2的厚度δ2在1?4um，P+型集电极层3的厚度δ?在0.2?0.4umo
[0029]本发明的绝缘栅双极晶体管的背面结构还可以是背面沟槽4的槽壁与水平面之间的夹角€[在65?75°之间，背面沟槽4的深度h在40?60um、槽宽b在25?30um之间，两沟槽中心距Η为70?120um，N+型集电极层6的厚度δ在0.2?0.5um，而N+型场截止层2的厚度δ2在1.5?4um，P+型集电极层3的厚度δ?在0.2?0.5um，通过优化参数，保证击穿电压满足要求的同时实现压降与关断速度更好的折衷。
[0030]本发明绝缘栅双极晶体管的背面结构的制作方法，将绝缘栅双极晶体管硅片正面工艺进行完毕后，按以下步骤进行:
[0031]⑴、将硅片1背面减薄至150?250um，可采用磨消进行减薄，硅片1背面减薄到NPT背面工艺的厚度即可，厚度根据产品电压要求而定，并减薄后用去离子水冲洗，以保持背面的洁清，必要时还可进行去应力处理。
[0032]⑵、在背面注入N型离子，注入剂量为5E14?5E15/cm2，注入能量为30?400KeV，形成厚度δ在0.1?0.5um的Ν+型集电极层6，Ν型离子可采用磷离子或砷离子，本发明Ν型注入能量为150-310KeV，注入剂量为8Ε14?3E15/cm2时，形成的Ν+型集电极层6厚度在0.2?
0.4um;当N型注入能量为160-400KeV、注入剂量为8E14?3E15/cm2时，N+型集电极层6的厚度δ在ο.2?0.5um，根据注入能量和剂量方便控制N+型集电极层6厚度。
[0033]⑶、光刻刻蚀沟槽形成背面沟槽4，在硅片1背面涂覆光刻胶，进行曝光、显影和刻蚀形成背面沟槽4，且背面沟槽4侧壁与平面夹角α在60?88°，背面沟槽4的深度h在10?lOOum，槽宽b在5?50um，而两沟槽中心距Η为50?150um;如刻蚀形成的背面沟槽4该夹角α在62?80°之间，背面沟槽4的深度h在30?80um，槽宽b在10?40um，两沟槽中心距Η为60?lOOum;或夹角α在在65?75°之间，背面沟槽4的深度h在40?60um、槽宽b在25?30um之间，两沟槽中心距Η为70?120um，背面沟槽区域的占比根据应用可做相应调整。
[0034]⑷、在背面沟槽4的槽底部和侧壁注入杂质为N型离子，注入剂量为5E11?5E14/cm2，注入能量为30KeV?5MeV，形成沟槽状的N+型场截止层2，且N+型场截止层2的厚度δ2在
0.5?5um，N型离子可采用磷离子或砷离子。本发明当Ν型注入能量在900KeV-7.5MeV，注入剂量在5E12?5E13/cm2时，形成的N+型场截止层2的厚度δ2在1?4um，当N型注入能量为2KeV-8MeV，注入剂量为5E12?5E13/cm2时，形成的N+型场截止层2的厚度δ2在1.5?4um，可根据应用可做相应调整。
[0035](5)、再在N+型场截止层2的沟槽底部和侧壁注入P型离子，注入剂量为5E14?5E15/cm2，注入能量为30?160KeV，形成沟槽状的P+型集电极层3，P型离子可采用硼离子或二氟化硼离子，P+型集电极层3的厚度δ?在0.1?0.5um。本发明当P型注入能量为60-130KeV，注入剂量为8E14?3E15/cm2时，形成的P+型集电极层3的厚度δ?在0.2?0.4um;当对应Ρ型注入能量为60-170KeV，注入剂量为8E14?3E15/cm2时，P+型集电极层3的厚度δ?在0.2?
0.5um，可根据应用可做相应调整。本发明在背面沟槽4底部通过注入即可形成Ν+型场截止层2及P+型集电极层3，不需要薄片工艺即可实现背面FS结构。
[0036](6)、将硅片1放入退火炉内进行退火，可采用常规退火处理，退火后，在背面淀积金属层5，可在背面溅射或蒸发T1-N1-Ag，使金属层5上的凸起5-1充满在对应的背面沟槽4内形成集电极，以增加与硅片接触面积，降低了背面接触电阻，增加了晶片的韧性，而不易碎片，热阻比厚片大大降低。
[0037]根据本发明制作的绝缘栅双极晶体管特性与薄片FS工艺及NPT工艺的特性对比，从图3可以看出，器件特性优于NPT工艺性能，压降和关断损耗都有所减小，工艺仅多了刻槽工艺，不需要使用到薄片工艺，制造成本无大的增加，且碎片率不会增加，能避免薄片工艺带来的不利影响。
【主权项】
1.一种绝缘栅双极晶体管的背面结构，其特征在于:在硅片(1)的背面间隔设有背面沟槽(4)，背面沟槽(4)的槽壁与水平面之间的夹角α在60?88°，在背面沟槽(4)的沟槽底部及侧壁通过注入形成沟槽状的Ν+型场截止层(2)及沟槽状的Ρ+型集电极层(3)，沟槽状的Ν+型场截止层(2)与Ν型衬底相连，沟槽状的Ρ+型集电极层(3)与Ν+型场截止层(2)的槽底及侧壁相连，Ν+型场截止层(2)的沟槽顶面和Ρ+型集电极层(3)的沟槽顶面与Ν+型集电极层(6)相连，连接在Ν+型集电极层(6)上的背面的金属层(5)及设置在对应背面沟槽(4)内金属层(5)的凸起(5-1)形成集电极。2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管的背面结构，其特征在于:所述硅片(1)上的背面沟槽(4)、Ν+型场截止层(2)上的沟槽和Ρ+型集电极层(3)上的沟槽呈梯形。3.根据权利要求1或2所述的绝缘栅双极晶体管的背面结构，其特征在于:所述背面沟槽(4)的深度h在10?lOOum，槽宽b在5?50um，两背面沟槽(4)中心距!1在50?150umo4.根据权利要求1或2所述的绝缘栅双极晶体管的背面结构，其特征在于:所述N+型集电极层(6)的厚度δ在0.1?0.5umo5.根据权利要求1或2所述的绝缘栅双极晶体管的背面结构，其特征在于:所述N+型场截止层(2)的厚度δ2在0.5?5um。6.根据权利要求1或2所述的绝缘栅双极晶体管的背面结构，其特征在于:所述P+型集电极层(3)的厚度δ?在0.1?0.5umo7.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管的背面结构的制作方法，其特征在于:将绝缘栅双极晶体管硅片正面工艺进行完毕后，按以下步骤进行: ⑴、将硅片(1)背面减薄至150?250um; ⑵、在背面注入N型离子，注入剂量为5E14?5E15/cm2，注入能量为30?400KeV，形成厚度δ在0.1?0.5um的N+型集电极层(6)； (3)、光刻刻蚀沟槽形成背面沟槽(4)，且背面沟槽(4)侧壁与平面夹角α在60?88°，背面沟槽(4)的深度h在10?1 OOum，槽宽b在5?50um ； ⑷、在背面沟槽(4)的槽底部和侧壁注入杂质为N型离子，注入剂量为5E11?5E14/cm2，注入能量为30KeV?llMeV，形成沟槽状的N+型场截止层(2)，且N+型场截止层(2)的厚度δ2在0.5?5um; (5)、再在N+型场截止层(2)的沟槽底部和侧壁注入P型离子，注入剂量为5E14?5E15/cm2，注入能量为30?170KeV，形成沟槽状的P+型集电极层(3)，P+型集电极层(3)的厚度δ?在0.1?0.5um； (6)、退火后，在背面淀积金属层(5)，使金属层(5)上的凸起(5-1)充填在对应的背面沟槽(4)内形成集电极。
【专利摘要】本发明涉及一种绝缘栅双极晶体管的背面结构，在硅片的背面间隔设有背面沟槽，背面沟槽的槽壁与水平面之间的夹角α在60～88°，在背面沟槽的沟槽底部及侧壁通过注入形成沟槽状的N+型场截止层及沟槽状的P+型集电极层，沟槽状的N+型场截止层与N型衬底相连，沟槽状的P+型集电极层与N+型场截止层的槽底及侧壁相连，N+型场截止层的沟槽顶面和P+型集电极层的沟槽顶面与N+型集电极层相连，连接在N+型集电极层6上的背面的金属层5及设置在对应背面沟槽4内金属层5的凸起5-1形成集电极。本发明能降低制造成本和碎片率，不需要借助薄片工艺即可实现场截止型绝缘栅双极晶体管。
【IPC分类】H01L29/739, H01L29/417, H01L29/66, H01L29/06, H01L21/28, H01L29/08
【公开号】CN105489638
【申请号】CN201510961999
【发明人】戚丽娜, 周东海, 井亚会, 张景超, 刘利峰
【申请人】江苏宏微科技股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月18日