CN103441074B - 一种制造集成有二极管的igbt器件的方法 - Google Patents

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本发明涉及一种制造集成有二极管的IGBT器件的方法，包括：步骤1，选取N型掺杂硅片或外延片；步骤2，对场截止型IGBT,先在N型掺杂硅片或者外延片正面上形成N型场截止层并推结，再通过涂胶光刻选择性注入N型杂质；步骤3，若为NPT型IGBT，则直接在N型掺杂硅片或者外延片正面选择性注入N型杂质；步骤4，在N型掺杂硅片或外延片的正面采用硅硅键合方式键合另一硅片，并将N型掺杂硅片或外延片背面减薄到器件参数需求厚度；步骤5，在N型掺杂硅片或者外延片背面制作所需的IGBT器件的正面结构;步骤6，将键合的另一硅片减薄去除，再注入P型杂质并退火,使其金属化形成金属电极。本发明可实现将二极管集成在IGBT体内,工艺步骤简单，成本低且良率好。

Description

一种制造集成有二极管的IGBT器件的方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制作技术领域，特别是涉及一种制造集成有二极管的IGBT器件的方法。
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制造集成有二极管的IGBT器件的方法，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：一种制造集成有二极管的IGBT器件的方法，包括：
步骤1，选取N型掺杂硅片或者外延片；
步骤2，若所需制造的IGBT器件为场截止型IGBT器件,则先在N型掺杂硅片或者外延片正面上形成N型场截止层并推结，再在N型掺杂硅片或者外延片正面通过涂胶光刻选择性注入N型杂质；
步骤3，若所需的IGBT器件为NPT型IGBT器件，则直接在N型掺杂硅片或者外延片正面通过涂胶光刻选择性注入N型杂质；
步骤4，在N型掺杂硅片或者外延片的正面采用硅硅键合方式键合另一硅片，并将N型掺杂硅片或者外延片背面减薄至IGBT器件特性所需厚度；
步骤5，在N型掺杂硅片或者外延片背面制作所需的IGBT器件的正面结构;
步骤6，将步骤4中采用硅硅键合方式键合的另一硅片减薄去除，再注入P型杂质并退火,使该硅片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2中形成N型场截止层采用外延生长方法、单次注入N型杂质方法或多次注入N型杂质方法。这里，采用单次注入N型杂质方法或者多次注入N型杂质方法时，注入的N型杂质浓度为1E13atoms/cm3至1E21atoms/cm3，且注入的N型杂质为带有施主能级的杂质，包括磷、砷和/或锑。
进一步，所述步骤2和所述步骤3中在N型掺杂硅片或者外延片正面通过涂胶光刻选择性注入N型杂质时，注入的N型杂质的浓度为1E13atoms/cm3至1E21atoms/cm3，且注入的N型杂质为带有施主能级的杂质，包括磷、砷和/或锑。
进一步，所述步骤2和所述步骤3中在N型掺杂硅片或者外延片正面通过涂胶光刻选择性注入N型杂质时,不限制N型杂质选择性注入区域的大小。
进一步，所述步骤4中的硅硅键合方式包括在硅片之间增加缓冲层或者将硅片直接键合。
进一步，所述步骤4中将N型掺杂硅片或者外延片背面减薄的厚度由IGBT器件参数特性决定。
进一步，所述步骤5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。
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。同时相对于另外一些已有的制造方法，本发明通过在工艺初期选择性注入N型杂质,最工艺后段才注入P型集电极,减小了P型杂质受工艺高温推进影响,更容易控制杂质分布以及器件参数。
附图说明
图1为本发明所述制造集成有二极管的IGBT器件的方法的流程示意图；
图2至图8为本发明实施例一所述平面栅FS-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-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制造集成有二极管的IGBT器件的方法，包括：
步骤1，选取N型掺杂硅片或者外延片；
步骤2，若所需制造的IGBT器件为场截止型IGBT器件,则先在N型掺杂硅片或者外延片正面上形成N型场截止层并推结，再在N型掺杂硅片或者外延片正面通过涂胶光刻选择性注入N型杂质；
步骤3，若所需的IGBT器件为NPT型IGBT器件，则直接在N型掺杂硅片或者外延片正面通过涂胶光刻选择性注入N型杂质；
步骤4，在N型掺杂硅片或者外延片的正面采用硅硅键合方式键合另一硅片并将N型掺杂硅片或者外延片背面减薄至IGBT器件特性所需厚度；
步骤5，在N型掺杂硅片或者外延片背面制作所需的IGBT器件的正面结构;
步骤6，将步骤4中采用硅硅键合方式键合的另一硅片减薄去除，再注入P型杂质并退火,使该硅片金属化形成金属电极。
本实施例中，所述步骤2中形成N型场截止层采用外延生长方法、单次注入N型杂质方法或多次注入N型杂质方法。这里，采用单次注入N型杂质方法或者多次注入N型杂质方法时，注入的N型杂质浓度为1E13atoms/cm3至1E21atoms/cm3，且注入的N型杂质为带有施主能级的杂质，包括磷、砷和/或锑。
另外，所述步骤2和所述步骤3中在N型掺杂硅片或者外延片正面通过涂胶光刻选择性注入N型杂质时，注入的N型杂质的浓度为1E13atoms/cm3至1E21atoms/cm3，且注入的N型杂质为带有施主能级的杂质，包括磷、砷和/或锑。同时，所述步骤2和所述步骤3中在N型掺杂硅片或者外延片正面通过涂胶光刻选择性注入N型杂质时,不限制N型杂质选择性注入区域的大小。
同时，所述步骤4中的硅硅键合方式包括硅硅键合方式包括在硅片之间增加缓冲层或者将硅片直接键合，而所述步骤4中将N型掺杂硅片或者外延片背面减薄的厚度则由IGBT器件参数特性决定。所述步骤5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6个步骤及其细节部分，实施例一以平面栅FS-IGBT器件为例，给出了制造集成有二极管的平面栅FS-IGBT器件的详细工艺流程。为方便说明，该工艺流程中以N型掺杂硅片作为第一硅片，将步骤4中键合的另一硅片作为第二硅片。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-IGBT器件为例，给出了制造集成有二极管的沟槽栅FS-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-IGBT器件的工艺相近，区别仅在于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，与实施例二中制造沟槽栅FS-IGBT器件的工艺相近，区别仅在于不需要步骤1中提到的N型场截止层。
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，与实施例三中制造沟槽栅NPT-IGBT器件的工艺相近，区别仅在于IGBT器件的正面结构。
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 (7)

1.一种制造集成有二极管的IGBT器件的方法，其特征在于，包括：
步骤1，选取N型掺杂硅片或者外延片；
步骤2，若所需制造的IGBT器件为场截止型IGBT器件，则先在N型掺杂硅片或者外延片正面上形成N型场截止层并推结，再在N型掺杂硅片或者外延片正面通过涂胶光刻选择性注入N型杂质，形成N型场截止层采用外延生长方法、单次注入N型杂质方法或多次注入N型杂质方法，注入的N型杂质的浓度为1E13 atoms/cm3至1E21 atoms/cm3；
步骤3，若所需的IGBT器件为NPT型IGBT器件，则直接在N型掺杂硅片或者外延片正面通过涂胶光刻选择性注入N型杂质，注入的N型杂质的浓度为1E13 atoms/cm3至1E21 atoms/cm3；
步骤4，在N型掺杂硅片或者外延片的正面采用硅硅键合方式键合另一硅片，并将N型掺杂硅片或者外延片背面减薄至IGBT器件特性所需厚度；
步骤5，在N型掺杂硅片或者外延片背面制作所需的IGBT器件的正面结构；
步骤6，将步骤4中采用硅硅键合方式键合的另一硅片减薄去除，再注入P型杂质并退火，使该硅片金属化形成金属电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用单次注入N型杂质方法或者多次注入N型杂质方法时，注入的N型杂质为带有施主能级的杂质，包括磷、砷和/或锑。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在N型掺杂硅片或者外延片正面通过涂胶光刻选择性注入N型杂质时，注入的N型杂质为带有施主能级的杂质，包括磷、砷和/或锑。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在N型掺杂硅片或者外延片正面通过涂胶光刻选择性注入N型杂质时，不限制N型杂质选择性注入区域的大小。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中的硅硅键合方式包括在硅片之间增加缓冲层或者将硅片直接键合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中将N型掺杂硅片或者外延片背面减薄的厚度由IGBT器件参数特性决定。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5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。
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