反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，該制造方法采用多晶硅來(lái)填充反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管背面的溝槽。只需要精確控制多晶硅的摻雜濃度就可以控制反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管背面的反向?qū)ǘO管的參數(shù)，工藝控制要求較低。該反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法對(duì)制造工藝控制要求較低，制造難度較小。
【專利說(shuō)明】反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件制造方法，特別是涉及一種反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管(IGBT,Insulated Gate Bipolar Transistor)是一種常用的通過(guò)電壓控制的功率開(kāi)關(guān)器件。其具有輸入電容大、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)電流小、速度快、耐壓高、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、工作溫度高、控制電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，現(xiàn)階段已經(jīng)成為電力電子裝置的主流器件。反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管是一種新型的IGBT器件，它是將IGBT結(jié)構(gòu)以及反向?qū)ǘO管結(jié)構(gòu)集成在同一個(gè)芯片上。這樣可以改善非平衡載流子的通道，優(yōu)化拖尾電流。反向?qū)↖GBT器件具有小尺寸、高功率密度、低成本、高可靠性等諸多優(yōu)點(diǎn)。
[0003]常見(jiàn)的反向?qū)↖GBT的制造方法中對(duì)器件背面反向?qū)ǘO管結(jié)構(gòu)的制造方法主要有兩種。一種反向?qū)↖GBT的反向?qū)ǘO管結(jié)構(gòu)的制造方法是采用兩次背面光刻來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體為先進(jìn)行有選擇的注入和擴(kuò)散形成P+型區(qū)域，然后再次進(jìn)行有選擇的注入和擴(kuò)散形成N+型區(qū)域，這樣就可以在反向?qū)↖GBT的背面間隔性的形成N+和P+區(qū)域。間隔性的N+和P+區(qū)域即為反向?qū)ǘO管結(jié)構(gòu)。采用這種制造方法形成的反向?qū)↖GBT的背面N+區(qū)域較淺，對(duì)工藝的控制要求較高。一旦N+區(qū)域的濃度偏高，所形成的反向?qū)↖GBT正向?qū)〞r(shí)將無(wú)法形成大注入效應(yīng)而喪失反向?qū)↖GBT的功能。
[0004]另一種反向?qū)↖GBT的反向?qū)ǘO管結(jié)構(gòu)的制造方法如下。在正面工藝完成及背面P+層形成后，進(jìn)行挖槽，然后利用背面金屬填充槽，最終形成反向?qū)↖GBT的反向?qū)ǘO管結(jié)構(gòu)。該反向?qū)↖GBT的反向?qū)ǘO管結(jié)構(gòu)的制造方法主要采用挖槽填充背面金屬的方式來(lái)形成反向?qū)ǘO管結(jié)構(gòu)，但是反向?qū)↖GBT背面槽內(nèi)金屬由于受限于反向?qū)↖GBT集電極金屬的要求，反向?qū)ǘO管的參數(shù)只能通過(guò)調(diào)節(jié)挖槽的寬度和深度來(lái)調(diào)節(jié)，工藝調(diào)節(jié)起來(lái)麻煩，對(duì)工藝控制要求較高。因此，從上述兩種工藝方法可以看至IJ，常見(jiàn)的反向?qū)↖GBT器件背面反向?qū)ǘO管結(jié)構(gòu)的制造方法制造工藝控制要求較高，制造難度較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要提供一種反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，其能夠降低工藝控制要求，降低制造難度。
[0006]一種反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，所述絕緣柵雙極型晶體管制造方法包括如下步驟:制備N型襯底；在所述N型襯底正面生長(zhǎng)柵氧化層；在所述柵氧化層上淀積多晶硅柵電極；通過(guò)光刻、刻蝕和離子注入工藝在N型襯底上形成P阱；通過(guò)光刻和離子注入工藝在P阱內(nèi)形成N+區(qū)和正面P+區(qū)；在所述N型襯底正面淀積介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層上淀積保護(hù)層；通過(guò)背面減薄工藝減薄所述N型襯底；在所述N型襯底的背面注入P型雜質(zhì)形成背面P+區(qū)域；采用光刻、刻蝕工藝在所述N型襯底的背面形成溝槽；在所述N型襯底的背面淀積多晶硅填充所述溝槽，并蝕刻掉溝槽之外區(qū)域的多晶硅；去除N型襯底正面的保護(hù)層；選擇性刻蝕介質(zhì)層形成短接N+區(qū)和正面P+區(qū)的接觸孔，并形成正面金屬層；在所述N型襯底正面淀積鈍化層；在所述N型襯底背面進(jìn)行背面金屬化工藝，形成背面金屬層。
[0007]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在所述N型襯底背面進(jìn)行背面金屬化工藝，形成背面金屬層的步驟之后還包括通過(guò)局部輻照技術(shù)控制N型襯底中局部區(qū)域的載流子壽命。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述局部輻照技術(shù)采用電子或者質(zhì)子對(duì)所述N型襯底進(jìn)行輻照。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述N型襯底的背面形成的溝槽的形狀為長(zhǎng)方形。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述N型襯底的背面形成的溝槽的深度為I?20 μ m，寬度為I?30 μ m,相鄰兩個(gè)溝槽的間距為50?300 μ m。
[0011 ] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述N型襯底的背面形成的溝槽中淀積的多晶硅為N型多晶娃。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述N型襯底的背面形成的溝槽中淀積的多晶硅的摻雜濃度為 1E17 ?lE21cnT3。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述背面金屬層自N型襯底向外依次為鋁、鈦、鎳、銀。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅和硼磷硅玻璃。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述保護(hù)層的材質(zhì)為氮化硅。
[0016]上述反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法采用多晶硅來(lái)填充反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管背面的溝槽。只需要精確控制多晶硅的摻雜濃度就可以控制反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管背面的反向?qū)ǘO管的參數(shù)，工藝控制要求較低。該反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法對(duì)制造工藝控制要求較低，制造難度較小。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為一個(gè)實(shí)施例的反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法流程圖；
[0018]圖2?17為圖1所示的場(chǎng)中止型絕緣柵雙極型晶體管制造方法流程中對(duì)應(yīng)的反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供一種反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法。該反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法包括如下步驟。
[0020]步驟S111，制備N型襯底110。如圖2所示。在該實(shí)施例中，N型襯底110為N型硅襯底。
[0021]步驟S112，在N型襯底110正面生長(zhǎng)柵氧化層121。如圖3所示。此處柵氧化層121的厚度為600埃?1500埃。
[0022]步驟S113，在柵氧化層121上淀積多晶硅柵電極122。如圖3所示。
[0023]步驟S114，通過(guò)光刻、刻蝕和離子注入工藝在N型襯底110上形成P阱123。請(qǐng)參考圖4，通過(guò)光刻工藝選擇性的刻蝕多晶硅柵電極122和柵氧化層121，從而刻蝕出P阱123的注入窗口。請(qǐng)參考圖5，通過(guò)自對(duì)準(zhǔn)注入工藝在P阱123的注入窗口內(nèi)注入P型雜質(zhì)，然后通過(guò)推阱形成P阱123。
[0024]步驟S115，通過(guò)光刻和離子注入工藝在P阱123內(nèi)形成N+區(qū)124和正面P+區(qū)125。請(qǐng)參考圖6，通過(guò)光刻工藝選擇性的在P阱123中進(jìn)行離子注入和推阱形成N+區(qū)124。請(qǐng)參考圖7，通過(guò)光刻工藝選擇性的在P阱123中進(jìn)行離子注入和推阱形成正面P+區(qū)125。N+區(qū)124主要是用來(lái)做為該反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極。
[0025]步驟S116，在N型襯底110正面淀積介質(zhì)層126。如圖8所示。其中，此處介質(zhì)層126的材質(zhì)為二氧化娃和硼憐娃玻璃(boro-phospho-silicate-glass, BPSG)。
[0026]步驟SI 17，在介質(zhì)層126上淀積保護(hù)層127。如圖9所示。其中，保護(hù)層127的材質(zhì)為氮化娃。
[0027]步驟S118，通過(guò)背面減薄工藝減薄N型襯底110。該步驟S118主要是將N型襯底110減薄到所需要到厚度。
[0028]步驟S121，在N型襯底110的背面注入P型雜質(zhì)形成背面P+區(qū)域131。如圖10所示。
[0029]步驟S122，采用光刻、刻蝕工藝在N型襯底110的背面形成溝槽132。如圖11所示。在該實(shí)施例中，N型襯底110的背面形成的溝槽132的形狀為長(zhǎng)方形。當(dāng)然，N型襯底110的背面形成的溝槽132也可以為圓形、橢圓形、梯形等合適的形狀。當(dāng)N型襯底110的背面形成的溝槽132的形狀為長(zhǎng)方形時(shí)，該溝槽132的深度可以為I?20 μ m，寬度為I?30 μ m，相鄰兩個(gè)溝槽132的間距為50?300 μ m。
[0030]步驟S123，在N型襯底110的背面淀積多晶硅填充溝槽132，并蝕刻掉溝槽132之外區(qū)域的多晶硅。如圖12所示。該步驟S123主要是為了在溝槽132中填充多晶硅以形成反向?qū)ǘO管。所制造的反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管的背面反向?qū)ǘO管的參數(shù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)溝槽132中多晶硅的摻雜濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，工藝調(diào)節(jié)難度低，工藝控制容易。這樣就能降低反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管的制造難度。當(dāng)然，反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管的背面反向?qū)ǘO管的參數(shù)也可以通過(guò)調(diào)整溝槽132的寬度和深度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，或者同時(shí)調(diào)節(jié)溝槽132中多晶硅的摻雜濃度和溝槽132的寬度和深度進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣，就能降低反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管的工藝調(diào)節(jié)難度低，從而降低制造難度。在該實(shí)施例中，N型襯底110的背面形成的溝槽132中淀積的多晶硅為N型多晶硅。溝槽132中淀積的N型多晶硅的摻雜濃度范圍為1E17?lE21cm_3。
[0031]步驟S124，去除N型襯底正面的保護(hù)層127。如圖13所示。
[0032]步驟S125，選擇性刻蝕介質(zhì)層126形成短接N+區(qū)124和正面P+區(qū)125的接觸孔，并形成正面金屬層128。如圖14所示。從上述反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管的制造流程可以看到，步驟S122和步驟S122是在步驟SI 16之后進(jìn)行的。也就是說(shuō)，在N型襯底110的背面形成溝槽132和在溝槽132中淀積多晶硅的步驟是在N型襯底110正面淀積介質(zhì)層126之后進(jìn)行制作，而不是在將整個(gè)反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管的正面工藝加工完成以后制作。這樣的制造流程具有如下好處。首先，步驟S121中的N型襯底110的背面P型雜質(zhì)注入之后，后續(xù)有孔回流(孔回流是在步驟S125，選擇性刻蝕介質(zhì)層126形成短接N+區(qū)124和正面P+區(qū)125的接觸孔，并形成正面金屬層128中，該步驟S125的溫度大概在850攝氏度左右)等正面熱過(guò)程的存在，N型襯底110的背面P型雜質(zhì)的激活率很高，不需要進(jìn)行單獨(dú)的退火。這樣,可以省去N型襯底110的背面P型雜質(zhì)熱退火的步驟。其次，N型襯底110的背面溝槽123中的多晶硅和正面的多晶硅分開(kāi)進(jìn)行工藝，這樣多晶硅的摻雜濃度容易控制。
[0033]步驟S126，在N型襯底110正面淀積鈍化層129。如圖15所示。此處還會(huì)蝕刻處焊盤(pán)區(qū)域。
[0034]步驟S127，在N型襯底110背面進(jìn)行背面金屬化工藝，形成背面金屬層133。如圖16所示。在該實(shí)施例中，N型襯底110背面的背面金屬層133自N型襯底向外依次為鋁、鈦、鎳、銀。也就是說(shuō)最外層為金屬銀。
[0035]步驟S128，通過(guò)局部輻照技術(shù)控制N型襯底110中局部區(qū)域111的載流子壽命。如圖17所示。在該實(shí)施例中，局部輻照技術(shù)采用電子或者質(zhì)子對(duì)N型襯底110進(jìn)行輻照以控制N型襯底110中局部區(qū)域111的載流子壽命。這樣就完成了反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管的制造。
[0036]上述反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法采用多晶硅來(lái)填充反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管背面的溝槽。這樣，只需要精確控制多晶硅的摻雜濃度就可以控制反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管背面的反向?qū)ǘO管的參數(shù)，工藝控制要求較低。因此，該反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法對(duì)制造工藝控制要求較低，制造難度較小。
[0037]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述絕緣柵雙極型晶體管制造方法包括如下步驟: 制備N型襯底； 在所述N型襯底正面生長(zhǎng)柵氧化層； 在所述柵氧化層上淀積多晶硅柵電極； 通過(guò)光刻、刻蝕和離子注入工藝在N型襯底上形成P阱； 通過(guò)光刻和離子注入工藝在P阱內(nèi)形成N+區(qū)和正面P+區(qū)； 在所述N型襯底正面淀積介質(zhì)層； 在所述介質(zhì)層上淀積保護(hù)層； 通過(guò)背面減薄工藝減薄所述N型襯底； 在所述N型襯底的背面注入P型雜質(zhì)形成背面P+區(qū)域； 采用光刻、刻蝕工藝在所述N型襯底的背面形成溝槽； 在所述N型襯底的背面淀積多晶硅填充所述溝槽，并蝕刻掉溝槽之外區(qū)域的多晶硅； 去除N型襯底正面的保護(hù)層； 選擇性刻蝕介質(zhì)層形成短接N+區(qū)和正面P+區(qū)的接觸孔，并形成正面金屬層； 在所述N型襯底正面淀積鈍化層； 在所述N型襯底背面進(jìn)行背面金屬化工藝，形成背面金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述在所述N型襯底背面進(jìn)行背面金屬化工藝，形成背面金屬層的步驟之后還包括通過(guò)局部輻照技術(shù)控制N型襯底中局部區(qū)域的載流子壽命。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述局部輻照技術(shù)采用電子或者質(zhì)子對(duì)所述N型襯底進(jìn)行輻照。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述N型襯底的背面形成的溝槽的形狀為長(zhǎng)方形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述N型襯底的背面形成的溝槽的深度為I?20 μ m，寬度為I?30 μ m，相鄰兩個(gè)溝槽的間距為50 ?300 μ mD
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述N型襯底的背面形成的溝槽中淀積的多晶硅為N型多晶硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述N型襯底的背面形成的溝槽中淀積的多晶硅的摻雜濃度為1E17?lE21cm_3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述背面金屬層自N型襯底向外依次為鋁、鈦、鎳、銀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅和硼磷硅玻璃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的反向?qū)ń^緣柵雙極型晶體管制造方法，其特征在于，所述保護(hù)層的材質(zhì)為氮化硅。
【文檔編號(hào)】H01L21/331GK104425245SQ201310374240
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】張碩, 芮強(qiáng), 王根毅, 鄧小社 申請(qǐng)人:無(wú)錫華潤(rùn)上華半導(dǎo)體有限公司