CN101789375B - 一种非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺，(1)将非穿通型绝缘栅双极晶体管硅片正面工艺进行完毕；(2)将硅片背面研磨减薄并去除应力；(3)在硅片背面注入硅离子、锗离子或二氟化硼离子进行预非晶化处理；(4)硅片背面注入硼离子；(5)进行炉管低温退火；(6)采用溅射或蒸发方法，在硅片背面生成铝薄层，并合金处理；(7)采用溅射或蒸发方法，在硅片背面依次制备钛、镍、银金属层。本发明由于在硅片背面采用先注入硅离子、锗离子或二氟化硼离子进行预非晶化处理，然后注入硼离子并进行低温退火，提高了注入硼杂质的激活率，因此增强了对漂移区的电导调制效应，有效地降低了导通电阻和导通电压。本发明可以广泛应用于半导体制作工艺中。

Description

一种非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺

技术领域

本发明涉及一种半导体制作工艺，特别是关于一种用于提高非穿通型绝缘栅双极晶体管(NPT IGBT)晶背收集极硼离子激活率的非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种把金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)和双极型三极管(BJT)技术集成起来的半导体功率器件，广泛应用于大功率电力电子技术中。IGBT作为一种电压控制的MOS/双极复合型器件，同时具有双极结型功率晶体管和功率金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的主要优点：输入阻抗高、输入驱动功率小、导通电阻小、电流容量大以及开关速度快等。如图1所示，一个高压N沟道增强型IGBT器件的工作原理为：当栅极b所加电压超过MOS阈值电压后，一方面会造成高压IGBT器件的P基区1的表面掺杂特性反转形成N沟道，从而导通MOS管的N源极2和漏极N^-漂移区3；另一方面，与集电极c相连的P掺杂层4在正向偏压作用下，P掺杂层4中的空穴会注入到N漂移区3中。这些注入的空穴会对N^-漂移区3进行电导调制，可有效降低N^-漂移区3的电阻，从而降低IGBT的导通电阻和导通电压。电导调制效应是IGBT最主要的特征，也是IGBT区别于MOS功率管的本质所在。

在正向截止状态下，由P基区1和N^-漂移区3构成的PN结几乎承受了所有的漏源电压。由于N^-漂移区3掺杂浓度小于P基区1，因此当正向漏源电压加大时此PN结耗尽层将主要向N^-漂移区3中扩展。按照IGBT器件正向击穿时耗尽层是否穿透了N^-漂移区3可将IGBT分成两大类：穿通型绝缘栅双极晶体管(PT IGBT)和非穿通型绝缘栅双极晶体管(NPT IGBT)。PT IGBT一般采用P⁺衬底，用外延的方法在其上生长N^-漂移区3。然而随着器件的耐压要求的大大提高，要求的N^-漂移区3更厚，以至于难以再采用外延技术得以实现。而NPT IGBT则采用高电阻率的区熔单晶片代替外延片，在硅片正面的相关工艺完成后对硅片背面进行减薄，之后通过背面离子注入(通常硼注入)和退火的方法生成P掺杂层4。与PT IGBT相比，NPT IGBT具有耐压高、成本低及开关特性好等优点。然而，NPT IGBT也有其重要的缺点，即它的导通电压偏高。这主要是因为硅片正面已经完成铝金属化工艺，硅片背面硼离子注入后的温度受到限制(一般不可超过550度)，这导致注入的硼离子不能被有效激活，大大减少了从P掺杂层4注入到N^-漂移区3的空穴数量，从而削弱了N^-漂移区3中的电导调制效应，致使导通电阻偏高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能有效提高硼离子激活率、降低N^-漂移区导通电阻和导通电压的非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺，其步骤如下：(1)将非穿通型绝缘栅双极晶体管硅片正面工艺进行完毕；(2)采用砂轮研磨方式，从非穿通型绝缘栅双极晶体管硅片的背面，将硅片减薄到厚度为80～250um之间，并去除应力；(3)在硅片背面注入硅离子、锗离子或二氟化硼离子进行预非晶化处理；(4)硅片背面经所述步骤(3)预非晶化处理后，再注入硼离子；(5)将硅片进行炉管低温退火；(6)采用溅射或蒸发工艺，在硅片背面生成铝薄层，并做合金处理；(7)采用溅射或蒸发工艺，在硅片背面的铝薄层上，依次制备钛、镍、银金属层。

所述步骤(3)中，注入所述硅离子或锗离子其中之一时，注入的剂量范围为2E15～2E16cm^-2，能量范围为40～200keV，注入角度为7°。

所述步骤(3)中，注入所述二氟化硼离子时，注入的剂量范围为1E15～5E15cm^-2，能量范围为30～100keV，注入角度为7°。

所述步骤(4)中，所述硼离子的注入剂量范围为1E14～2E15cm^-2，能量范围为30～100keV，注入角度为0～10°。

所述步骤(5)中，所述炉管的温度在400°～550°范围之间，退火时间在30～300分钟之间。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在非穿通型绝缘栅双极晶体管硅片背面，采用减薄后先注入硅离子、锗离子或二氟化硼离子对硅片背面进行预非晶化处理，有效地提高了硼离子注入后低温退火后的激活率，进而提高了集电极注入到漂移区的空穴数量，增强了对漂移区的电导调制效应，因此有效地降低了非穿通型绝缘栅双极晶体管的导通电阻和导通电压。2、本发明由于采用在硅片正面工艺全部完成之后，在硅片背面注入离子并进行低温热处理工艺，炉管的温度在400°～550°范围之间，退火时间在30～300分钟之间，因此保证了不影响硅片正面已完成的器件结构及其性能。本发明可以广泛应用于半导体制作工艺中。

附图说明

图1是现有技术中的高压绝缘栅双极晶体管器件结构示意图

图2是本发明的制作工艺流程示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图2所示，本发明采用在绝缘栅双极晶体管(IGBT)晶背表面预非晶化处理，以及低温热处理的方法，来提高非穿通型绝缘栅双极晶体管(NPT IGBT)晶背收集硼离子激活率。其步骤如下：

1)将非穿通型绝缘栅双极晶体管硅片正面工艺进行完毕；

2)采用砂轮研磨方式，从非穿通型绝缘栅双极晶体管硅片的背面，将硅片减薄到厚度为80～250um之间，并进行必要的去除应力处理；

3)在硅片背面注入硅离子、锗离子或二氟化硼离子进行预非晶化处理；

当注入硅离子或锗离子时，其注入的剂量范围为2E15～2E16cm^-2，能量范围为40～200keV，注入角度为7°；当注入二氟化硼离子时，其注入的剂量范围为1E15～5E15cm^-2，能量范围为30～100keV，注入角度为7°；

4)硅片背面经步骤3)预非晶化处理后，再注入硼离子，其注入剂量范围为1E14～2E15cm^-2，能量范围为30～100keV，注入角度为0～10°；

5)经上述四个步骤处理后，将硅片进行炉管低温退火，温度在400°～550°范围之间，退火时间在30～300分钟之间；

6)采用溅射或蒸发工艺，在硅片背面生成铝薄层，并做合金处理，形成集电极欧姆接触；

7)采用溅射或蒸发工艺，在硅片背面的铝薄层上，依次制备钛(Ti)、镍(Ni)、银(Ag)金属层。

经上述各工艺步骤制作的非穿通型绝缘栅双极晶体管，大大提高了集电极中硼离子的激活率，在适当的退火时间与温度条件下，采用硅、锗或二氟化硼离子预非晶化处理，以及炉管低温退火的方法可以制备出低导通电阻、低导通电压且性能优良的非穿通型绝缘栅双极晶体管。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本发明技术方案上的变化和改进，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺，其步骤如下：

(1)将非穿通型绝缘栅双极晶体管硅片正面工艺进行完毕；

(2)采用砂轮研磨方式，从非穿通型绝缘栅双极晶体管硅片的背面，将硅片减薄到厚度为80～250um之间，并去除应力；

(3)在硅片背面注入硅离子、锗离子或二氟化硼离子进行预非晶化处理；

(4)硅片背面经所述步骤(3)预非晶化处理后，再注入硼离子；

(5)将硅片进行炉管低温退火；

(6)采用溅射或蒸发工艺，在硅片背面生成铝薄层，并做合金处理；

(7)采用溅射或蒸发工艺，在硅片背面的铝薄层上，依次制备钛、镍、银金属层。

2.如权利要求1所述的一种非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺，其特征在于：所述步骤(3)中，注入所述硅离子或锗离子其中之一时，注入的剂量范围为2E15～2E16cm^-2，能量范围为40～200keV，注入角度为7°。

3.如权利要求1所述的一种非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺，其特征在于：所述步骤(3)中，注入所述二氟化硼离子时，注入的剂量范围为1E15～5E15cm^-2，能量范围为30～100keV，注入角度为7°。

4.如权利要求1所述的一种非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺，其特征在于：所述步骤(4)中，所述硼离子的注入剂量范围为1E14～2E15cm^-2，能量范围为30～100keV，注入角度为0～10°。

5.如权利要求1所述的一种非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺，其特征在于：所述步骤(5)中，所述炉管的温度在400°～550°范围之间，退火时间在30～300分钟之间。

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