CN104576368A - 逆导型igbt背面工艺的形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种逆导型IGBT背面工艺的形成方法，包括步骤：完成正面工艺；进行背面减薄并进行背面第一次N型重掺杂离子注入形成N型场截止层；进行背面全面的重掺杂的硼离子注入；对背面全区域进行第一次激光退火对硼离子注入区进行激活；进行背面全面第二次N型重掺杂离子注入；对背面的部分区域进行第二次激光退火并实现第二次激光退火区域的第二次N型重掺杂离子注入区的激活；形成背面金属层。本发明不需要采用光刻工艺，能降低工艺成本以及避免产生背面光刻工艺所带来的背面对准问题和去胶问题。

Description

逆导型IGBT背面工艺的形成方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种逆导型(RC)IGBT背面工艺的形成方法。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)，是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和电力晶体管(GTR)即耐高电压、大电流的双极结型晶体管的低导通压降两方面的优点。
但是在IGBT产品的应用中，需要搭配并联相应规格的快恢复二极管(FASTRECOVERED DIODE，FRD)产品作为关断时的电流泄放回路，保护IGBT芯片。
由于IGBT产品和FRD产品在性能优化上，对工艺提出不同的要求，因此在高端应用上，IGBT和FRD产品是通过不同的芯片在电路上或者模块内部并联来实现；对于低端应用，通过在同一个芯片上形成IGBT和FRD，能够大幅度的降低芯片面积，降低成本。
如图1所示，逆导型IGBT的结构示意图；逆导型IGBT集成在一起的IGBT和FRD，IGBT的正面工艺结构包括元胞区和耐压保护区，耐压保护区围绕在元胞区的周侧。所述元胞区形成有IGBT的单元结构，所述IGBT的单元结构包括：
P阱104，P阱104形成在衬底101的正面。
多晶硅栅102，所述多晶硅栅102和所述P阱104之间隔离有栅氧化层103。
发射区105，由形成于所述P阱104表面的N型重掺杂区组成，被所述多晶硅栅102覆盖的所述P阱104表面用于形成连接所述发射区105和所述N型漂移区的沟道。发射区105也即IGBT中的MOS器件的源区。
P阱引出区105，由P型重掺杂区组成；所述P阱引出区105穿过所述发射区105进入到所述P阱104中，所述P阱引出区105同时和所述发射区105和所述P阱104接触。
正面金属层109，栅极和发射极分别由正面金属层109组成，栅极通过穿过层间膜107的接触孔108和所述多晶硅栅102接触，发射极通过接触孔108和所述P阱引出区105接触。
背面工艺结构包括，重掺杂的P型注入层111，由所述P型注入层111组成IGBT的集电区；重掺杂的N型注入层112，由所述N型注入层112组成FRD的背面N+区；背面金属层113作为IGBT的集电极和FRD的背面电极。
如图2所示，是现有逆导型IGBT背面工艺的形成方法方法流程图；如图3A至图3D所示，是现有方法各步骤中逆导型IGBT的背面结构示意图；现有方法包括如下步骤：
步骤一、如图1所示，在N型掺杂的衬底101正面完成逆导型IGBT的正面工艺。
步骤二、如图3A所示，对所述衬底101进行背面减薄并对所述衬底101的背面进行全面第一次N型重掺杂离子注入形成N型场截止层110；图3A中省略了正面工艺结构的示意。
步骤三、如图3A所示，对所述衬底101的背面进行全面的重掺杂的硼离子注入，形成的硼离子注入区111a位于所述N型场截止层110的背部表面。
步骤四、如图3A所示，采用光刻工艺定义出FRD的背面N+区图形，具体为：先形成光刻胶114，再采用光罩115进行曝光。如图3B所示，曝光显影后形成光刻胶114图形。
步骤五、如图3B所示，以光刻胶114为掩膜进行背面第二次N型重掺杂离子注入即图3B中的背面N+注入，形成第二次N型重掺杂离子注入区112a。
步骤六、背面去胶。
步骤七、如图3C所示，进行背面全区域激光退火。退火激光后的硼离子注入区111a用111表示并作为IGBT的集电区111，第二次N型重掺杂离子注入区112a用112表示并作为FRD器件的背面N+区112。
步骤八、如图3D所示，在所述衬底101的背面形成背面金属层113。
由上可知，现有方法的RC-IGBT的FRD器件的背面N+区112是通过背面工艺形成且需要采用光刻工艺进行定义，不仅工艺成本高，而且会产生背面对准问题和去胶问题，也即会产生前道后道兼容性问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种逆导型IGBT背面工艺的形成方法，不需要采用光刻工艺，能降低工艺成本以及避免产生背面光刻工艺所带来的背面对准问题和去胶问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的逆导型IGBT背面工艺的形成方法的逆导型IGBT半导体器件集成有IGBT器件和快速恢复二极管，包括如下步骤：
步骤一、在N型掺杂的衬底正面完成逆导型IGBT的正面工艺。
步骤二、对所述衬底进行背面减薄并对所述衬底的背面进行全面第一次N型重掺杂离子注入形成N型场截止层。
步骤三、对所述衬底的背面进行全面的重掺杂的硼离子注入，形成的硼离子注入区位于所述N型场截止层的背部表面。
步骤四、对所述衬底的背面的全区域进行第一次激光退火，该第一次激光退火实现对所述硼离子注入区的激活。
步骤五、对所述衬底的背面进行全面第二次N型重掺杂离子注入，形成的第二次N型重掺杂离子注入区位于激活后的所述硼离子注入区中。
步骤六、对所述衬底的背面的部分区域进行第二次激光退火并实现第二次激光退火区域的所述第二次N型重掺杂离子注入区的激活；由所述第二次激光退火激活后的所述第二次N型重掺杂离子注入区组成所述快速恢复二极管的背面N+区；由第二次激光退火区域外的所述硼离子注入区组成所述IGBT器件的集电区。
步骤七、在所述衬底的背面形成背面金属层。
进一步的改进是，所述正面工艺包括形成元胞区和耐压保护区的工艺。
进一步的改进是，所述元胞区形成有IGBT的单元结构，所述IGBT的单元结构包括：
P阱，形成于所述衬底的正面；由所述P阱和所述N型场截止层之间所述衬底作为N型漂移区。
多晶硅栅，所述多晶硅栅和所述P阱之间隔离有栅氧化层。
发射区，由形成于所述P阱表面的N型重掺杂区组成，被所述多晶硅栅覆盖的所述P阱表面用于形成连接所述发射区和所述N型漂移区的沟道。
P阱引出区，由P型重掺杂区组成；所述P阱引出区穿过所述发射区进入到所述P阱中，所述P阱引出区同时和所述发射区和所述P阱接触。
正面金属层，栅极和发射极分别由正面金属层组成，栅极通过接触孔和所述多晶硅栅接触，发射极通过接触孔和所述P阱引出区接触。
本发明的IGBT的集电区和FRD的背面N+区的离子注入都采用全面注入形成，并通过部分区域的激光退火来定义IGBT的集电区和FRD的背面N+区，所以本发明不需要采用光刻工艺来定义背面的IGBT的集电区和FRD的背面N+区，能降低工艺成本以及避免产生背面光刻工艺所带来的背面对准问题和去胶问题，使前道后道工艺兼容。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是逆导型IGBT的结构示意图；
图2是现有逆导型IGBT背面工艺的形成方法方法流程图；
图3A-图3D是现有方法各步骤中逆导型IGBT的背面结构示意图；
图4是本发明实施例逆导型IGBT背面工艺的形成方法方法流程图；
图5A-图5E是本发明实施例方法各步骤中逆导型IGBT的背面结构示意图；
图6是本发明实施例方法进行部分区域激光退火的示意图。
具体实施方式
如图4所示，是本发明实施例逆导型IGBT背面工艺的形成方法方法流程图；如图5A至图5E所示，是本发明实施例方法各步骤中逆导型IGBT的背面结构示意图；本发明实施例方法包括如下步骤：
步骤一、如图1所示，在N型掺杂的衬底101正面完成逆导型IGBT的正面工艺。
如图1所示，逆导型IGBT的结构示意图；逆导型IGBT集成在一起的IGBT和FRD，IGBT的正面工艺结构包括元胞区和耐压保护区，耐压保护区围绕在元胞区的周侧。所述元胞区形成有IGBT的单元结构，所述IGBT的单元结构包括：
P阱104，P阱104形成在衬底101的正面。
多晶硅栅102，所述多晶硅栅102和所述P阱104之间隔离有栅氧化层103。
发射区105，由形成于所述P阱104表面的N型重掺杂区组成，被所述多晶硅栅102覆盖的所述P阱104表面用于形成连接所述发射区105和所述N型漂移区的沟道。发射区105也即IGBT中的MOS器件的源区。
P阱引出区105，由P型重掺杂区组成；所述P阱引出区105穿过所述发射区105进入到所述P阱104中，所述P阱引出区105同时和所述发射区105和所述P阱104接触。
正面金属层109，栅极和发射极分别由正面金属层109组成，栅极通过穿过层间膜107的接触孔108和所述多晶硅栅102接触，发射极通过接触孔108和所述P阱引出区105接触。
步骤二、如图5A所示，对所述衬底101进行背面减薄并对所述衬底101的背面进行全面第一次N型重掺杂离子注入形成N型场截止层110。图5A中省略了正面工艺结构的示意。
步骤三、如图5A所示，对所述衬底101的背面进行全面的重掺杂的硼离子注入，形成的硼离子注入区111a位于所述N型场截止层110的背部表面。
步骤四、如图5B所示，对所述衬底101的背面的全区域进行第一次激光退火，该第一次激光退火实现对所述硼离子注入区111a的激活，激活后的所述硼离子注入区111a用111标记。
步骤五、如图5C所示，对所述衬底101的背面进行全面第二次N型重掺杂离子注入即图5C中的背面N+注入，形成的第二次N型重掺杂离子注入区112a位于激活后的所述硼离子注入区111中。
步骤六、如图5D所示，对所述衬底101的背面的部分区域进行第二次激光退火并实现第二次激光退火区域的所述第二次N型重掺杂离子注入区112a的激活；如图6所示，是本发明实施例方法进行部分区域激光退火的示意图，通过光斑扫描条116和光斑扫描条116之间的扫描间隔117定义出第二次激光退火区域。
由所述第二次激光退火激活后的所述第二次N型重掺杂离子注入区112a组成所述快速恢复二极管的背面N+区112；由第二次激光退火区域外的所述硼离子注入区111组成所述IGBT器件的集电区111。
步骤七、如图5E所示，在所述衬底101的背面形成背面金属层。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种逆导型IGBT背面工艺的形成方法，逆导型IGBT半导体器件集成有IGBT器件和快速恢复二极管，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在N型掺杂的衬底正面完成逆导型IGBT的正面工艺；
步骤二、对所述衬底进行背面减薄并对所述衬底的背面进行全面第一次N型重掺杂离子注入形成N型场截止层；
步骤三、对所述衬底的背面进行全面的重掺杂的硼离子注入，形成的硼离子注入区位于所述N型场截止层的背部表面；
步骤四、对所述衬底的背面的全区域进行第一次激光退火，该第一次激光退火实现对所述硼离子注入区的激活；
步骤五、对所述衬底的背面进行全面第二次N型重掺杂离子注入，形成的第二次N型重掺杂离子注入区位于激活后的所述硼离子注入区中；
步骤六、对所述衬底的背面的部分区域进行第二次激光退火并实现第二次激光退火区域的所述第二次N型重掺杂离子注入区的激活；由所述第二次激光退火激活后的所述第二次N型重掺杂离子注入区组成所述快速恢复二极管的背面N+区；由第二次激光退火区域外的所述硼离子注入区组成所述IGBT器件的集电区；
步骤七、在所述衬底的背面形成背面金属层。
2.如权利要求1所述的逆导型IGBT背面工艺的形成方法，其特征在于：所述正面工艺包括形成元胞区和耐压保护区的工艺。
3.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述元胞区形成有IGBT的单元结构，所述IGBT的单元结构包括：
P阱，形成于所述衬底的正面；由所述P阱和所述N型场截止层之间所述衬底作为N型漂移区；
多晶硅栅，所述多晶硅栅和所述P阱之间隔离有栅氧化层；
发射区，由形成于所述P阱表面的N型重掺杂区组成，被所述多晶硅栅覆盖的所述P阱表面用于形成连接所述发射区和所述N型漂移区的沟道；
P阱引出区，由P型重掺杂区组成；所述P阱引出区穿过所述发射区进入到所述P阱中，所述P阱引出区同时和所述发射区和所述P阱接触；
正面金属层，栅极和发射极分别由正面金属层组成，栅极通过接触孔和所述多晶硅栅接触，发射极通过接触孔和所述P阱引出区接触。
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