一种场截止型反向导通绝缘栅双极型晶体管制备方法与流程

发明属于半导体技术领域，涉及一种场截止型反向导通绝缘栅双极型晶体管制备方法。

背景技术：

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种兼具MOS场效应和双极型晶体管复合的新型功率电力器件，它兼具MOSFET器件易于驱动、控制简单、开关速度快的优点，又具有功率晶体管导通压降低，通态电流大，损耗小的优点，在功率开关器件中日益扮演者越来越重要的角色。而该类功率器件在作为开关器件的使用的时候都会反向并联一个续流二极管，因此在IGBT模块化封装中，常常会在IGBT芯片旁边再放置一个续流二极管芯片，以满足使用目的。随着对IGBT工作原理的进一步研究以及工艺水平的不断提高，人们发现可以将反向续流二极管集成在同一个IGBT芯片上，即制备IGBT时同时将反向续流二极管制备在同一硅片上，正向加电压是作为IGBT使用，反向加电压时作为续流二极管使用，将续流二极管和IGBT制备在一起的器件一般称为反向导通绝缘栅双极型晶体管(RC-IGBT),该方法可以节约50％的芯片面积，提高集成度，同时节省封装费用，降低功耗。

但是对于中低压FS-IGBT，其芯片厚度较薄，如600V FS-IGBT器件厚度只有40-60um，若将续流二极管和FS-IGBT集成在一起，即使使用专用的薄片工艺设备，在减薄后的晶圆背面制作背面结构也极易造成硅片碎片，成品率低，并且该工艺所用的晶圆尺寸将会受到限制，不利于该类芯片的产业化。

技术实现要素：

本发明的目的，就是针对上述中低压场截止型反向导通绝缘栅双极型晶体管制备中存在的问题，提出一种无需专用的薄片工艺设备，在厚硅片上制备该类功率芯片的方法。

本发明的技术方案是：一种场截止型反向导通绝缘栅双极型晶体管制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.采用离子注入工艺，在一块N型半导体硅片1顶层注入N型杂质并推结形成场截止层2，所述场截止层2的厚度为5um；所述离子注入工艺的条件为：注入剂量10¹²～10¹³个/cm²,退火温度1150～1200℃，退火时间90～300分钟；

b.采用离子注入工艺，在截止层2上离子注入P型杂质并退火形成P型透明集电区3，所述P型透明集电区3的厚度为0.5-2um；所述离子注入工艺的条件为：注入剂量10¹⁴～10¹⁵个/cm²，退火温度450℃，退火时间30～90分钟；

c.采用淀积工艺，在P型透明集电区3上淀积厚度1um的二氧化硅层4；本步骤中不宜采用热氧化工艺，以免侵蚀已经形成的集电极层；

d.采用键合工艺，将另一块硅片5与二氧化硅层4表面键合；其中，另一块硅片5的掺杂浓度为10¹⁹～10²⁰个/cm³，键合的温度为300～1100℃；本步骤中用以键合的重掺杂硅片的厚度，应根据实际工艺要求确定，以保证该硅片能在线上流通；

e.翻转硅片，减薄N型半导体硅片1底层至需要的厚度，并在减薄后的N型半导体硅片1底层上完成IGBT正面工艺：包括：形成栅氧化层6、多晶硅层7、P阱8、N+发射区9、BPSG层10及正面金属层11；

f.翻转硅片，采用光刻工艺，刻蚀形成第一沟槽12，所述第一沟槽12依次另一块硅片5和P型透明集电区3延伸入场截止层2中；

g.采用淀积工艺，在第一沟槽12中填充多晶硅，并通过化学机械抛光平坦化去除硅片背面裸露多晶硅；

h.采用光刻工艺，刻蚀形成第二沟槽13，所述第二沟槽13贯穿另一块硅片5延伸至P型透明集电区3上层；光刻工艺中可采用干法刻蚀、定向湿法刻蚀，激光打孔均可，当刻槽至栅氧化层时，应采用干法刻蚀的方法，以保证工艺精度；

i.采用淀积工艺，在另一块硅片5背面淀积金属至第二沟槽13完全填充，并减薄背面金属层通过化学机械抛光平坦化形成集电极金属区13。

进一步的，所述另一块硅片5为N型或P型半导体硅片。

进一步的，所述步骤f步和步骤g步中，第一沟槽12的宽度越大，填充的多晶硅掺杂浓度越高，器件的反向导通压降越小。

进一步的，所述步骤i步中，所淀积的金属可以为一种金属也可以为多层金属的组合，减薄后的背面表面金属层厚度为4um。。

本发明的有益效果为，使用本发明的制备方法，芯片在整个制备过程中均在较厚的硅片上进行，无需专用的薄片工艺设备，并且最终制备的芯片也具有一定厚度，能有有效的避免芯片在制备封装过程中由于硅片过薄引起的硅片翘曲、碎片等问题，提高器件的良品率，加快该类产品的产业化进程。

附图说明

图1是实施例制备方法的工艺流程图；

图2是实施例中截止型反向导通绝缘栅双极型晶体管的结构图；

图3是实施例的工艺流程中一块N型硅片示意图；

图4是实施例的工艺流程中在N型硅片上制作FS层的示意图；

图5是实施例的工艺流程中在FS层上制作透明集电极区的示意图；

图6是实施例的工艺流程中在集电极区上淀积二氧化硅层的示意图；

图7是实施例的工艺流程中在二氧化硅层上完成两硅片键合的结构图；

图8是实施例的工艺流程中翻转、完成正面IGBT结构的示意图；

图9是实施例的工艺流程中翻转、刻槽填充多晶的后的结构图；

图10是实施例的工艺流程中刻槽填充金属层后的器件结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

实施例1

如图1-图10所示，本实施例的工艺流程，包括：

A.在一块厚度约300um的N型半导体硅片1上通过离子注入N型杂质并推结形成场截止层2，厚度约5um，注入剂量10¹²～10¹³个/cm²，退火温度1150～1200℃，退火时间90～300分钟；

B.在A步所形成的FS层上通过离子注入P型杂质并退火制作P型透明集电区3，形成P型集电区的厚度为0.5-2um，注入剂量10¹⁴～10¹⁵个/cm²，退火温度450℃，退火时间30～90分钟；

C.在B步所形成的透明集电区上淀积厚度约1um的二氧化硅层(4)；

D.另取一块厚度为200um、掺杂浓度约为10¹⁹～10²⁰个/cm³的N型或P型硅片，与C步形成二氧化硅层表面键合，使两个硅片键合在一起，键合温度300～1100℃，称重掺杂硅片一侧表面为背面，原硅片一侧为正面，此时硅片总厚度为500um；

E.翻转硅片，正面减薄键合后硅片至厚度为260um，即原硅片漂移区的厚度约为60um，并在减薄后的表面上完成IGBT正面工艺：包括：形成栅氧化层6、多晶硅层7、P阱8、N+发射区9、BPSG层10及正面金属层11；

F.翻转硅片，减薄键合后的硅片背面至总厚度为160um，光刻、刻蚀经减薄后的硅片背面至氧化层，并小步继续刻槽，穿过二氧化硅层、透明集电极区到达FS层；

G.在F步形成的硅片结构背面淀积多晶硅层至沟槽完全填充，并通过化学机械抛光平坦化去除硅片背面裸露多晶硅；

H.在G步形成的硅片上,刻槽穿过二氧化硅层，至透明集电极区表面，不刻蚀集电极区；

I.在H步形成的硅片结构背面淀积金属层至沟槽完全填充，减薄背面金属层并通过化学机械抛光平坦化形成集电极金属区13，集电极金属层的表面厚度为4um。

本发明所提出的场截止型反向导通绝缘栅双极型晶体管制备方法，芯片在整个制备过程中均在较厚的硅片上进行，无需专用的薄片工艺设备，并且最终制备的芯片也具有一定厚度，既能保证中低压场截止型反向导通绝缘栅双极型晶体管优良的电学性能，又能有有效的避免芯片在制备及封装过程中由于硅片过薄引起的硅片翘曲、碎片等问题，提高器件的良品率及可靠性，能加快该类产品的产业化进程。