 王根毅 申請(qǐng)人:無錫華潤(rùn)上華半導(dǎo)體有限公司