一種igbt的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種IGBT的制造方法，其包括：提供具有第一表面和第二表面的第一導電類型的半導體晶片，在所述半導體晶片的第一表面上進行雜質注入以形成第一導電類型或第二導電類型的導電層；在所述導電層內間隔的形成延伸入所述導電層內的第二導電類型或第一導電類型的通道；在所述通道上形成氧化層；在所述氧化層上鍵合襯底半導體晶片;減薄所述半導體晶片，并將減薄后的半導體晶片作為漂移區；基于所述漂移區形成所述IGBT的正面結構；去除所述襯底半導體晶片；去除所述氧化層；在所述通道和導電層上形成背面金屬電極。該方法對薄片流通能力沒有特殊要求，更不需要雙面曝光機設備，與現有的常規工藝兼容，工藝簡單、效率高。
【專利說明】一種IGBT的制造方法 【【技術領域】】
[0001] 本發明涉及半導體設計及制造【技術領域】，特別涉及一種IGBT(InsulatedGate BipolarTransistor,絕緣柵雙極晶體管）的制造方法。 【【背景技術】】
[0002] IGBT是由BJT(BipolarJunctionTransistor，雙極結型晶體管）和MOSFET(Met al-〇xide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor，金屬氧化物半導體場效應晶體管)組 成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導通壓 降兩方面的優點，具有工作頻率高，控制電路簡單，電流密度高，通態壓低等特點，廣泛應用 于功率控制領域。在實際應用中，IGBT很少作為一個獨立器件使用，尤其在感性負載的條 件下，IGBT需要一個快恢復二極管續流。因此，現有的絕緣柵雙極晶體管產品，一般采用并 聯一個續流二極管（Freewheelingdiode,簡稱FWD)以保護IGBT。為了降低成本，并聯的 續流二極管可以集成在IGBT芯片內，即具有內置二極管或反向導通的IGBT。
[0003] 常見的反向導通的IGBT需要減薄后雙面光刻制備出背面P+集電極區的注入窗 口。這種方案的缺點主要有兩個方面：第一、需要有減薄晶圓流通能力，特別是對于常見的 1200V以下的IGBT，其厚度在200um以下，對薄片流通工藝要求很高；第二、需要專門的雙面 曝光機對晶圓曝光。此外，現有的反向導通的IGBT通常采用背面兩次光刻技術。
[0004] 因此，有必要提供一種改進的技術方案來克服上述問題。 【
【發明內容】
】
[0005] 本發明的目的在于提供一種IGBT的制造方法，其與現有的常規工藝兼容，工藝簡 單、效率高、無需專用的設備大大降低工藝成本。
[0006] 為了解決上述問題，根據本發明的一個方面，本發明提供一種IGBT的制造方法， 其包括：提供具有第一表面和第二表面的第一導電類型的半導體晶片，在所述半導體晶片 的第一表面上進行雜質注入以形成第一導電類型或第二導電類型的導電層；在所述導電層 內間隔的形成延伸入所述導電層內的第二導電類型或第一導電類型的通道，其中所述通道 的導電類型與所述導電層的導電類型不同，此時所述通道和所述導電層間隔交錯排布；在 所述通道上形成氧化層；在所述氧化層上鍵合襯底半導體晶片；自所述半導體晶片的第二 表面減薄所述半導體晶片，并將減薄后的第一導電類型的半導體晶片作為漂移區；基于所 述漂移區形成所述IGBT的正面結構；去除所述襯底半導體晶片；去除所述氧化層；在所述 通道和導電層上形成背面金屬電極，該背面金屬電極與所述通道和導電層電性接觸。
[0007] 作為本發明的一個優選的實施例，提供的所述半導體晶片的厚度為200-700um，電 阻率為5?500Ω*cm。
[0008] 作為本發明的一個優選的實施例，在所述半導體晶片的第一表面上注入導電層的 注入劑量為1E13?lE20cnT2,能量為30?200KEV。
[0009] 作為本發明的一個優選的實施例，通過光刻、離子注入、高溫推阱、激活工藝在所 述導電層內間隔的形成所述通道，所述離子注入的注入劑量為1E13?lE20cnT2,能量為 30 ?200KEV。
[0010] 作為本發明的一個優選的實施例，通過熱氧化或CVD方式在所述導電層及通道上 形成氧化層，所述氧化層的厚度為0. 〇l-5um。 toon] 作為本發明的一個優選的實施例，在所述氧化層上鍵合的所述襯底半導體晶片的 厚度為50-650um。
[0012] 作為本發明的一個優選的實施例，在基于所述漂移區形成所述IGBT的正面結構 前，所述制造方法還包括：
[0013] 通過CMP或濕法腐蝕方式平坦對所述減薄的所述半導體晶片的第二表面。
[0014] 作為本發明的一個優選的實施例，所述襯底半導體晶片的厚度和所述鍵合形成的 漂移區的厚度的和為正常流通半導體晶片厚度。
[0015] 作為本發明的一個優選的實施例，所述IGBT的正面結構包括：在所述漂移區的上 表面上有選擇的形成的第一導電類型的基區；在所述基區內有選擇的形成的第二導電類型 的發射極區；位于所述漂移區的上表面上的柵氧化層；在所述柵極氧化層的上表面上形成 的多晶硅柵極；覆蓋所述柵極氧化層和多晶硅柵極的介質層；與所述基區和所述發射極區 電性接觸的正面金屬電極。
[0016] 作為本發明的一個優選的實施例，所述IGBT的正面結構包括：形成于正面金屬電 極外側的鈍化層。
[0017] 與現有技術相比，本發明中IGBT的制造方法，首先完成IGBT的背面的相互間隔的 集電極區和通道的制作，之后在半導體晶片第二表面上制備IGBT的正面結構，在正面結構 完成后僅需要做減薄和背面金屬化步驟，對薄片流通能力沒有特殊要求，更不需要雙面曝 光機設備。 【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0018] 為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本 領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它 的附圖。其中：
[0019] 圖1為本發明中的IGBT的制造方法在一個實施例中的流程圖；
[0020] 圖2至圖11為圖1中的制造方法的各個制造工序得到晶圓的縱剖面示意圖。 【【具體實施方式】】
[0021] 為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發明作進一步詳細的說明。
[0022] 此處所稱的"一個實施例"或"實施例"是指可包含于本發明至少一個實現方式中 的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現的"在一個實施例中"并非均指同一 個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。
[0023] 在介紹本發明中的IGBT的制造方法之前，需要說明的是，IGBT的發射極和柵極所 在的面通常被理解為正面，而IGBT的集電極所在的面通常被理解反面或背面。半導體晶片 種類眾多，常用的為硅片，在下面實施例中，將以硅片為例。
[0024] 圖1為本發明中的IGBT的制造方法100在一個實施例中的流程圖。如圖1所示， 所述制造方法100包括如下步驟。
[0025] 步驟110,結合圖2所示，提供具有第一表面11和第二表面12的N型硅片10,在 所述硅片的第一表面11上進行雜質注入N型或P型的導電層13。
[0026] 具體的，所述硅片10的厚度可以為200?700um，電阻率可以為5?500Q*cm。 如圖2所示，在所述硅片10的第一表面11上做普注，導電層13的雜質注入劑量為1E13? lE20cnT2,能量為30?200KEV，所述雜質可以為施主雜質，如磷或砷等，也可以為受主雜質， 如硼或氫等。
[0027] 步驟120,結合圖3與圖4所示，在所述導電層13內間隔的形成延伸入所述導電層 13內的P型或N型的通道14。
[0028] 在所述導電層13為P型時，所述步驟120中形成N型通道，在所述導電層13為N 型時，所述步驟120中形成P型通道，兩者之間的導電類型相反。在圖2-11所示出的實施 例中，以導電層13為N型，通道14為P型為例進行介紹。具體的，如圖3所示，在所述導電 層13上進行光刻得到相互間隔的注入窗口 15,如圖4所示，通過所述注入窗口 15向所述N 型導電層13內進行P型雜質離子（比如硼或氫）注入，注入劑量為1E13?lE20cnT2，能量 為30?200KEV，隨后可以進行高溫激活，這樣可以得到相互間隔的P型通道14。在現有工 藝中的P型通道14的激活通常發生在正面金屬電極形成之后，而本發明中的激活步驟都發 生在金屬電極形成之前，提高了摻雜區域（比如P型通道14)的激活效率。
[0029] 步驟130,結合圖5所示，在所述通道14上形成氧化層15。
[0030] 具體的，注入完成后，去膠清理導電層13及通道14表面，通過熱氧化或CVD方式 在所述導電層13及通道14上形成一厚度為0. 01-5um的氧化層15,以起到保護導電層13 及通道14的作用。
[0031] 步驟140,結合圖6所示，翻轉所述硅片10,在所述氧化層15上鍵合P型或N型的 襯底16。所述襯底16的厚度與下文提到的鍵合漂移區的厚度相關。
[0032] 具體的，采用直接鍵合（SDB)方式將所述氧化層15與N型或P型的襯底16鍵合， 襯底16的厚度為50?650um。
[0033] 步驟150,結合圖7所示，自所述硅片10的第二表面12減薄所述硅片10,并將減 薄后的所述硅片10,作為N型漂移區（NDrift) 17。
[0034] 具體的，減薄形成的漂移區17的厚度與所述襯底16的厚度相關。所述襯底16 的厚度和所述漂移區17的厚度的和為正常流通硅片厚度，比如對于6寸片的正常厚度為 625um/675um，8寸片的正常厚度為725um。
[0035] 在減薄完成后，采用CMP或濕法腐蝕方式使所述硅片10的第二表面12平坦光滑。
[0036] 步驟160,結合圖8所示，基于所述漂移區17采用正常IGBT工藝流程形成所述 IGBT的正面結構。
[0037] 圖8中示意出了一種平面IGBT的正面結構。所述IGBT的正面結構包括：在所述 漂移區17的上表面上有選擇的形成的P型基區（P-body) 18,在所述P型基區18內有選擇 的形成的N型發射極區19,位于所述漂移區17的上表面上的柵氧化層20,在所述柵極氧化 層20上形成的多晶硅柵極21 (G)，覆蓋所述柵極氧化層20和多晶硅柵極21的介質層22,以 及與所述P型基區18和所述N型發射極區19電性接觸的正面金屬電極23 (即發射極E)。
[0038] 圖8中只是示意性的示出了正面金屬電極23,事實上，正面金屬電極23可能會覆 蓋整個介質層22。此外，所述IGBT的正面結構還可能包括形成于正面金屬電極23外側的 鈍化層（未示出），比如二氧化硅和氮化硅。
[0039] 在其他實施例中，也可以制造溝槽型IGBT，所述溝槽型IGBT的正面結構與圖8中 的IGBT的正面結構并不相同，不過現有技術中已經公開了很多溝槽型IGBT，這里就不再重 復描述了。需要知曉的是，從本發明的某個角度來說，本發明并不特別關心IGBT的具體正 面結構，只要有正面結構并且能形成可以使用的IGBT器件即可。
[0040] 本發明提出一種圖8中的IGBT的正面結構的制造流程的一個示例，該流程包括：
[0041] 步驟一、生長柵極氧化層，比如厚度為IUOΛ' . 15000Λ...
[0042] 步驟二、在柵極氧化層上生成多晶硅柵極層，比如厚度為4000 A?15000 A。
[0043] 步驟三、多晶硅柵極光刻、蝕刻、離子注入、推阱以形成P基區，P型雜質注入劑量 為1E12?lE15cnT2,注入能量為20KEV?IMEV;推阱溫度為1000?1250C，時間為IOmin? IOOOmin0
[0044] 步驟四、N型發射區光刻、離子注入、退火以形成N型，劑量1E14?1E16,能量為 20KEV?IMEVCnT2 ;退火溫度為 800 ?1000C，時間為IOmin?IOOOmin;
[0045] 步驟五、生長介質層,厚度：6000A?20000A;
[0046] 步驟六、接觸孔光刻、蝕刻以形成接觸孔，該接觸孔與所述N型發射區和P型基區 相通；
[0047] 步驟七、正面金屬層淀積，厚度約為2um?6um ;
[0048] 步驟八、鈍化層淀積。
[0049] 從另一個角度來講，有關IGBT的正面結構的具體制造工藝也不屬于本發明的重 點，其可以采用現有的各種制造工藝制造而成，因此為了突出本發明的重點，有關IGBT的 正面結構的具體制造工藝在本文中并未被詳細描述。
[0050] 步驟170,結合圖9所示，去除所述襯底16。
[0051] 在一個實施例中，在IGBT的正面結構完成后，通過研磨（Grinding)工藝對所述襯 底16進行減薄，在減薄到一定厚度后，用濕法腐蝕進一步去除所述襯底16,直至露出所述 氧化層15。
[0052] 步驟180,結合圖10所示，去除所述氧化層15。
[0053] 在一個實施例中，在所述襯底16完全去除后，繼續采用濕法腐蝕將所述氧化層15 全部去除。
[0054] 步驟190,結合圖11所示，在所述導電層13及通道14外側通過采用濺射或蒸發的 方式制得背面金屬電極（集電極C) 24,該背面金屬電極24與所述通道14和所述導電層13 電性接觸。
[0055] 所屬領域內的普通技術人員應該能夠理解的是，本發明的特點或目的之一在于： 首先完成IGBT的背面的相互間隔的N型集電極區和P型通道的制作，之后在硅片10的第 二表面12上制備IGBT的正面結構，在正面結構完成后僅需要做減薄和背面金屬化步驟，這 樣對薄片流通能力沒有特殊要求，更不需要雙面曝光機設備。
[0056] 上述實施例中的N型可以被稱為第一導電類型，P型可以被稱為第二導電類型。在 其他實施例中，上述實施例中的所涉及的所有P型的區域（比如P基區、P型集電極區）都 可以更改為N型的，所有的N型的區域（N型漂移區、N型發射極區、N型陰極區）都可以更 改為P型，此時可以認為第一導電類型是P型，第二導電類型為N型。
[0057] 需要指出的是，熟悉該領域的技術人員對本發明的【具體實施方式】所做的任何改動 均不脫離本發明的權利要求書的范圍。相應地，本發明的權利要求的范圍也并不僅僅局限 于前述【具體實施方式】。
【權利要求】
1. 一種IGBT的制造方法，其特征在于，其包括： 提供具有第一表面和第二表面的第一導電類型的半導體晶片，在所述半導體晶片的第 一表面上進行雜質注入以形成第一導電類型或第二導電類型的導電層； 在所述導電層內間隔的形成延伸入所述導電層內的第二導電類型或第一導電類型的 通道，其中所述通道的導電類型與所述導電層的導電類型不同，此時所述通道和所述導電 層間隔交錯排布； 在所述通道上形成氧化層； 在所述氧化層上鍵合襯底半導體晶片； 自所述半導體晶片的第二表面減薄所述半導體晶片，并將減薄后的第一導電類型的半 導體晶片作為漂移區； 基于所述漂移區形成所述IGBT的正面結構； 去除所述襯底半導體晶片； 去除所述氧化層； 在所述通道和導電層上形成背面金屬電極，該背面金屬電極與所述通道和導電層電性 接觸。
2. 根據權利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，提供的所述半導體晶片的厚 度為200-700um，電阻率為5?500 Q *cm。
3. 根據權利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，在所述半導體晶片的第一表 面上注入導電層的注入劑量為1E13?lE20cnT2,能量為30?200KEV。
4. 根據權利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，通過光亥IJ、離子注入、高溫 推阱、激活工藝在所述導電層內間隔的形成所述通道，所述離子注入的注入劑量為1E13? lE20cnT2,能量為 30 ?200KEV。
5. 根據權利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，通過熱氧化或CVD方式在所 述導電層和通道上形成氧化層，所述氧化層的厚度為〇. 〇l-5um。
6. 根據權利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，在所述氧化層上鍵合的所述 襯底半導體晶片的厚度為50-650um。
7. 根據權利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，在基于所述漂移區形成所述 IGBT的正面結構前，所述制造方法還包括： 通過CMP或濕法腐蝕方式平坦對所述減薄的所述半導體晶片的第二表面。
8. 根據權利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，所述襯底半導體晶片的厚度 和所述鍵合形成的漂移區的厚度的和為正常流通半導體晶片厚度。
9. 根據權利要求1所述的IGBT的制造方法，其特征在于，所述IGBT的正面結構包括： 在所述漂移區的上表面上有選擇的形成的第一導電類型的基區； 在所述基區內有選擇的形成的第二導電類型的發射極區； 位于所述漂移區的上表面上的柵氧化層； 在所述柵極氧化層的上表面上形成的多晶硅柵極； 覆蓋所述柵極氧化層和多晶硅柵極的介質層； 與所述基區和所述發射極區電性接觸的正面金屬電極。
10. 根據權利要求7所述的IGBT的制造方法，其特征在于，所述IGBT的正面結構包括： 形成于正面金屬電極外側的鈍化層。
【文檔編號】H01L21/331GK104425254SQ201310390475
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】黃璇, 王萬禮, 王根毅 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司