本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種FS-IGBT(場截止型絕緣柵雙極型晶體管)的制造方法。

背景技術(shù)：

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種兼具M(jìn)OS場效應(yīng)和雙極型晶體管復(fù)合的新型功率電力器件，它兼具M(jìn)OSFET器件易于驅(qū)動(dòng)、控制簡單、開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有功率晶體管導(dǎo)通壓降低，通態(tài)電流大，損耗小的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在交通、能源、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、家用電器等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

就IGBT漂移區(qū)結(jié)構(gòu)及制備方法上來講，絕緣柵雙極型晶體管主要經(jīng)歷了，穿通型IGBT(PT-IGBT)、非穿通型IGBT(NPT-IGBT)、場阻型IGBT(FS-IGBT)三個(gè)階段的發(fā)展，通常地，穿通型IGBT需要載流子壽命控制技術(shù)以減小載流子的壽命，進(jìn)而減小該類IGBT的關(guān)斷時(shí)間以及關(guān)斷損耗，但是載流子壽命控制技術(shù)會(huì)導(dǎo)致IGBT器件的正向?qū)▔航党尸F(xiàn)負(fù)的溫度系數(shù)，不利于該類IGBT器件在并聯(lián)系統(tǒng)中的應(yīng)用，為了改善IGBT的性能，在穿通型IGBT的基礎(chǔ)上提出了非穿通型IGBT(NPT-IGBT)結(jié)構(gòu)，由于通過采用透明陽極技術(shù)，降低了背面P型集電區(qū)的濃度和厚度，大大減小集電區(qū)發(fā)射效率，減小關(guān)斷損耗，也避免了載流子控制技術(shù)，使NPT-IGBT得正向?qū)▔航稻哂姓臏囟认禂?shù)，使大電流并聯(lián)成為可能，但由于NPT-IGBT的漂移區(qū)較長，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻和關(guān)斷損耗較大，無法滿足高速應(yīng)用的要求。

為了進(jìn)一步改善IGBT器件的性能，業(yè)界提出了一種新型的IGBT結(jié)構(gòu)場阻型IGBT(FS-IGBT)，F(xiàn)S-IGBT直接使用低電阻率N型硅片，利用襯底材料制作漂移區(qū)，在漂移區(qū)正面制備MOS結(jié)構(gòu)，在漂移區(qū)另一面通過擴(kuò)散或離子注入制作N型緩沖層，從而使漂移區(qū)電場呈現(xiàn)梯形分布，在一定耐壓下大大縮減了漂移區(qū)厚度，從而降低了正向?qū)▔航?，又因采用了透明陽極的技術(shù)，保證了導(dǎo)通壓降的正溫度特性。由于FS-IGBT的P型集電區(qū)厚度小濃度低，故其發(fā)射效率低，拖尾電流小，因此其開關(guān)損耗更小，成為高速低功耗的主流器件，但是在制作低壓FS-IGBT的過程中，芯片通常較薄，如耐壓為600V的FS-IGBT器件，芯片厚度一般小于70um,如此薄的芯片厚度，在制備過程中極易導(dǎo)致硅片的變形，翹曲和碎片，硅片的大小將受到限制，良品率降低，制作成本也將大大提高，在制作過程中往往需要專門的薄片工藝，工藝復(fù)雜度難度大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)低壓FS-IGBT制備過程中存在問題，提出了一種不需專用的薄片工藝兼容于傳統(tǒng)IGBT制備工藝的FS-IGBT制造方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種FS-IGBT的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

a.在一塊N型半導(dǎo)體襯底1上外延形成N型緩沖層2，形成的N型緩沖層2厚度約40um；

b.在所形成的N+緩沖層2上通過硅硅直接鍵合工藝鍵合形成支撐襯底11；

c.翻轉(zhuǎn)硅片，減薄后在表面上完成IGBT正面工藝：包括：形成柵氧化層3、多晶硅層4、P阱5、N+發(fā)射區(qū)6、BPSG層7以及正面金屬層8；

d.清洗并翻轉(zhuǎn)硅片，去除支撐襯底11；

e.刻蝕外延緩沖層2至需要的厚度；

f.在減薄后的外延緩沖層2外表面做B注入9并淀積金屬10形成集電極。

本發(fā)明制造方法的主要關(guān)鍵點(diǎn)是：步驟a中FS-IGBT的N型緩沖層(N buffer)是由外延工藝形成的，步驟a中所形成的N buffer厚度應(yīng)遠(yuǎn)大于實(shí)際設(shè)計(jì)器件N buffer層的厚度；步驟b中支撐襯底與buffer層是通過硅硅直接鍵合工藝(SDB)鍵合在一起的；步驟c中減薄后的硅片厚度與支撐襯底的厚度之和需滿足工藝要求，保證其能夠在線流片；步驟d中去除支撐襯底的方法可以先采用減薄工藝，后濕法刻蝕干法刻蝕結(jié)合精確控制減薄精度；步驟e中刻蝕外延緩沖層(N buffer)以干法刻蝕為主，精確控制N buffer層的厚度；步驟f中集電極的B注入是在外延形成的N buffer上進(jìn)行的。

本發(fā)明的有益效果為，該場截止型絕緣柵雙極型晶體管的制造方法由于通過硅硅直接鍵合工藝(SDB)在IGBT制備過程中引入了支撐襯底，使在IGBT的制備過程在較厚的襯底下進(jìn)行，避免了薄片工藝下硅片的翹曲、變形、碎片、以及晶圓大小受限制等問題，使FS-IGBT制備工藝兼容于常規(guī)的IGBT制備設(shè)備，可大大提高FS-IGBT制備的成品率及其可靠性，同時(shí)可降低其制備成本。

附圖說明

圖1是實(shí)施例中本發(fā)明FS-IGBT制造方法的工藝流程圖；

圖2是實(shí)施例中本發(fā)明FS-IGBT的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是實(shí)施例的工藝流程中一塊N型硅片示意圖；

圖4是實(shí)施例的工藝流程中N型硅片外延形成N buffer的示意圖；

圖5是實(shí)施例的工藝流程中在N buffer上鍵合形成支撐襯底的示意圖；

圖6是實(shí)施例的工藝流程中翻轉(zhuǎn)減薄N型襯底的示意圖；

圖7是實(shí)施例的工藝流程中完成正面工序后的器件結(jié)構(gòu)圖；

圖8是實(shí)施例的工藝流程中翻轉(zhuǎn)、去除支撐襯底的示意圖；

圖9是實(shí)施例的工藝流程中刻蝕減薄N buffer的示意圖；

圖10是實(shí)施例的工藝流程中在N buffer上進(jìn)行B注入的示意圖；

圖11是實(shí)施例的工藝流程中在集電區(qū)上淀積金屬，形成集電極的示意圖；

圖12是實(shí)施例FS-IGBT傳統(tǒng)與NPT-IGBT的擊穿電壓與漏電流對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

實(shí)施例：

如圖1-圖11所示，為本例的制造流程，包括：

a.在一塊電阻率為100Ω·cm的N型半導(dǎo)體襯底1上外延形成電阻率為1Ω·cm的N型緩沖層(N buffer)2，外延緩沖層厚度約40um；

b.在a步所形成的N+緩沖層上通過硅硅直接鍵合工藝(SDB)鍵合形成支撐襯底11,支撐襯底厚度的選擇要保證其能夠在線上流通；

c.翻轉(zhuǎn)硅片，減薄硅片至240um(此設(shè)計(jì)厚度不包含支撐襯底的厚度)，并在減薄后的表面上完成IGBT正面工藝：包括：形成柵氧化層3、多晶硅層4、P阱5、N+發(fā)射區(qū)6、BPSG層7以及正面金屬層8；具體的是：P阱5位于N型半導(dǎo)體襯底1中，N+發(fā)射區(qū)6位于P阱5中，柵氧化層3位于N型半導(dǎo)體襯底1表面和部分P阱5表面，多晶硅層4位于柵氧化層3表面，BPSG層7位于多晶硅層4表面，正面金屬層8位于BPSG層7、P阱5和N+發(fā)射區(qū)6表面；

d.清洗并翻轉(zhuǎn)硅片，去除支撐襯底11；

E.刻蝕外延緩沖層(N buffer)至5um；

f.在減薄后的外延緩沖層外表面做B注入9劑量為7E14，并淀積金屬10形成集電極。

本實(shí)施例最終形成的IGBT結(jié)構(gòu)如圖2所示，通過tsuprem4+medici仿真并與相同耐壓下的NPT-IGBT比較其漏電流特性，如圖12所示，發(fā)現(xiàn)1400V下使用該方法制造的FS-IGBT的漏電流為0.48uA/cm2，其而NPT-IGBT漏電流為2.16uA/cm2可以看出FS-IGBT具有更好的關(guān)態(tài)損耗，即具有更好的溫度特性，其正向?qū)ㄌ匦砸矁?yōu)于同等情況下的NPT-IGBT。