CN111540678A - Rc igbt器件及其制造方法 - Google Patents

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CN111540678A CN202010424607.8A CN202010424607A CN111540678A CN 111540678 A CN111540678 A CN 111540678A CN 202010424607 A CN202010424607 A CN 202010424607A CN 111540678 A CN111540678 A CN 111540678A
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潘嘉
王雷
孔蔚然
杨继业
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Abstract

本申请涉及半导体制造技术领域,具体涉及一种RC IGBT器件及其制造方法。其中方法,包括以下步骤:提供硅片;对硅片的背面,进行第一次第一导电类型杂质离子注入;在第一次第一导电类型杂质离子注入的区域内,进行第二导电类型杂质离子注入;进行退火;使得第一次第一导电类型杂质离子注入的区域,退火形成场截止区,使得第二导电类型杂质离子注入的区域,退火形成第二导电类型掺杂区,第二导电类型掺杂区位于截止区中;在截止区中,进行第二次第一导电类型杂质离子注入;通过相间隔的退火激光,照射第二次第一导电类型杂质离子注入的区域,形成相间隔的第一导电类型掺杂区;对硅片背面结构金属化。本申请能解决相关技术中工艺难度大的问题。

Description

RC IGBT器件及其制造方法
技术领域
本申请涉及半导体制造技术领域,具体涉及一种RC IGBT器件及其制造方法。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是新能源电力电子产品中的核心器件,近年来得到广泛推广,应用产品从白色家电、工业变频、焊机等传统产品向新能源汽车等高端产品演变。了适应不同的电路需要,逆导(ReverseConduction,RC)型IGBT器件应运而生,RC IGBT器件是通过在传统IGBT器件的背面集成N集电极区,使得N集电极区和P集电极区间隔排布,实现IGBT器件和快恢复二极管(FastRecovery Diode,FRD)的集成,当集成器件承受反向耐压,则快速二极管导通,即称之为逆导。
但是,在相关技术中,逆导型IGBT器件在制作时,需要增加光刻工艺集成IGBT器件和快速二极管,从而提高对背面光刻机的要求,会造成工艺难度增加的同时提高。
发明内容
本申请提供了一种RC IGBT器件及其制造方法,可以解决相关技术中工艺难度大的问题。
本申请提供一种RC IGBT器件的制造方法,该RC IGBT器件至少包括以下步骤:
作为本申请的第一方面,提供一种RC IGBT器件的制造方法,至少包括以下步骤:
提供硅片;
对所述硅片的背面,进行第一次第一导电类型杂质离子注入;
在所述第一次第一导电类型杂质离子注入的区域内,进行第二导电类型杂质离子注入;
进行退火;使得所述第一次第一导电类型杂质离子注入的区域,退火形成场截止区,使得所述第二导电类型杂质离子注入的区域,退火形成第二导电类型掺杂区,所述第二导电类型掺杂区位于所述截止区中;
在所述截止区中,进行第二次第一导电类型杂质离子注入;
通过相间隔的退火激光,照射所述第二次第一导电类型杂质离子注入的区域,形成相间隔的第一导电类型掺杂区;
对硅片背面结构金属化。
可选地,所述第一次第一导电类型杂质离子注入的注入剂量为1E11至1E14个/cm2
可选地,所述第二次第一导电类型杂质离子注入的注入剂量为1E11至1E16个/cm2
可选地,所述第二导电类型杂质离子注入的注入剂量为1E11至1E14/cm2
可选地,所述截止区的厚度为5~20um。
可选地,所述第一导电类型掺杂区的厚度为1~5um。
可选地,所述第二导电类型掺杂区的厚度为1~2um。
可选地,所述第一导电类型为N型,第二导电类型为P型。
可选地,所述第一导电类型为P型,第二导电类型为N型。
作为本申请的第二方面,提供一种通过本申请第一方面所述的制造方法制造出的RC IGBT器件,所述RC IGBT器件包括:
硅片,所述硅片的背面形成截止区;在所述截止区的表面层中形成交替分布的第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区。
本申请技术方案,至少包括如下优点:本申请通过相间隔的退火激光方案形成相互交替分布的N型掺杂区和P型掺杂区,从而在硅片背面集成快恢复二极管,能够节省硅片背面的工艺操作步骤,例如硅片背面光刻、去胶以及为了实现光刻所需的邦定(bonding)和去邦定(debonding)的步骤,从而降低工艺难度节省成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的RC IGBT器件的背面结构示意图;
图2是本申请实施例提供的RC IGBT器件靠近背面部分的剖视图;
图3是本申请实施例提供的RC IGBT器件制作方法中步骤S4完成后的部分剖视结构示意图;
图4是本申请实施例提供的RC IGBT器件制作方法中进行步骤S6中激光退火的示意图;
图5是本申请实施例提供的RC IGBT器件制作方法中步骤S6完成后的部分剖视结构示意图;
图6是本申请实施例提供的RC IGBT器件制作方法的流程图。
100.硅片,210.场截止区,220.P型掺杂区,230.N型掺杂区,300.金属层。
具体实施方式
下面将结合附图,对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电气连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,还可以是两个元件内部的连通,可以是无线连接,也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外,下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本申请可以采用第一导电类型为N型,第二导电类型为P型,也可采用第一导电类型为P型,第二导电类型为N型。
以下实施例以第一导电类型为N型,第二导电类型为P型为例进行描述。
作为本申请的相关技术,提供了一种RC IGBT的制作方法,该制作方法包括:
第一步:提供硅片,在硅片的正面进行MOS结构制作;
第二步:对位于硅片正面的MOS结构进行金属化;
第三步:对金属化后的MOS结构进行邦定(bonding)形成保护结构;
第四步:对硅片背面进行减薄(Backside Grinding,BG);
第五步:对硅片背面进行光刻定义进行N+型杂质离子注入,退火后形成相间隔的N+型掺杂区;
第六步:去除光刻胶;
第七步:对硅片背面进行N型杂质离子注入,退火后形成场截止区,所述相间隔的N+型掺杂区在截止区中间隔排布。
第八步:进行P+型杂质离子注入,退火后在场截止区中形成交替排布的N+型掺杂区和P+型掺杂区。
通过本申请的相关技术可以看出,相关技术在制作逆导型IGBT器件时,需要增加光刻工艺集成IGBT器件和快速二极管,从而提高对背面光刻机的要求,会造成工艺难度增加的同时提高。
作为本申请的第一方面,提供一种RC IGBT器件的制造方法,该RC IGBT器件的制造方法至少包括以下步骤:
S1:提供硅片100,制作硅片100的正面结构;
S2:对硅片100的背面进行第一次N型杂质离子注入;
其中,第一次N型杂质离子注入的剂量为1E11至1E14个/cm2
S3:在第一次N型杂质离子注入的区域内,进行P型杂质离子注入;
其中,P型杂质离子注入的剂量为1E11至1E14个/cm2
S4:进行退火;使得第一次N型杂质离子注入的区域推结形成场截止区210,使得P型杂质离子注入的区域,推结形成P型掺杂区220,该P型掺杂区220位于场截止区210中;
其中,在退火温度为1000~1100℃,退火时间为100~120分钟,推结形成场截止区210的厚度为5~20um,可选的,场截止区210的厚度为10~20um,推结形成P型掺杂区220的厚度为1~2um。
S5:在截止区中,进行第二次N型杂质离子注入;
其中,第二次N型杂质离子注入的剂量为1E11至1E16个/cm2
S6:通过相间隔的退火激光,照射该第二次N型杂质注入的区域,使得第二次N型杂质注入的区域退火形成相间隔的N型掺杂区230。
S7:对硅片100背面结构金属化,形成电极层300。
其中,N型掺杂区230的厚度为1~5um,退火激光的功率密度为50~600kw/cm2,退火激光照射时间为0.08us~0.12us;通过相间隔的退火激光照射该第二次N型杂质注入的区域,从而使得被退火激光照射到的区域发生热作用;对于退火激光的间隔可根据硅片100尺寸和需要集成的快恢复管的面积进行设定。
本申请第一方面的实施例通过相间隔的退火激光方案制作RC IGBT,能够节省硅片100背面的工艺操作步骤,例如硅片100背面光刻、去胶以及为了实现光刻所需的邦定(bonding)和去邦定(debonding)的步骤,从而降低工艺难度节省成本。
作为本申请的第二方面,提供一种RC IGBT器件,该RC IGBT器件是通过本申请第一方面的制作方法制作而成,该RC IGBT器件包括:硅片100,所述硅片100的背面形成截止区;在所述截止区的表面层中形成相互交替分布的N型掺杂区230和P型掺杂区220。
其中该截止区的厚度为6~8um,N型掺杂区230的厚度为1~4um,P型掺杂区220的厚度为1~4um。
截止区是通过对硅片100的背面进行第一次N型杂质离子注入,并退火推结而成,第一次N型杂质离子注入的剂量为1E11至1E14个/cm2
P型掺杂区220是对截止区进行P型杂质离子注入,并退火推结而成,P型杂质离子注入的剂量为1E11至1E14个/cm2
N型掺杂区230是对截止区进行N型杂质离子注入,并进行间隔激光退货推结而成,N型杂质离子注入的剂量为1E11至1E16个/cm2
本申请第二方面的实施例通过相间隔的退火激光方案形成相互交替分布的N型掺杂区230和P型掺杂区220,从而在硅片100背面集成快恢复二极管,其中N型掺杂区230相当于该快恢复二极管的负极,P型掺杂区220相当于该快恢复二极管的正极。
本实施例能够节省硅片100背面的工艺操作步骤,例如硅片100背面光刻、去胶以及为了实现光刻所需的邦定(bonding)和去邦定(debonding)的步骤,从而降低工艺难度节省成本。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种RC IGBT器件的制造方法,其特征在于,至少包括以下步骤:
提供硅片;
对所述硅片的背面,进行第一次第一导电类型杂质离子注入;
在所述第一次第一导电类型杂质离子注入的区域内,进行第二导电类型杂质离子注入;
进行退火;使得所述第一次第一导电类型杂质离子注入的区域,退火形成场截止区,使得所述第二导电类型杂质离子注入的区域,退火形成第二导电类型掺杂区,所述第二导电类型掺杂区位于所述截止区中;
在所述截止区中,进行第二次第一导电类型杂质离子注入;
通过相间隔的退火激光,照射所述第二次第一导电类型杂质离子注入的区域,形成相间隔的第一导电类型掺杂区;
对硅片背面结构金属化。
2.如权利要求1所述的RC IGBT器件的制造方法,其特征在于,所述第一次第一导电类型杂质离子注入的注入剂量为1E11至1E14个/cm2
3.如权利要求1所述的RC IGBT器件的制造方法,其特征在于,所述第二次第一导电类型杂质离子注入的注入剂量为1E11至1E16个/cm2
4.如权利要求1所述的RC IGBT器件的制造方法,其特征在于,所述第二导电类型杂质离子注入的注入剂量为1E11至1E14个/cm2
5.如权利要求1所述的RC IGBT器件的制造方法,其特征在于,所述截止区的厚度为5~20um。
6.如权利要求1所述的RC IGBT器件的制造方法,其特征在于,所述第一导电类型掺杂区的厚度为1~5um。
7.如权利要求1所述的RC IGBT器件的制造方法,其特征在于,所述第二导电类型掺杂区的厚度为1~2um。
8.如权利要求1~7中任一条所述的RC IGBT器件的制造方法,其特征在于,所述第一导电类型为N型,第二导电类型为P型。
9.如权利要求1~7中任一条所述的RC IGBT器件的制造方法,其特征在于,所述第一导电类型为P型,第二导电类型为N型。
10.一种通过权利要求1~7中任一条所述的制造方法制造出的RC IGBT器件,其特征在于,所述RC IGBT器件包括:
硅片,所述硅片的背面形成截止区;在所述截止区的表面层中形成交替分布的第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区。
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