CN103268860A - 一种集成有二极管的igbt器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成有二极管的IGBT器件的制造方法，包括：步骤1，选取N型衬底硅片，并在其正面通过涂胶光刻选择性注入P型杂质；步骤2，若需制作的IGBT器件为场截止型IGBT器件，则在N型衬底硅片上形成N型场截止层，并在N型场截止层上生长外延层作为外延飘移区;步骤3，若需制作的IGBT器件为NPT型IGBT器件，则在N型衬底硅片上直接生长外延层作为外延飘移区；步骤4，在步骤2或步骤3中所述的外延飘移区制作所需的IGBT器件的正面结构;步骤5，将步骤1的N型衬底硅片的背面减薄,并将其背面金属化形成金属电极。本发明通过常规光刻及注入设备即可实现将二极管集成在IGBT体内,其工艺步骤简单，制造成本低，良率好，无薄片光刻注入碎片风险。

Description

一种集成有二极管的IGBT器件的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制作技术领域，特别是涉及一种集成有二极管的IGBT器件的制造方法。
背景技术
绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor）简称IGBT，是近年来高速发展的新型电力半导体场控自关断功率器件，集功率MOSFET的高速性能与双极性器件的低电阻于一体，具有输入阻抗高，电压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性，其单体或模块主要应用于UPS、电焊机、电机驱动等大功率场合，以及微波炉、洗衣机、电磁灶、电子整流器、照相机的家用低功率电器。
IGBT不同于VDMOS的一点在于:VDMOS在体内有寄生的反向二极管,可以用于电路反向续流,但是常规IGBT器件体内是没有的,所以IGBT器件在使用时必须将另外一个二极管器件并联封装在一起才能使用;如果能够将二极管集成在IGBT体内,将大大节约制造和封装成本。目前国外将二极管集成在IGBT体内是在工艺最后通过薄片光刻机注入及特殊退火激活设备形成,制造成本非常昂贵。因此，本发明提出了一种新的制作集成有二极管的IGBT的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种集成有二极管的IGBT器件的制造方法，用于解决现有技术中二极管不易集成在IGBT内的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种集成有二极管的IGBT器件的制造方法，包括：
步骤1，选取N型衬底硅片，并在N型衬底硅片的正面通过涂胶光刻选择性注入P型杂质；
步骤2，当制作的IGBT器件为场截止型IGBT器件，则在N型衬底硅片上形成N型场截止层，并在N型场截止层上生长外延层作为外延飘移区;
步骤3，当制作的IGBT器件为NPT型IGBT器件，则在N型衬底硅片上直接生长外延层作为外延飘移区；
步骤4，在步骤2或步骤3中所述的外延飘移区制作所需的IGBT器件的正面结构;
步骤5，将步骤1的N型衬底硅片的背面减薄,并将其背面金属化形成金属电极。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤1中注入的P型杂质的浓度为1E13atoms/cm3至1E21atoms/cm3。
进一步，所述步骤1中注入的P型杂质为这里，受主能级是指当电子束缚于受主杂质中心时，其能量水平(能级)高于导带顶的能量相应的能级。
进一步，所述带有受主能级的杂质包括但不限于硼或BF2。
进一步，所述步骤1中的注入P型杂质时，需根据IGBT器件的参数要求来调整P型杂质的区域大小及间距。
进一步，所述步骤2中通过注入、固态扩散或者外延的方式在N型衬底硅片上形成N型场截止层。
进一步，所述步骤4中IGBT器件的正面结构为栅极结构。
进一步，所述栅极结构包括平面栅结构或沟槽栅结构。
本发明的有益效果是：常规IGBT器件使用时必须同时并联一个二极管封装,制造和封装成本较高;国外将二极管集成在IGBT体内需要特殊工艺设备支持,制造成本非常昂贵。本发明通过常规光刻及注入设备即可实现将二极管集成在IGBT体内,其工艺步骤简单，制造成本低，良率好，无薄片光刻注入碎片风险。
附图说明
图1为本发明所述集成有二极管的IGBT器件的制造方法的流程示意图；
图2至图8为本发明实施例一所述平面栅FS型IGBT器件的详细工艺示意图；
图9为本发明实施例二中沟槽栅FS型IGBT器件的结构示意图；
图10为本发明实施例三中沟槽栅NPT-IGBT器件的结构示意图；
图11为本发明实施例四中平面栅NPT-IGBT器件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例一给出了一种集成有二极管的IGBT器件的制造方法，包括：
步骤1，选取N型衬底硅片，并在N型衬底硅片的正面通过涂胶光刻选择性注入P型杂质；
步骤2，当制作的IGBT器件为场截止型IGBT器件，则在N型衬底硅片上形成N型场截止层，并在N型场截止层上生长外延层作为外延飘移区;
步骤3，当制作的IGBT器件为NPT型IGBT器件，则在N型衬底硅片上直接生长外延层作为外延飘移区；
步骤4，在步骤2或步骤3中所述的外延飘移区制作所需的IGBT器件的正面结构;
步骤5，将步骤1的N型衬底硅片的背面减薄,并将其背面金属化形成金属电极，即为二极管的电极。
在本实施例中，所述步骤1中注入的P型杂质的浓度为1E13atoms/cm3至1E21atoms/cm3；所述步骤1中注入的P型杂质为带有受主能级的杂质，包括但不限于硼或BF2；所述步骤1中的注入P型杂质时，需根据IGBT器件的参数要求来调整P型杂质的区域大小及间距。
另外，所述步骤2中通过注入、固态扩散或者外延的方式在N型衬底硅片上形成N型场截止层。所述步骤4中IGBT器件的正面结构为栅极结构，且所述栅极结构包括平面栅结构或沟槽栅结构。
如图2至图8所示，按照上述5个步骤及其细节部分，实施例一以平面栅FS型IGBT器件为例，给出了制造集成有二极管的平面栅FS型IGBT器件的详细工艺流程，图8即为二极管在IGBT内的最终结构。
如图9所示，实施例二以沟槽栅FS型IGBT器件为例，给出了制造集成有二极管的沟槽栅FS型IGBT器件的最终结构，其详细的工艺步骤可参照图2至图8，与制造平面栅FS型IGBT器件的工艺相近，仅区别于步骤4中提到的IGBT器件的正面结构。
如图10所示，实施例三以沟槽栅NPT-IGBT器件为例，给出了制造集成有二极管的沟槽栅NPT-IGBT器件的最终结构，其详细的工艺步骤可参照图2至图8，与制造平面栅FS型IGBT器件的工艺相近，仅区别于步骤4中提到的IGBT器件的正面结构。
如图11所示，实施例四以平面栅NPT-IGBT器件为例，给出了制造集成有二极管的平面栅NPT-IGBT器件的最终结构，其详细的工艺步骤可参照图2至图8，与制造平面栅FS型IGBT器件的工艺相近，仅区别于步骤4中提到的IGBT器件的正面结构。
本发明所述的集成有二极管的IGBT的制造方法不局限于IGBT的正面结构，且其不管选择性注入的P型杂质的浓度、深度、大小及间距，且不管是FS还是NPT IGBT，不管相应IGBT器件的电压范围，不管是平面栅型IGBT还是沟槽栅型IGBT。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种集成有二极管的IGBT器件的制造方法，其特征在于，包括：
步骤1，选取N型衬底硅片，并在N型衬底硅片的正面通过涂胶光刻选择性注入P型杂质；
步骤2，当制作的IGBT器件为场截止型IGBT器件，则在N型衬底硅片上形成N型场截止层，并在N型场截止层上生长外延层作为外延飘移区;
步骤3，当制作的IGBT器件为NPT型IGBT器件，则在N型衬底硅片上直接生长外延层作为外延飘移区；
步骤4，在步骤2或步骤3中所述的外延飘移区制作所需的IGBT器件的正面结构;
步骤5，将步骤1的N型衬底硅片的背面减薄,并将其背面金属化形成金属电极。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤1中注入的P型杂质的浓度为1E13atoms/cm3至1E21atoms/cm3。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤1中注入的P型杂质为带有受主能级的杂质。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述带有受主能级的杂质包括硼或BF2。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤1中的注入P型杂质时，需根据IGBT器件的参数要求来调整P型杂质的区域大小及间距。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤2中通过注入、固态扩散或者外延的方式在N型衬底硅片上形成N型场截止层。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤4中IGBT器件的正面结构为栅极结构。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述栅极结构包括平面栅结构或沟槽栅结构。
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