[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310135962.3
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN104112663A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳海平;黃寶偉;劉鵬飛;肖秀光
• 申請（專利權(quán)）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L29/739
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)

新型半導(dǎo)體功率器件IGBT（Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，絕緣柵雙極性晶體管）具有導(dǎo)通損耗低、開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在中高壓高頻領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)IGBT有PT（Punch?Through，穿通型）、NPT（Non?Punch?Through，非穿通型）、FS（Trench?Field?Stop，場終止型）等等。

制作PT型IGBT一般是在P型重?fù)诫s的襯底上外延中摻雜的N型緩沖層(N-buffer)和低摻雜的N型耐壓層（N-），因器件耐壓的大小與N型耐壓層的厚度成一定的正比例關(guān)系，但由于外延技術(shù)的特點(diǎn)，過厚的外延生長緩慢，成本昂貴，而且隨著外延的進(jìn)一步生長，其一致性也逐漸變差，缺陷明顯增多，這就決定了PT型的外延厚度很難超過120um以上，因此，PT型IGBT的耐壓很難高于1200V以上，只適用于低壓領(lǐng)域，而且由于背面厚的重?fù)诫sP區(qū)，導(dǎo)致背注效應(yīng)很強(qiáng)，關(guān)斷損耗非常大，必須采用載流子壽命控制技術(shù)，以減少關(guān)斷損耗，但采用壽命控制技術(shù)后，器件的導(dǎo)通壓降變?yōu)樨?fù)溫度系數(shù)，不利于并聯(lián)使用，漏電流也增大。

制作NPT型IGBT一般采用均勻低摻雜的N型襯底（N-），厚度約600um左右，先制作正面結(jié)構(gòu)，再減薄襯底，然后在背面形成淺（不到1um）的P型摻雜區(qū)，這種技術(shù)可以根據(jù)不同的耐壓級別設(shè)計(jì)不同的減薄剩余厚度，在高中低壓領(lǐng)域都適用，但由于NPT型技術(shù)的特點(diǎn)，承受耐壓時耗盡層不能完全將耐壓層耗盡，故器件厚度較厚，導(dǎo)通損耗和關(guān)斷損耗都比較大。

制作FS型IGBT一般采用均勻低摻雜的N型襯底（N-），厚度約為600um左右，先進(jìn)行正面工藝，然后減薄襯底，在背面形成較深（約幾u(yù)m到十幾u(yù)m）的N型場終止層和淺（不到1um）的P型區(qū)。FS技術(shù)由于采用的場終止層，可以將電場截止掉，所以，承受耐壓時，耗盡層可以完全耗盡N-層，與NPT相比，減薄后的厚度可以進(jìn)一步減小，導(dǎo)通損耗可關(guān)斷損耗更小。與NPT一樣，在高低壓領(lǐng)域都能廣泛應(yīng)用。但是由于電場的迅速截止，器件的魯棒性存在隱患。

為優(yōu)化上述傳統(tǒng)IGBT的特性，現(xiàn)有技術(shù)中提供了一種SPT（Soft?Punch?Through，軟穿通）型的技術(shù)，該技術(shù)采用均勻低摻雜的N型襯底，先在背面進(jìn)行N型擴(kuò)散，在襯底內(nèi)形成一個濃度緩變的N型深擴(kuò)散區(qū)（擴(kuò)散片襯底），再在襯底的另一側(cè)完成IGBT的正面工藝，然后再減薄背面，根據(jù)器件特性，保留一定厚度的N型緩變擴(kuò)散區(qū)，再形成淺P摻雜區(qū)。這一技術(shù)利用緩變的N型擴(kuò)散區(qū)來截止電場，可以使耗盡層完全耗盡低摻雜的N型耐壓層，而且由于擴(kuò)撒區(qū)濃度緩變，電場不是迅速截止，改善了器件的魯棒性。但該方法存在一定不足：根據(jù)上述SPT技術(shù)的特點(diǎn)，首先是在均勻低摻雜的N型襯底的背面進(jìn)行深N區(qū)擴(kuò)散，根據(jù)擴(kuò)散工藝的原理，當(dāng)結(jié)深很深時，再往襯底內(nèi)擴(kuò)散雜質(zhì)非常困難，所以，一般該擴(kuò)散區(qū)最大深度約250um左右。而在中低壓器件領(lǐng)域（低于1700V），往往要求器件N型耐壓層的厚度低于150um，因此，原始襯底的厚度就必須低于250um+150um=400um，而400um以下的晶圓厚度在制作IGBT正面工藝時，非常困難，極易破片，通過改造設(shè)備，可以使IGBT正面工藝可操作的晶圓厚度下降到360um，但是，費(fèi)用非常昂貴，且對于360um以下的晶圓厚度仍然無法生產(chǎn)，因此，SPT型IGBT雖然有很好的特性，但在中低壓領(lǐng)域存在應(yīng)用限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種簡便易行、應(yīng)用范圍廣、靈活性好的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法。本發(fā)明的另一個目的在于提出一種擴(kuò)散層較薄、摻雜質(zhì)量較好、應(yīng)用范圍廣的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成方法，包括以下步驟：A.提供襯底；B.對所述襯底的背面進(jìn)行摻雜；C.在所述襯底的背面形成襯墊層；D.在所述襯底的正面制作正面結(jié)構(gòu)；E.去除所述襯墊層及減薄所述襯底，以暴露出所述襯底的背面；以及F.在所述襯底的背面制作背面結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述襯底與所述襯墊層的初始厚度之和為400-700微米。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，通過外延或者鍵合在所述襯底的背面形成襯墊層。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，通過外延方法形成的所述襯墊層時，所述襯底的初始厚度為300-400微米，所述襯墊層的厚度小于100微米。