一種逆導型igbt器件的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種逆導型IGBT器件的制備方法，首先提供一半導體襯底，通過外延工藝及離子注入及退火工藝于所述半導體襯底表面形成重摻雜P型區(qū)及重摻雜N型區(qū)，以制備出IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極；然后于上述結(jié)構(gòu)表面外延N型漂移區(qū)；接著基于所述N型漂移區(qū)進行IGBT制備的正面工藝；然后去除所述半導體襯底；最后對所述IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極進行金屬化。本發(fā)明通過采用外延技術和離子注入工藝，在不需要大量投資背面薄片工藝設備地前提下，實現(xiàn)了IGBT/FRD的芯片級集成，大大地降低了器件的面積，提高了良品率，并且大大地降低了工藝成本。本發(fā)明與常規(guī)的MOS工藝兼容，適用于工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】一種逆導型IGBT器件的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體器件的制備方法，特別是涉及一種逆導型IGBT器件的制備方法。
【背景技術】
[0002]IGBT器件由一個MOS晶體管和一個PNP雙極晶體管組成，也可看作是由一個VDMOS (Vertical double diffused M0SFET，垂直雙擴散MOS晶體管)和一個二極管組成。IGBT器件實現(xiàn)了 MOSFET和BJT的優(yōu)化組合，實現(xiàn)了低能耗、高壓、高速的特性。這種器件廣泛地應用于工業(yè)、交通、能源等領域，業(yè)已經(jīng)成為一種不可替代的電力電子器件。
[0003]因為IGBT器件通常工作與感性負載環(huán)境，電流不能突變，所以在關斷以后必須有快速恢復二極管(FRD)進行續(xù)流。否則反向功耗太大，容易將IGBT燒毀。所以在IGBT應用時必須搭配快速恢復二極管。
[0004]通常的做法是分別制作IGBT和FRD，然后在封裝的時候?qū)蓚€器件封裝在一起。如圖1所示，左邊是IGBT，右邊是FRD。這樣做，一方面面積會比較大，導致IGBT的工作電流不能過大，另外一方面，IGBT和FRD的良品率都會影響到最終產(chǎn)品的良品率。
[0005]最近，已經(jīng)有一些公司發(fā)明了將FRD集成在IGBT芯片中，從而避免了上述提到的2種弊端。這種集成方法為，在IGBT器件正面工藝完成之后對芯片進行減薄，然后通過背面光刻定義N+區(qū)，再通過普遍注入P+來形成快速恢復二極管區(qū)域和IGBT集電極區(qū)域。
[0006]這樣的工藝雖然實現(xiàn)了 IGBT和FRD在芯片級別的集成，但是工藝卻非常復雜，特別是需要到薄片的背面光刻，背面注入等，碎片的幾率很大，工藝成本也非常高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種逆導型IGBT器件的制備方法，用于解決現(xiàn)有技術中IGBT和FRD集成存在面積過大或由于工藝過于復雜導致成品率低、工藝成本過高等問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種逆導型IGBT器件的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟:
[0009]I)提供一半導體襯底，通過外延工藝及離子注入及退火工藝于所述半導體襯底表面形成重摻雜P型區(qū)及重摻雜N型區(qū)，以制備出IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極；
[0010]2)于上述結(jié)構(gòu)表面外延N型漂移區(qū)；
[0011]3)基于所述N型漂移區(qū)進行IGBT制備的正面工藝；
[0012]4)去除所述半導體襯底；
[0013]5)對所述IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極進行金屬化。
[0014]作為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)包括以下步驟:
[0015]3-1)通過離子注入及退火工藝于所述N型漂移區(qū)中形成P阱；[0016]3-2)于所述N型漂移區(qū)表面形成氧化層，于氧化層表面形成多晶硅層，并通過光刻工藝制備出IGBT的柵極；
[0017]3-3)通過離子注入及退火工藝于所述柵極兩側(cè)的P阱中形成重摻雜N型源區(qū)；
[0018]3-4)于上述結(jié)構(gòu)表面形成介質(zhì)層，并刻蝕所述接觸孔以在與所述N型源區(qū)對應的區(qū)域形成接觸孔；
[0019]3-5)通過離子注入及退火工藝于所述接觸孔下方的N型源區(qū)及P阱中形成重摻雜的P型接觸區(qū)；
[0020]3-6)于所述接觸孔中及所述介質(zhì)層表面沉積金屬，以制備出IGBT的發(fā)射極。
[0021]作為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟I)中包括步驟:
[0022]提供一半導體襯底，于所述半導體襯底表面外延重摻雜P型層，通過N型離子注入并退火于所述重摻雜P型層中形成重摻雜P型區(qū)及重摻雜N型區(qū)；或
[0023]提供一半導體襯底，于所述半導體襯底表面外延重摻雜N型層，通過P型離子注入并退火于所述重摻雜N型層中形成重摻雜P型區(qū)及重摻雜N型區(qū)。
[0024]作為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟I)中，退火溫度為90(Tl200°C，退火時間為30~900分鐘。
[0025]作為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述的重摻雜P型區(qū)的摻雜濃度為I X IO12~I X IO16原子每立方厘米。
[0026]作為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述的重摻雜N型區(qū)的摻雜濃度為I X IO17~I X IO19原子每立方厘米。
[0027]作為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述的重摻雜P型區(qū)及所述重摻雜N型區(qū)的厚度為3~50微米。
[0028]作為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述N型漂移區(qū)的厚度為50~200微米。
[0029]作為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述N型漂移區(qū)的電阻率為20-200歐姆.厘米。
[0030]如上所述，本發(fā)明提供一種逆導型IGBT器件的制備方法，首先提供一半導體襯底，通過外延工藝及離子注入及退火工藝于所述半導體襯底表面形成重摻雜P型區(qū)及重摻雜N型區(qū)，以制備出IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極；于上述結(jié)構(gòu)表面外延N型漂移區(qū)；基于所述N型漂移區(qū)進行IGBT制備的正面工藝；去除所述半導體襯底；對所述IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極進行金屬化。本發(fā)明通過采用外延技術和離子注入工藝，在不需要大量投資背面薄片工藝設備地前提下，實現(xiàn)了 IGBT/FRD的芯片級集成，大大地降低了器件的面積，提高了良品率，并且大大地降低了工藝成本。本發(fā)明與常規(guī)的MOS工藝兼容，適用于工業(yè)生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1顯示為現(xiàn)有技術中的逆導型IGBT器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2~4顯示為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法步驟I)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖5顯示為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法步驟2)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖6~13顯示為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法步驟3)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖14顯示為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法步驟4)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖15顯示為本發(fā)明的逆導型IGBT器件的制備方法步驟5)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]元件標號說明
[0038]101半導體襯底
[0039]102重摻雜P型區(qū)
[0040]103重摻雜N型區(qū)
[0041]104N型漂移區(qū)
[0042]105P 阱
[0043]106氧化層
[0044]107多晶硅層
[0045]108N 型源區(qū)
[0046]109介質(zhì)層
[0047]110接觸孔
[0048]111P型接觸區(qū)
[0049]112金屬上電極
[0050]113金屬下電極
【具體實施方式】
[0051]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0052]請參閱圖2~圖15。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。
[0053]本實施例提供一種逆導型IGBT器件的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟:如圖2~圖4所示，首先進行步驟1)，提供一半導體襯底101，通過外延工藝及離子注入及退火工藝于所述半導體襯底101表面形成重摻雜P型區(qū)102及重摻雜N型區(qū)103，以制備出IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極；
[0054]在本實施例中，首先提供一半導體襯底101，所述半導體襯底101優(yōu)選為Si襯底，當然也可以使用如SOI等其他類型的襯底，然后于所述半導體襯底101表面外延重摻雜P型層，所述重摻雜P型層為具有硼(B)、二氟化硼(BF2+)等含有硼元素的雜質(zhì)摻雜的外延Si層，厚度為3~50微米，然后通過N型離子注入并于900~l200.C下，退火30~900分鐘，以在所述重摻雜P型層中形成重摻雜P型區(qū)102及重摻雜N型區(qū)103，在本實施例中，所述N型離子為磷、砷等，其中，所述重摻雜P型區(qū)102作為IGBT的集電極，所述重摻雜N型去作為快速恢復二極管FRD的陰極。
[0055]在本實施例中，所述的重摻雜P型區(qū)102的摻雜濃度為1XlO12~1 X IO16原子每立方厘米。所述的重摻雜N型區(qū)103的摻雜濃度為I X IO17~I X IO19原子每立方厘米。
[0056]在另一實施例中，該步驟可以是:先提供一半導體襯底101，所述半導體襯底101優(yōu)選為Si襯底，當然也可以使用如SOI等其他類型的襯底，于所述半導體襯底101表面外延重摻雜N型層，厚度為3~50微米，所述重摻雜N型層為具有磷、砷等摻雜的外延Si層，然后通過P型離子注入并于90(Tl20(rC下，退火30-900分鐘，以在所述重摻雜N型層中形成重摻雜P型區(qū)102及重摻雜N型區(qū)103，具體地，所述P型離子為硼(B)、二氟化硼(BF2+)等含有硼元素的雜質(zhì)，其中，所述重摻雜P型區(qū)102作為IGBT的集電極，所述重摻雜N型去作為快速恢復二極管FRD的陰極。
[0057]在該實施例中，所述的重摻雜P型區(qū)102的摻雜濃度為IX IO12~IX IO16原子每立方厘米。所述的重摻雜N型區(qū)103的摻雜濃度為I X IO17~I X IO19原子每立方厘米。
[0058]如圖5所示，然后進行步驟2)，于上述結(jié)構(gòu)表面外延N型漂移區(qū)104。
[0059]在本實施例中，所述N型漂移區(qū)104為N型淺摻雜的外延Si層，所述N型漂移區(qū)104的厚度為50~200微米。所述N型漂移區(qū)104的電阻率為20~200歐姆.厘米。
[0060]如圖6~圖13所示，接著進行步驟3)，基于所述N型漂移區(qū)104進行IGBT制備的正面工藝；
[0061]具體地，包括以下步驟:
[0062]如圖6所示，首先進行步驟3-1 )，通過離子注入及退火工藝于所述N型漂移區(qū)104中形成P阱105。具體地，先制作于P阱105位置具有窗口的光刻掩膜，然后進行硼(B)的注入后退火，使離子擴散形成P阱105。
[0063]如圖疒圖8所示，然后進行步驟3-2)，于所述N型漂移區(qū)104表面形成氧化層106，于氧化層106表面形成多晶硅層107，并通過光刻工藝制備出IGBT的柵極。在本實施例中，所述氧化層106為氧化硅層，可以通過熱氧化或外延的方式形成。
[0064]如圖9所示，接著進行不步驟3-3)，通過離子注入及退火工藝于所述柵極兩側(cè)的P阱105中形成重摻雜N型源區(qū)108。
[0065]具體地，由于柵極的存在，可以直接以柵極為掩膜，直接對所述N型漂移區(qū)104進行N型離子注入并退火形成重摻雜N型源區(qū)108，注入的離子為磷或砷。
[0066]如圖10~圖11所示，然后進行步驟3-4)，于上述結(jié)構(gòu)表面形成介質(zhì)層109，并刻蝕所述接觸孔110以在與所述N型源區(qū)108對應的區(qū)域形成接觸孔110。
[0067]具體地，通過沉積技術形成所述介質(zhì)層109，然后采用光刻技術于對應的位置中刻出所述接觸孔110。
[0068]如圖12所示，接著進行步驟3-5)，通過離子注入及退火工藝于所述接觸孔110下方的N型源區(qū)108及P阱105中形成重摻雜的P型接觸區(qū)111。
[0069]如圖13所示,最后進行步驟3-6),于所述接觸孔110中及所述介質(zhì)層109表面沉積金屬，以制備出IGBT的發(fā)射極。
[0070]具體地，先于所述接觸孔110中沉積金屬材料并退火，使其與所述P型接觸區(qū)111形成歐姆接觸，然后通過化學機械拋光法去除所述介質(zhì)層109表面的金屬，最后于所述介質(zhì)層109表面沉積一層金屬材料以連接所述接觸孔110中的金屬，形成金屬上電極112。
[0071]如圖14所示，然后進行步驟4)，去除所述半導體襯底101。
[0072]在本實施例中，可以采用研磨或濕法腐蝕等技術去除所述半導體襯底101，露出所述IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極。
[0073]如圖15所示，最后進行步驟5)，對所述IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極進
行金屬化。
[0074]在本實施例中，首先于所述IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極的表面沉積一層金屬材料，然后通過退火工藝形成歐姆接觸，以形成金屬下電極113。
[0075]綜上所述，本發(fā)明提供一種逆導型IGBT器件的制備方法，首先提供一半導體襯底，通過外延工藝及離子注入及退火工藝于所述半導體襯底表面形成重摻雜P型區(qū)及重摻雜N型區(qū)，以制備出IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極；于上述結(jié)構(gòu)表面外延N型漂移區(qū)；基于所述N型漂移區(qū)進行IGBT制備的正面工藝；去除所述半導體襯底；對所述IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極進行金屬化。本發(fā)明通過采用外延技術和離子注入工藝，在不需要大量投資背面薄片工藝設備地前提下，實現(xiàn)了 IGBT/FRD的芯片級集成，大大地降低了器件的面積，提高了良品率，并且大大地降低了工藝成本。本發(fā)明與常規(guī)的MOS工藝兼容，適用于工業(yè)生產(chǎn)。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0076]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種逆導型IGBT器件的制備方法，其特征在于，所述制備方法至少包括以下步驟: 1)提供一半導體襯底，通過外延工藝、離子注入及退火工藝于所述半導體襯底表面形成重摻雜P型區(qū)及重摻雜N型區(qū)，以制備出IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極； 2)于上述結(jié)構(gòu)表面外延N型漂移區(qū)； 3)基于所述N型漂移區(qū)進行IGBT制備的正面工藝； 4)去除所述半導體襯底； 5)對所述IGBT的集電極和快速恢復二極管的陰極進行金屬化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆導型IGBT器件的制備方法，其特征在于:步驟3)包括以下步驟: 3-1)通過離子注入及退火工藝于所述N型漂移區(qū)中形成P阱； 3-2)于所述N型漂移區(qū)表面形成氧化層，于氧化層表面形成多晶硅層，并通過光刻工藝制備出IGBT的柵極； 3-3)通過離子注入及退火工藝于所述柵極兩側(cè)的P阱中形成重摻雜N型源區(qū)； 3-4)于上述結(jié)構(gòu)表面形成介質(zhì)層，并刻蝕所述接觸孔以在與所述N型源區(qū)對應的區(qū)域形成接觸孔； 3-5)通過離子注入及退火工藝于所述接觸孔下方的N型源區(qū)及P阱中形成重摻雜的P型接觸區(qū)； 3-6)于所述接觸孔中及所述介質(zhì)層表面沉積金屬，以制備出IGBT的發(fā)射極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆導型IGBT器件的制備方法，其特征在于:步驟I)中包括步驟: 提供一半導體襯底，于所述半導體襯底表面外延重摻雜P型層，通過N型離子注入并退火于所述重摻雜P型層中形成重摻雜P型區(qū)及重摻雜N型區(qū)；或 提供一半導體襯底，于所述半導體襯底表面外延重摻雜N型層，通過P型離子注入并退火于所述重摻雜N型層中形成重摻雜P型區(qū)及重摻雜N型區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆導型IGBT器件的制備方法，其特征在于:步驟I)中，退火溫度為90(Tl20(TC，退火時間為30~900分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆導型IGBT器件的制備方法，其特征在于:所述的重摻雜P型區(qū)的摻雜濃度為IXio12~IX IO16原子每立方厘米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆導型IGBT器件的制備方法，其特征在于:所述的重摻雜N型區(qū)的摻雜濃度為IXIO17~IXIO19原子每立方厘米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆導型IGBT器件的制備方法，其特征在于:所述的重摻雜P型區(qū)及所述重摻雜N型區(qū)的厚度為3~50微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 逆導型IGBT器件的制備方法，其特征在于:所述N型漂移區(qū)的厚度為50-200微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆導型IGBT器件的制備方法，其特征在于:所述N型漂移區(qū)的電阻率為20-200歐姆.厘米。
【文檔編號】H01L21/8222GK103887240SQ201210559699
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】張朝陽 申請人:上海寶芯源功率半導體有限公司