逆导型igbt结构及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种逆导型IGBT(Insulator GateBipolar Transistor,绝缘栅双极场效应管)结构及其形成方法。
【背景技术】
[0002]逆导型IGBT是一种重要的功率器件。在大多数应用场合中，逆导型IGBT与FffD(Free-wheeling D1de,续流二极管)搭配使用，这样可以减小芯片面积，降低成本，得到更大的竞争优势。
[0003]现有的逆导型IGBT结构如图1所示，图中101为p阱区，102为η+掺杂区，103为η-耐压层，104为η缓冲层，105为栅氧层，106为多晶娃层，107为隔离层，108为正面金属层，109为背面ρ+层以及110为背面金属层。图1所示的逆导型IGBT结构的制造方法如图2a至图2h所示，其中图2e和2f中的111为阻挡层。具体过程如下:提供η-耐压层(参考图2a)，通过常规工艺加工出正面器件(参考图2b)，将背面减薄后作高能量的η型杂质注入(参考图2c)，然后进行激光退火得到η缓冲层(参考图2d)，再做背面光刻(参考图2e)，进行ρ型杂质注入(参考图2f)，退火得到背面ρ+层(参考图2g)，最后形成背面电极(参考图2h)。可以看出此过程工艺比较复杂，需要经过高能离子注入、激光退火、背面光刻等工艺，所需设备成本高昂，且后面这些工艺都是在薄片的情况下完成，操作不当可能引起碎片，或者损害已形成的正面结构，工艺难度和成本都非常高。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种具有简单易行、良率高、工艺成本低的逆导型IGBT结构及其形成方法。
[0005]有鉴于此，本发明第一方面实施例的逆导型IGBT结构的形成方法，可以包括以下步骤:提供第一导电类型的衬底；在所述衬底顶部形成多个凹槽；在所述衬底之上形成第二导电类型的缓冲层；在所述缓冲层之上形成第二导电类型的耐压层；在所述耐压层之上形成器件的正面结构；对所述衬底进行背面减薄至露出所述衬底和缓冲层图形交错的背面形貌；以及在减薄一侧表面形成背面金属层。
[0006]根据本发明实施例的逆导型IGBT结构的形成方法与现有传统半导体器件生产技术相比，区别在于利用挖槽然后长外延层回填的方式，完成了制造耐压层下方结构的准备工作。该方法免除了现有工艺从背面做高能离子注入、激光退火、背面光刻等成本高、操作难的工艺，不需投入资金改造产线，同时显著降低了生产的难度和成本，提高了良率，达到降低逆导型IGBT结构生产成本的目的。
[0007]在本发明的一个实施例中，所述凹槽深度为20-200 μ m,宽度为0.5-2 μ m,凹槽角度为 87-90°。
[0008]在本发明的一个实施例中，所述在所述衬底顶部形成多个凹槽具体包括步骤:在所述衬底之上形成阻挡层；在所述阻挡层中光刻出刻蚀图形；在所述衬底顶部刻蚀出所述多个凹槽；以及去除所述残余的阻挡层。
[0009]在本发明的一个实施例中，所述阻挡层厚度大于200nm。
[0010]在本发明的一个实施例中，在所述减薄之后、所述形成背面金属层之前，对所述减薄一侧注入第二导电类型粒子然后退火，以形成欧姆接触。
[0011]在本发明的一个实施例中，注入浓度为0.5X1014-5X115Cm2,退火温度为300-500。。。
[0012]在本发明的一个实施例中，所述衬底的厚度大于400 μ m，电阻率为0.02-0.04ohm.cm。
[0013]在本发明的一个实施例中，所述缓冲层的厚度为5-30 μ m，电阻率为0.5—lOohm.cm。
[0014]在本发明的一个实施例中，所述耐压层的厚度为30-130 μ m，电阻率为35_120ohm.cm。
[0015]有鉴于此，本发明第二方面实施例的逆导型IGBT结构，通过上述任一种形成方法制备。
[0016]根据本发明实施例的逆导型IGBT结构具有制造成本低等优点。
【附图说明】
[0017]图1是现有的逆导型IGBT结构的结构示意图。
[0018]图2a至图2h是现有的逆导型IGBT结构形成方法的过程示意图。
[0019]图3是本发明实施例的逆导型IGBT结构形成方法的流程图。
[0020]图4a至图4i是本发明实施例的逆导型IGBT结构形成方法的过程示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0022]本发明第一方面实施例的逆导型IGBT结构的形成方法，如图3所示，包括以下步骤:
[0023]A.提供第一导电类型的衬底。
[0024]具体地，该衬底的导电类型应当于最后形成的逆导型IGBT结构中的耐压层的导电类型相反。例如，计划制造耐压层为n-Si的逆导型IGBT结构，则需要采用ρ+掺杂的Si衬底。
[0025]B.在衬底顶部形成多个凹槽。
[0026]需要说明的是，开挖凹槽的位置与后续预设形成FRD的位置对应。具体地，可以首先在衬底之上形成阻挡层；在阻挡层中光刻出刻蚀图形；在衬底顶部刻蚀出多个凹槽；最后去除残余的阻挡层。凹槽的深度主要取决于后续能够加工的薄片晶圆的厚度，在后续背面减薄工艺中，晶圆最小保留厚度(即保证晶圆不会破片的、最起码的厚度)越大则凹槽深度越大。凹槽的宽度主要取决于后续能够加工的FRD的尺寸，FRD的横截面积越大，则凹槽宽度越大。凹槽的数目以及位置分布也主要取决于FRD的数目及位置分布。
[0027]C.在衬底之上形成第二导电类型的缓冲层。
[0028]具体地，沉积第二导电类型的缓冲层材料，缓冲层材料首先填满衬底顶部的多个凹槽，然后进一步在衬底之上堆积形成第二导电类型的缓冲层。此时，顶部具有多个凹槽的衬底与底部具有多个凸起的缓冲层紧密结合。
[0029]D.在缓冲层之上形成第二导电类型的耐压层。
[0030]具体地，可以通过气相沉积、分子束外延等工艺在缓冲层之上继续沉积第二导电类型的半导体材料以形成第二导电类型的耐压层。
[0031]E.在耐压层之上形成器件的正面结构。
[0032]具体地，可以通过常见的沉积、光刻、刻蚀、注入、退火等半导体工艺在耐压层之上形成特定阱区、掺杂区、栅氧层、隔离层、正面金属层等正面结构。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际情况灵活设计正面结构及其具体形成步骤，本发明不做限制。
[0033]F.对衬底进行背面减薄至露出衬底和缓冲层图形交错的背面形貌。
[0034]具体地，可以通过化学腐蚀和/或机械腐蚀的方式从衬底的底部开始进行腐蚀，该过程即背面减薄。背面减薄至器件当前底表面同时露出衬底和缓冲层图形交错的背面形貌。
[0035]G.在减薄一侧表面形成背面金属层。
[0036]具体地，可以通过溅射或沉积的方式在上述步骤得到的器件的底表面(即减薄一侧表面)形成高导电性的金属材料(例如银、铜、铝等等)的背面金属层。
[0037]本实施例的逆导型IGBT结构的形成方法与现有传统半导体器件生产技术相比，区别在于利用挖槽然后长外延层回填的方式，完成了制造耐压层下方结构的准备工作。该方法免除了现有工艺从背面做高能离子注入、激光退火、背面光刻等成本高、操作难的工艺，不需投入资金改造产线，同时显著降低了生产的难度和成本，提高了良率，达到降低逆导型IGBT结构生产成本的目的。
[0038]本发明第二方面实施例的逆导型IGBT结构，该逆导型IGBT结构可以通过上文公开的逆导型IGBT结构的形成方法制备。该实施例的逆导型IGBT结构具有制造成本低等优点。
[0039]为使本领域技术人员更好地理解本发明的内容，申请人结合图4a至图4i详细介绍一例逆导型IGBT结构的具体形成方法如下:
[0040](I)如图4a所示，提供第