CN105261564B - 一种逆导igbt的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种逆导IGBT的制备方法，属于半导体功率器件技术领域，解决了传统的制备方法工艺难度大，生产效率低的技术问题。该方法包括：在衬底内形成第一导电类型的缓冲层；通过构图工艺在所述衬底背面形成掺有第一导电类型离子的第一电介质图形和掺有第二导电类型离子的第二电介质图形；对所述衬底正面进行处理，形成逆导IGBT正面结构，在形成正面结构的热处理过程中，所述缓冲层在所述衬底中完成推进，所述第一电介质图形中的第一导电类型离子扩散入所述衬底中形成第一导电类型区域，所述第二电介质图形中的第二导电类型离子扩散入所述衬底中形成第二导电类型区域；在所述衬底背面形成金属层。
Description
技术领域
本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体的说，涉及一种逆导IGBT的制备方法。
背景技术
由于背面带缓冲层的绝缘栅双极型晶体管(Insulate Gate BipolarTransistor，IGBT)没有反向耐压能力，通常在应用时需并联一个二极管来承受反向电压，形成IGBT逆变结构。
目前常用的IGBT逆变结构是由IGBT与二极管集成的逆导IGBT，其全称为反向导通绝缘栅双极型晶体管(reverse-conducting insulated-gate bipolar transistor，RC-IGBT)。RC-IGBT通过在背面形成间隔P型集电极和N型集电极的方法来实现IGBT和二极管的集成，其结构如图1所示，集电极是由P型集电区和N型集电区组成，且P型集电区和N型集电区在器件有源区底层呈均匀间隔分布状。RC-IGBT因集成了IGBT和二极管，具有电流密度高、面积小、封装简单以及封装成本低等优点。
基于RC-IGBT的结构，由于在同一块芯片上需要同时满足IGBT和二极管的特性要求，相应的在制备工艺中需要在硅片的背面分别形成二极管需要的N型集电区域和IGBT所需的P型集电区域，传统的制备工艺的实现办法是在硅片背面减薄后通过光刻、离子注入来形成二极管需要的N型集电区域和IGBT所需的P型集电区域，但是由于硅片背面减薄后，硅片会存在一定翘曲，这就导致光刻难度加大，工艺难以控制，生产效率较低。
因此，亟需一种能够降低逆导IGBT制备工艺难度，提高生产效率的逆导IGBT的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种逆导IGBT的制备方法，以解决的传统的制备方法工艺难度大，生产效率低的技术问题。
本发明提供一种逆导IGBT的制备方法，该方法包括：
在衬底内形成第一导电类型的缓冲层；
通过构图工艺在所述衬底背面形成掺有第一导电类型离子的第一电介质图形和掺有第二导电类型离子的第二电介质图形；
对所述衬底正面进行处理，形成逆导IGBT正面结构，在形成正面结构的热处理过程中，所述缓冲层在所述衬底中完成推进，所述第一电介质图形中的第一导电类型离子扩散入所述衬底中形成第一导电类型区域，所述第二电介质图形中的第二导电类型离子扩散入所述衬底中形成第二导电类型区域；
在所述衬底背面形成金属层。
进一步的，在形成缓冲层的步骤中包括：
对所述衬底背面进行第一导电类型的离子注入，在所述衬底内形成缓冲层。
进一步的，在形成第一电介质图形的步骤中包括：
在所述衬底背面形成电介质层；
在所述电介质层上涂敷光刻胶，并利用具有第一图形的掩膜版进行曝光，形成第一光刻胶图形；
通过所述第一光刻胶图形对所述电介质层进行第一导电类型的离子注入，在所述电介质层上形成第一电介质图形；
剥离剩余的光刻胶。
进一步的，在形成第二电介质图形的步骤中包括：
在所述电介质层上涂敷光刻胶，并利用具有第二图形的掩膜版进行曝光，形成第二光刻胶图形；
通过所述第二光刻胶图形对所述电介质进行第二导电类型的离子注入，在所述电介质层上形成第二电介质图形；
剥离剩余的光刻胶。
进一步的，在对所述衬底正面进行处理的步骤中包括：
在所述第一电介质图形和第二电介质图形上键合承载片；
对所述衬底正面进行减薄处理；
在经过减薄处理后的所述衬底正面形成逆导IGBT正面结构。
进一步的，在形成金属层的步骤中包括：
对所述承载片进行解键合处理；
剥离所述衬底背面剩余的第一电介质图形和第二电介质图形；
在所述衬底背面沉积金属层。
所述电介质层的材质为氧化硅或氮化硅或氮氧化硅。
所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型，所述一导电类型离子为磷离子，所述第二导电类型离子为硼离子。
本发明实施例提供的逆导IGBT的制备方法，针对传统工艺中在硅片背面减薄后再进行光刻形成逆导IGBT背面结构存在的问题，本发明通过先对硅片衬底背面进行预处理，然后再进行硅片的正面减薄，利用正面工艺的热预算完成背面缓冲层的推进和n+区域以及p+区域的形成，在形成IGBT正面结构的同时形成背面结构，避免了先进行减薄后再形成逆导IGBT背面结构存在的弊端，并且极大的降低了工艺的难度，提高了生产效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：
图1是本发明背景技术提供的N型逆导IGBT的示意图；
图2是本发明实施例提供的逆导IGBT的制备方法流程图；
图3是本发明实施例提供的形成缓冲层的示意图；
图4是本发明实施例提供的形成电介质层的示意图；
图5是本发明实施例提供的形成第一电介质图形的示意图；
图6是本发明实施例提供的形成第二电介质图形的示意图；
图7是本发明实施例提供的键合承载片的示意图；
图8是本发明实施例提供的减薄处理的示意图；
图9是本发明实施例提供的制备完成的逆导IGBT的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
本发明实施例提供一种逆导IGBT的制备方法，如图2所示，该方法由步骤101、步骤102、步骤103以及步骤104组成。其中，在步骤101中，如图3所示，在衬底1内形成第一导电类型的缓冲层2，衬底1为硅片。
在本发明的一个实施方案中，逆导IGBT为如图1所示的N型逆导IGBT，其中，n+场截止层在本发明实施例中称为缓冲层，n+场截止层以及IGBT的p+集电区和二极管的n+短路区通过衬底的背面工艺形成，因此，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。
同样的，若逆导IGBT为P型逆导IGBT，则第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。
下面以N型逆导IGBT为例对本发明提供的制备方法进行详细的说明，即第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。步骤101具体为对硅衬底1背面进行第一导电类型的离子注入，即磷注入，在衬底1内形成N型缓冲层2。
在步骤102中，通过构图工艺在衬底背面形成掺有第一导电类型离子的第一电介质图形和掺有第二导电类型离子的第二电介质图形。该步骤具体为：如图4所示，首先，在衬底1背面形成电介质层3，背面为图中所示的上表面。
本发明中形成电介质层的目的是在之后的步骤中向其中注入第一导电类型的离子和第二导电类型的离子，也就是磷离子和硼离子，使得在硅片衬底正面工艺的热处理过程中，位于硅片衬底背面的介质层中的磷离子和硼离子可以扩散入衬底中形成相应的N型区域和P型区域。在衬底正面的工艺完成后，电介质层中磷离子和硼离子可以正好在衬底背面扩散出合适的结深。并且通过控制注入到电介质层中的离子浓度，就可以控制扩散后在衬底中形成的N型区域和P型区域的离子浓度。进一步的，电介质层的材质为氧化硅或者氮化硅或者氮氧化硅等电介质材料。
然后，如图5所示，在电介质层3上涂敷光刻胶，并利用具有第一图形的掩膜版进行曝光，形成第一光刻胶图形4。
通过第一光刻胶图形4对电介质层3进行第一导电类型的离子注入，即磷注入，有光刻胶图形的地方注入的磷离子被阻挡，而没有光刻胶图形的地方注入的磷离子在电介质层上形成第一电介质图形5。形成第一电介质图形5也就是将衬底上形成N型区域的位置定义出来，由于第一电介质图形5中的磷离子将会扩散入衬底中，形成的N型区域的图形与第一电介质图形5是一样的。
在形成第一电介质图形5后剥离剩余的光刻胶。
进一步的，如图6所示，在电介质层上涂敷光刻胶，并利用具有第二图形的掩膜版进行曝光，形成第二光刻胶图形6。
通过第二光刻胶图形6对电介质层进行第二导电类型的离子注入，即硼注入，有光刻胶图形的地方注入的硼离子被阻挡，而没有光刻胶图形的地方注入的硼离子在电介质层上形成第二电介质图形7。形成第二电介质图形7也就是将衬底上形成P型区域的位置定义出来，由于第二电介质图形7中的硼离子将会扩散入衬底中，形成的P型区域的图形与第二电介质图形7是一样的。
在形成第二电介质图形7后剥离剩余的光刻胶。
在步骤103中，对衬底正面进行处理，形成逆导IGBT正面结构，形成逆导IGBT正面结构的热处理过程中，缓冲层在衬底中完成推进，第一电介质图形中的第一导电类型离子扩散入衬底中形成第一导电类型区域，第二电介质图形中的第二导电类型离子扩散入衬底中形成第二导电类型区域。在这一步骤中，由于衬底正面工艺的热处理是对整个硅片衬底进行的，利用正面工艺的热处理位于硅片衬底背面的第一电介质图形和第二电介质图形中的离子完成向硅片衬底的扩散形成相应的n+区域和p+区域，并且同时完成缓冲层在硅片衬底中的推进过程，使得硅片衬底的背面结构基本成型。
步骤103具体为：如图7所示，在第一电介质图形5和第二电介质图形7上键合承载片8。
然后，如图8所示，对衬底1正面进行减薄处理，图中虚线部分为减薄处理之前的硅片衬底上表面。本发明通过先对硅片衬底背面进行预处理，然后再进行硅片的正面减薄，在形成IGBT正面结构的同时形成背面结构，避免了先进行减薄后再形成逆导IGBT背面结构存在的弊端。
随后，在经过减薄处理后的衬底正面形成逆导IGBT正面结构。
在步骤104中，在衬底背面形成金属层，即形成逆导IGBT的集电极。本步骤具体为：首先，对承载片进行解键合处理。然后，剥离衬底背面剩余的第一电介质图形和第二电介质图形。最后，在衬底背面沉积金属层，完成逆导IGBT的制备。
图9所示为采用本发明提供的方法制备完成的N型逆导IGBT，在形成正面结构的热处理过程中，在衬底中形成完成推进后的N缓冲层16，第一电介质图形中的磷离子扩散入衬底中形成n+区域13，第二电介质图形中的硼离子扩散入衬底中形成p+区域15，然后在形成的背面结构上形成集电极金属层14。同时正面工艺过程中形成了栅极9、基区12、发射区11以及发射区金属层10和二极管的p+区17。
本发明实施例提供的逆导IGBT的制备方法，针对传统工艺中在硅片背面减薄后再进行光刻形成逆导IGBT背面结构存在的问题，本发明通过先对硅片衬底背面进行预处理，然后再进行硅片的正面减薄，利用正面工艺的热预算完成背面缓冲层的推进和n+区域以及p+区域的形成，在形成IGBT正面结构的同时形成背面结构，避免了先进行减薄后再形成逆导IGBT背面结构存在的弊端，并且极大的降低了工艺的难度，提高了生产效率。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种逆导IGBT的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底内形成第一导电类型的缓冲层；
通过构图工艺在所述衬底背面形成掺有第一导电类型离子的第一电介质图形和掺有第二导电类型离子的第二电介质图形；
对所述衬底正面进行处理，形成逆导IGBT正面结构，在形成正面结构的热处理过程中，所述缓冲层在所述衬底中完成推进，所述第一电介质图形中的第一导电类型离子扩散入所述衬底中形成第一导电类型区域，所述第二电介质图形中的第二导电类型离子扩散入所述衬底中形成第二导电类型区域；
在所述衬底背面形成金属层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在形成缓冲层的步骤中包括：
对所述衬底背面进行第一导电类型的离子注入，在所述衬底内形成缓冲层。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在形成第一电介质图形的步骤中包括：
在所述衬底背面形成电介质层；
在所述电介质层上涂敷光刻胶，并利用具有第一图形的掩膜版进行曝光，形成第一光刻胶图形；
通过所述第一光刻胶图形对所述电介质层进行第一导电类型的离子注入，在所述电介质层上形成第一电介质图形；
剥离剩余的光刻胶。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在形成第二电介质图形的步骤中包括：
在所述电介质层上涂敷光刻胶，并利用具有第二图形的掩膜版进行曝光，形成第二光刻胶图形；
通过所述第二光刻胶图形对所述电介质进行第二导电类型的离子注入，在所述电介质层上形成第二电介质图形；
剥离剩余的光刻胶。
5.根据权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，在对所述衬底正面进行处理的步骤中包括：
在所述第一电介质图形和第二电介质图形上键合承载片；
对所述衬底正面进行减薄处理；
在经过减薄处理后的所述衬底正面形成逆导IGBT正面结构。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在形成金属层的步骤中包括：
对所述承载片进行解键合处理；
剥离所述衬底背面剩余的第一电介质图形和第二电介质图形；
在所述衬底背面沉积金属层。
7.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，在对所述衬底正面进行处理的步骤中包括：
在所述第一电介质图形和第二电介质图形上键合承载片；
对所述衬底正面进行减薄处理；
在经过减薄处理后的所述衬底正面形成逆导IGBT正面结构；
其中，所述电介质层的材质为氧化硅或氮化硅或氮氧化硅。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型，所述一导电类型离子为磷离子，所述第二导电类型离子为硼离子。
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