[發明專利]一種場截止型反向導通絕緣柵雙極型晶體管制備方法

在審

• 申請號: 201710159280.4
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106898554A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 陳萬軍;劉亞偉;劉承芳;陶宏;劉杰;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)51232
• 代理人: 葛啟函

技術領域

發明屬于半導體技術領域，涉及一種場截止型反向導通絕緣柵雙極型晶體管制備方法。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種兼具MOS場效應和雙極型晶體管復合的新型功率電力器件，它兼具MOSFET器件易于驅動、控制簡單、開關速度快的優點，又具有功率晶體管導通壓降低，通態電流大，損耗小的優點，在功率開關器件中日益扮演者越來越重要的角色。而該類功率器件在作為開關器件的使用的時候都會反向并聯一個續流二極管，因此在IGBT模塊化封裝中，常常會在IGBT芯片旁邊再放置一個續流二極管芯片，以滿足使用目的。隨著對IGBT工作原理的進一步研究以及工藝水平的不斷提高，人們發現可以將反向續流二極管集成在同一個IGBT芯片上，即制備IGBT時同時將反向續流二極管制備在同一硅片上，正向加電壓是作為IGBT使用，反向加電壓時作為續流二極管使用，將續流二極管和IGBT制備在一起的器件一般稱為反向導通絕緣柵雙極型晶體管(RC-IGBT),該方法可以節約50％的芯片面積，提高集成度，同時節省封裝費用，降低功耗。

但是對于中低壓FS-IGBT，其芯片厚度較薄，如600V FS-IGBT器件厚度只有40-60um，若將續流二極管和FS-IGBT集成在一起，即使使用專用的薄片工藝設備，在減薄后的晶圓背面制作背面結構也極易造成硅片碎片，成品率低，并且該工藝所用的晶圓尺寸將會受到限制，不利于該類芯片的產業化。

發明內容

本發明的目的，就是針對上述中低壓場截止型反向導通絕緣柵雙極型晶體管制備中存在的問題，提出一種無需專用的薄片工藝設備，在厚硅片上制備該類功率芯片的方法。

本發明的技術方案是：一種場截止型反向導通絕緣柵雙極型晶體管制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

a.采用離子注入工藝，在一塊N型半導體硅片1頂層注入N型雜質并推結形成場截止層2，所述場截止層2的厚度為5um；所述離子注入工藝的條件為：注入劑量10¹²～10¹³個/cm²,退火溫度1150～1200℃，退火時間90～300分鐘；

b.采用離子注入工藝，在截止層2上離子注入P型雜質并退火形成P型透明集電區3，所述P型透明集電區3的厚度為0.5-2um；所述離子注入工藝的條件為：注入劑量10¹⁴～10¹⁵個/cm²，退火溫度450℃，退火時間30～90分鐘；

c.采用淀積工藝，在P型透明集電區3上淀積厚度1um的二氧化硅層4；本步驟中不宜采用熱氧化工藝，以免侵蝕已經形成的集電極層；

d.采用鍵合工藝，將另一塊硅片5與二氧化硅層4表面鍵合；其中，另一塊硅片5的摻雜濃度為10¹⁹～10²⁰個/cm³，鍵合的溫度為300～1100℃；本步驟中用以鍵合的重摻雜硅片的厚度，應根據實際工藝要求確定，以保證該硅片能在線上流通；

e.翻轉硅片，減薄N型半導體硅片1底層至需要的厚度，并在減薄后的N型半導體硅片1底層上完成IGBT正面工藝：包括：形成柵氧化層6、多晶硅層7、P阱8、N+發射區9、BPSG層10及正面金屬層11；

f.翻轉硅片，采用光刻工藝，刻蝕形成第一溝槽12，所述第一溝槽12依次另一塊硅片5和P型透明集電區3延伸入場截止層2中；

g.采用淀積工藝，在第一溝槽12中填充多晶硅，并通過化學機械拋光平坦化去除硅片背面裸露多晶硅；

h.采用光刻工藝，刻蝕形成第二溝槽13，所述第二溝槽13貫穿另一塊硅片5延伸至P型透明集電區3上層；光刻工藝中可采用干法刻蝕、定向濕法刻蝕，激光打孔均可，當刻槽至柵氧化層時，應采用干法刻蝕的方法，以保證工藝精度；

i.采用淀積工藝，在另一塊硅片5背面淀積金屬至第二溝槽13完全填充，并減薄背面金屬層通過化學機械拋光平坦化形成集電極金屬區13。

進一步的，所述另一塊硅片5為N型或P型半導體硅片。

進一步的，所述步驟f步和步驟g步中，第一溝槽12的寬度越大，填充的多晶硅摻雜濃度越高，器件的反向導通壓降越小。

進一步的，所述步驟i步中，所淀積的金屬可以為一種金屬也可以為多層金屬的組合，減薄后的背面表面金屬層厚度為4um。。