一种反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种反向导通FS IGBT的制造方法，包括：提供第一掺杂类型的硅衬底；通过光刻和刻蚀在衬底的一面形成凹槽结构；向凹槽内填充第二掺杂类型的硅，在衬底表面形成背面PN交隔结构；提供N型硅片，并在N型硅片表面制备出N+层，推阱后得到场截止层；将衬底和N型硅片键合在一起；采用IGBT正面工艺在漂移区内和漂移区上制备出IGBT正面结构；将完成了正面工艺的键合硅片的衬底减薄至背面PN交隔结构处；在背面PN交隔结构表面形成背面金属电极。本发明专利技术于正面工艺之前直接在衬底上制作背面PN交隔结构。FS层用N型硅片先注入（或扩散）再高温推阱方式制备，N型硅片与衬底硅片键合得到与常规流通圆片厚度相同的圆片，无需专用薄片流通设备，降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件的制造方法，特别是涉及一种反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制备方法。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）一般采用反向并联续流二极管的方式使用。但这种方式一方面浪费封装面积，另一方面由于寄生电感等寄生效应的存在，并联额外增加了功耗。因此，将IGBT与二极管集成在同一个芯片的技术日益受到重视。反向导通场截止型（Field Stop,FS）IGBT是一种常用于电磁炉等用电设备的开关器件，由于改善了非平衡载流子的通道，其拖尾电流得到优化，同时器件不需要再并联续流二极管，降低了成本。反向导通FS IGBT的制备难点在于背面N+buffer层（即Field Stop层）及背面P/N交隔结构的制备，一种传统的制备方法是先利用注入（或预扩）+高温推阱制备背面N+buffer层之后通过双面光刻在背面结构上制作出P/N交隔结构，在背面结构完成后再做正面结构工艺，对于低压IGBT（1700V以下）正面结构制备前就需要将圆片减薄到200μm以下，这就要求生产线有薄片通线能力，因此需要专用的薄片流通设备和双面曝光设备。
技术实现思路
基于此，为了解决传统的反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管需要专用的薄片流通、加工设备，导致需要额外添购生产设备，提高了生产成本的问题，有必要提供一种与现有的常规生产设备兼容、不需要薄片流通设备的反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制备方法。一种反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制备方法，包括下列步骤：提供第一掺杂类型的硅衬底；通过光刻和刻蚀在所述硅衬底的一面形成多个凹槽结构；向所述凹槽内填充第二掺杂类型的硅，在所述硅衬底的表面形成背面PN交隔结构；所述第二掺杂类型与第一掺杂类型电性相反；提供N型硅片，并在所述N型硅片表面制备出N+层，推阱后得到N+的场截止层，N型硅片的除场截止层以外的部分作为漂移区；将所述硅衬底形成有所述背面PN交隔结构的表面和所述N型硅片制备有场截止层的表面键合在一起，得到一块与常规流通硅片厚度一致的键合硅片；采用绝缘栅双极型晶体管正面工艺在所述漂移区内和漂移区上制备出绝缘栅双极型晶体管正面结构；将完成了正面工艺的键合硅片的所述硅衬底减薄至所述背面PN交隔结构处；在所述背面PN交隔结构背离所述场截止层的表面形成背面金属电极。在其中一个实施例中，所述在N型硅片表面制备出N+层的步骤，是通过离子注入或扩散的工艺。在其中一个实施例中，进行所述正面工艺之前，还包括对所述键合硅片的漂移区进行减薄并对漂移区被减薄的一面进行平坦化处理的步骤。在其中一个实施例中，所述向凹槽内填充第二掺杂类型的硅，在所述硅衬底的表面形成背面PN交隔结构的步骤之后，还包括对所述背面PN交隔结构的表面进行化学机械平坦化处理的步骤。在其中一个实施例中，所述将硅衬底形成有所述背面PN交隔结构的表面和所述N型硅片制备有场截止层的表面键合在一起的步骤之前，还包括采用800摄氏度以上的温度对填充的所述第二掺杂类型的硅进行单晶化处理的步骤。在其中一个实施例中，所述提供第一掺杂类型的硅衬底的步骤中硅衬底的厚度为100～650微米，所述提供N型硅片的步骤中硅片的厚度为10～650微米，所述场截止层的厚度为2～100微米，所述场截止层的掺杂浓度为4*1013～1*1016/立方厘米。在其中一个实施例中，所述通过光刻和刻蚀在所述硅衬底的一面形成多个凹槽结构的步骤中，凹槽的深度为0.5～50微米。在其中一个实施例中，所述提供第一掺杂类型的硅衬底的步骤中硅衬底的电阻率为0.001～100欧姆*厘米，所述向凹槽内填充第二掺杂类型的硅的步骤中填充的第二掺杂类型的硅的电阻率为0.01～50欧姆*厘米，所述提供N型硅片的步骤中硅片的电阻率为5～500欧姆*厘米。在其中一个实施例中，所述在背面PN交隔结构背离所述场截止层的表面形成背面金属电极的步骤，是采用溅射或蒸发工艺制备所述背面金属电极。在其中一个实施例中，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型。上述反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制备方法，于正面工艺之前直接在衬底上制作背面PN交隔结构，因此可以采用常规挖槽、填充设备作业，无需使用双面曝光机来形成PN交隔结构。FS结构所需的N型Buffer层用一块N型硅片先注入（或扩散）再高温推阱方式制备，无需使用注入能量能达到1兆电子伏以上的高能离子注入设备。N型硅片与衬底硅片键合得到方便流通的硅片，其圆片厚度与常规流通圆片相同，再进行常规的正面工艺，因此与现有的常规工艺兼容，工艺简单、无需专用薄片流通设备，大大降低了工艺成本。附图说明图1是一实施例中反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制备方法的流程图；图2A～图2H是本专利技术反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制备方法的一实施例中、反向导通FS IGBT在制备过程中的剖面示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。图1是一实施例中反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制备方法的流程图，包括下列步骤：S110，提供第一掺杂类型的硅衬底。请参照图2A，在本实施例中，该第一掺杂类型的硅衬底为电阻率0.001～100Ω*cm的P型衬底10。因P型衬底10的部分结构同时会作为反向导通FS IGBT的背面P+发射区，因此对其电阻率有相应的要求。S120，通过光刻和刻蚀在硅衬底的一面形成多个凹槽结构。请参照图2B，光刻形成腐蚀窗口后，在光刻胶13的掩蔽下在P型衬底10表面刻蚀出凹槽11。在本实施例中，凹槽11的深度为0.5～50微米。S130，向凹槽内填充第二掺杂类型的硅，在硅衬底的表面形成背面PN交隔结构。请参照图2C，在本实施例中，第二掺杂类型为N型。填充的N型硅形成背面N型导电通道12，故P型衬底10在其表面与N型导电通道12一起构成背面PN交隔结构。在本实施例中，填充的N型硅的电阻率为0.01～50Ω*cm。S140，提供N型硅片，并在硅片表面制备出N+层，推阱后得到N+的场截止层。再另外准备一块电阻率为5～500Ω*cm的N型硅片20。用离子注入或扩散工艺在N型硅片20表面制备出N+层，注入（或扩散）的离子是磷、砷、氢等N型离子，再高温推阱后得到N+buffer层作为场截止（FS）层22，如图2D所示。在本实施例中，场截止层22的掺杂浓度为4*1013～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制备方法，包括下列步骤：提供第一掺杂类型的硅衬底；通过光刻和刻蚀在所述硅衬底的一面形成多个凹槽结构；向所述凹槽内填充第二掺杂类型的硅，在所述硅衬底的表面形成背面PN交隔结构；所述第二掺杂类型与第一掺杂类型电性相反；提供N型硅片，并在所述N型硅片表面制备出N+层，推阱后得到N+的场截止层，N型硅片的除场截止层以外的部分作为漂移区；将所述硅衬底形成有所述背面PN交隔结构的表面和所述N型硅片制备有场截止层的表面键合在一起，得到一块与常规流通硅片厚度一致的键合硅片；采用绝缘栅双极型晶体管正面工艺在所述漂移区内和漂移区上制备出绝缘栅双极型晶体管正面结构；将完成了正面工艺的键合硅片的所述硅衬底减薄至所述背面PN交隔结构处；在所述背面PN交隔结构背离所述场截止层的表面形成背面金属电极。

【技术特征摘要】
1.一种反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制备方法，包括下列步骤：
提供第一掺杂类型的硅衬底；
通过光刻和刻蚀在所述硅衬底的一面形成多个凹槽结构；
向所述凹槽内填充第二掺杂类型的硅，在所述硅衬底的表面形成背面PN交
隔结构；所述第二掺杂类型与第一掺杂类型电性相反；
提供N型硅片，并在所述N型硅片表面制备出N+层，推阱后得到N+的场
截止层，N型硅片的除场截止层以外的部分作为漂移区；
将所述硅衬底形成有所述背面PN交隔结构的表面和所述N型硅片制备有
场截止层的表面键合在一起，得到一块与常规流通硅片厚度一致的键合硅片；
采用绝缘栅双极型晶体管正面工艺在所述漂移区内和漂移区上制备出绝缘
栅双极型晶体管正面结构；
将完成了正面工艺的键合硅片的所述硅衬底减薄至所述背面PN交隔结构
处；
在所述背面PN交隔结构背离所述场截止层的表面形成背面金属电极。
2.根据权利要求1所述的反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制备方
法，其特征在于，所述在N型硅片表面制备出N+层的步骤，是通过离子注入或
扩散的工艺。
3.根据权利要求1所述的反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制备方
法，其特征在于，进行所述正面工艺之前，还包括对所述键合硅片的漂移区进
行减薄并对漂移区被减薄的一面进行平坦化处理的步骤。
4.根据权利要求1所述的反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的制造方
法，其特征在于，所述向凹槽内填充第二掺杂类型的硅，在所述硅衬底的表面
形成背面PN交隔结构的步骤之后，还包括对所述背面PN交隔结构的表面进行
化学机械平坦化处理的步骤。
5.根据权利要求1所述的反向导通场截止型绝缘栅双极型晶体管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄璇，王万礼，王根毅，
申请(专利权)人：无锡华润上华半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32