一种IGBT结构及其背面制造方法与流程

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种IGBT结构及其背面制造方法。

背景技术：

IGBT即绝缘栅双极晶体管，是一种将MOSFET(金属氧化物场效应管)与BJT(双极型晶体管)相结合的半导体功率器件，具有输入阻抗高、开关损耗小、速度快、电压驱动功率小等特点。IGBT纵向结构主要分为穿通型和非穿通型，其中非穿通型结构的通态压降较大，这主要是由于硅片的厚度较厚。在保证耐压的前提下，要尽量减小硅片的厚度，减小导通压降。这就提高了对减薄后的薄片加工设备的精度要求，无形中加大了加工成本，且容易提高碎片率。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在碎片率高的缺陷，提供一种IGBT结构及其背面制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种IGBT结构，包括N型硅衬底，所述N型硅衬底背面管芯区域刻蚀有凹槽，所述凹槽周围突出N型硅衬底背面部分形成划片槽；所述凹槽和划片槽表面设置有P+集电区，所述的P+集电区表面设置有金属层；所述的凹槽内填充有金属可焊材料。

进一步地，所述的N型硅衬底正面设置有P-阱区，所述P-阱区内设置有N+发射区，所述N型硅衬底上由下至上依次设置有栅氧层和多晶硅栅(多晶 硅栅位于栅氧层正上方，P-阱区位于N型硅衬底中且设置于两个栅氧层之间，N+发射区位于P-阱区之中，且深度小于P-阱区)，所述的栅氧层和多晶硅栅外部覆盖有绝缘层，所述的绝缘层外部覆盖有Al电极。

作为优选，所述的金属可焊材料为含锡合金等。

上述IGBT结构的背面制造方法，步骤如下：

1)将N型硅衬底进行背面减薄；

2)将减薄后的N型硅衬底的背面管芯区域进行挖槽刻蚀，形成凹槽；

3)将挖槽刻蚀后的N型硅衬底背面进行硼离子注入、退火，形成P+集电区；

4)形成背面金属层；

5)用金属可焊材料填充管芯区域的凹槽。

进一步地，步骤1)所述的背面减薄是在N型硅衬底正面加工完毕后进行。

作为优选，步骤1)所述的背面减薄是将N型硅衬底减薄至200μm；所述的挖槽刻蚀采用光刻刻蚀工艺，所述凹槽深度为50-150μm。

作为优选，所述背面金属层为Ti/Ni/Ag金属层。

进一步地，所述的硼离子注入能量范围为30-60Kev，注入剂量范围为1E13cm^-2-9E15cm^-2。

作为优选，所述的金属可焊材料填充管芯区域凹槽至与划片槽齐平。

有益效果：本发明既减小了管芯区域的厚度，同时划片槽的厚度不变，不会因为整片晶圆过薄导致碎片，减小了碎片率。本发明在硅片减薄之后采用背面管芯区域的硅刻蚀技术，将管芯处开设凹槽，既降低了对减薄后的薄片加工设备的要求，降低设备成本；从器件性能上来说，又降低了器件的导通压降， 减小通态损耗。同时管芯处凹槽填充金属可焊材料，使封装更加方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明IGBT结构剖视图；

图2为本发明IGBT结构背面工艺流程图；

图3为N型硅衬底片正面工艺加工完毕后结构示意图；

图4为刻蚀工艺完成后结构示意图；

图5为形成P+集电区后结构示意图；

图6为形成背面金属层后结构示意图；

其中:1.N型硅衬底，2.P-阱区，3.N+发射区，4.栅氧层，5.多晶硅栅，6.绝缘层，7.Al电极，8.P+集电区，9.金属层，10.金属可焊材料，11.划片槽，12.凹槽。

具体实施方式

实施例

如图1所示，一种IGBT结构，包括N型硅衬底1，所述N型硅衬底1背面管芯区域刻蚀有凹槽12，所述凹槽12周围突出N型硅衬底1背面部分形成划片槽11；所述凹槽12和划片槽11表面设置有P+集电区8，所述的P+集电区8表面设置有金属层9；所述的凹槽12内填充有金属可焊材料10。

所述的N型硅衬底1正面设置有P-阱区2，所述P-阱区2内设置有N+发射区3，所述N型硅衬底1上由下至上依次设置有栅氧层4和多晶硅栅5(多晶硅栅5位于栅氧层4正上方，P-阱区2位于N型硅衬底1中且设置于两个栅 氧层4之间，N+发射区3位于P-阱区2之中，且深度小于P-阱区2)，所述的栅氧层4和多晶硅栅5外部覆盖有绝缘层6，所述的绝缘层6外部覆盖有Al电极7。

如图2所示，上述IGBT结构的背面制造方法，包括如下步骤：

1)将N型硅衬底1正面工艺加工完毕，加工完成后结构如图3所示；

2)用减薄设备将硅片进行背面减薄，减薄至200μm左右；

3)采用光刻刻蚀工艺，刻蚀掉管芯区域的硅，形成凹槽12，刻蚀硅的深度范围为50-150um，加工完成后结构如图4所示；

4)背面进行硼离子注入、低温退火工艺，注入能量范围为30-60Kev，注入剂量范围为1E13cm^-2-9E15cm^-2，形成P+集电区8，加工完成后结构如图5所示；

5)背面溅射Ti/Ni/Ag金属，形成背面金属层9，加工完成后结构如图6所示；

6)用金属可焊材料10填充背面管芯区域的凹槽12，确保与划片槽11齐平，加工完成后结构如图1所示。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。