一種IGBT結構及其背面制造方法與流程

本發明涉及半導體器件技術領域，特別涉及一種IGBT結構及其背面制造方法。

背景技術：

IGBT即絕緣柵雙極晶體管，是一種將MOSFET(金屬氧化物場效應管)與BJT(雙極型晶體管)相結合的半導體功率器件，具有輸入阻抗高、開關損耗小、速度快、電壓驅動功率小等特點。IGBT縱向結構主要分為穿通型和非穿通型，其中非穿通型結構的通態壓降較大，這主要是由于硅片的厚度較厚。在保證耐壓的前提下，要盡量減小硅片的厚度，減小導通壓降。這就提高了對減薄后的薄片加工設備的精度要求，無形中加大了加工成本，且容易提高碎片率。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術存在碎片率高的缺陷，提供一種IGBT結構及其背面制造方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種IGBT結構，包括N型硅襯底，所述N型硅襯底背面管芯區域刻蝕有凹槽，所述凹槽周圍突出N型硅襯底背面部分形成劃片槽；所述凹槽和劃片槽表面設置有P+集電區，所述的P+集電區表面設置有金屬層；所述的凹槽內填充有金屬可焊材料。

進一步地，所述的N型硅襯底正面設置有P-阱區，所述P-阱區內設置有N+發射區，所述N型硅襯底上由下至上依次設置有柵氧層和多晶硅柵(多晶 硅柵位于柵氧層正上方，P-阱區位于N型硅襯底中且設置于兩個柵氧層之間，N+發射區位于P-阱區之中，且深度小于P-阱區)，所述的柵氧層和多晶硅柵外部覆蓋有絕緣層，所述的絕緣層外部覆蓋有Al電極。

作為優選，所述的金屬可焊材料為含錫合金等。

上述IGBT結構的背面制造方法，步驟如下：

1)將N型硅襯底進行背面減薄；

2)將減薄后的N型硅襯底的背面管芯區域進行挖槽刻蝕，形成凹槽；

3)將挖槽刻蝕后的N型硅襯底背面進行硼離子注入、退火，形成P+集電區；

4)形成背面金屬層；

5)用金屬可焊材料填充管芯區域的凹槽。

進一步地，步驟1)所述的背面減薄是在N型硅襯底正面加工完畢后進行。

作為優選，步驟1)所述的背面減薄是將N型硅襯底減薄至200μm；所述的挖槽刻蝕采用光刻刻蝕工藝，所述凹槽深度為50-150μm。

作為優選，所述背面金屬層為Ti/Ni/Ag金屬層。

進一步地，所述的硼離子注入能量范圍為30-60Kev，注入劑量范圍為1E13cm^-2-9E15cm^-2。

作為優選，所述的金屬可焊材料填充管芯區域凹槽至與劃片槽齊平。

有益效果：本發明既減小了管芯區域的厚度，同時劃片槽的厚度不變，不會因為整片晶圓過薄導致碎片，減小了碎片率。本發明在硅片減薄之后采用背面管芯區域的硅刻蝕技術，將管芯處開設凹槽，既降低了對減薄后的薄片加工設備的要求，降低設備成本；從器件性能上來說，又降低了器件的導通壓降， 減小通態損耗。同時管芯處凹槽填充金屬可焊材料，使封裝更加方便。

附圖說明

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。

圖1是本發明IGBT結構剖視圖；

圖2為本發明IGBT結構背面工藝流程圖；

圖3為N型硅襯底片正面工藝加工完畢后結構示意圖；

圖4為刻蝕工藝完成后結構示意圖；

圖5為形成P+集電區后結構示意圖；

圖6為形成背面金屬層后結構示意圖；

其中:1.N型硅襯底，2.P-阱區，3.N+發射區，4.柵氧層，5.多晶硅柵，6.絕緣層，7.Al電極，8.P+集電區，9.金屬層，10.金屬可焊材料，11.劃片槽，12.凹槽。

具體實施方式

實施例

如圖1所示，一種IGBT結構，包括N型硅襯底1，所述N型硅襯底1背面管芯區域刻蝕有凹槽12，所述凹槽12周圍突出N型硅襯底1背面部分形成劃片槽11；所述凹槽12和劃片槽11表面設置有P+集電區8，所述的P+集電區8表面設置有金屬層9；所述的凹槽12內填充有金屬可焊材料10。

所述的N型硅襯底1正面設置有P-阱區2，所述P-阱區2內設置有N+發射區3，所述N型硅襯底1上由下至上依次設置有柵氧層4和多晶硅柵5(多晶硅柵5位于柵氧層4正上方，P-阱區2位于N型硅襯底1中且設置于兩個柵 氧層4之間，N+發射區3位于P-阱區2之中，且深度小于P-阱區2)，所述的柵氧層4和多晶硅柵5外部覆蓋有絕緣層6，所述的絕緣層6外部覆蓋有Al電極7。

如圖2所示，上述IGBT結構的背面制造方法，包括如下步驟：

1)將N型硅襯底1正面工藝加工完畢，加工完成后結構如圖3所示；

2)用減薄設備將硅片進行背面減薄，減薄至200μm左右；

3)采用光刻刻蝕工藝，刻蝕掉管芯區域的硅，形成凹槽12，刻蝕硅的深度范圍為50-150um，加工完成后結構如圖4所示；

4)背面進行硼離子注入、低溫退火工藝，注入能量范圍為30-60Kev，注入劑量范圍為1E13cm^-2-9E15cm^-2，形成P+集電區8，加工完成后結構如圖5所示；

5)背面濺射Ti/Ni/Ag金屬，形成背面金屬層9，加工完成后結構如圖6所示；

6)用金屬可焊材料10填充背面管芯區域的凹槽12，確保與劃片槽11齊平，加工完成后結構如圖1所示。

應當理解，以上所描述的具體實施例僅用于解釋本發明，并不用于限定本發明。由本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。