場中止型絕緣柵型雙極晶體管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及場中止型絕緣柵型雙極晶體管及其制造方法。該方法依次具備下述步驟：形成緩沖層的步驟，在晶片正面形成N＋緩沖層；形成N型器件層的步驟，在所述N＋型緩沖層上通過外延生長而形成N型器件層；形成IGBT結(jié)構(gòu)的步驟，在所述N型器件層上形成IGBT的正面結(jié)構(gòu)；以及形成集電極的步驟，在所述晶片背面形成集電極。根據(jù)本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，不需要薄片的工藝設備就能夠制造超薄型的場中止型絕緣柵型雙極晶體管，具有工藝簡單、效率高、成本低的優(yōu)點，而且利用本發(fā)明的方法制造出的場中止型絕緣柵型雙極晶體管具有更低的導通壓降和應用溫度。
【專利說明】場中止型絕緣柵型雙極晶體管及其制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領域，尤其涉及一種場中止型(Field Stop，簡稱為FS型)絕緣柵型雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,簡稱為IGBT)的制造方法以及利用該方法制造的場中止絕緣柵型雙極晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT是由BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；M0SFET驅(qū)動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
[0003]目前，國內(nèi)600V/1200V IGBT主要是采用PT型(穿通型)和NPT (非穿通型)結(jié)構(gòu)。PT型IGBT以數(shù)百微米厚的P+單晶為起始材料(襯底)，之后外延N+緩沖層和N_耐壓層，復雜的正面結(jié)構(gòu)在外延層上制造。NPT型IGBT采用N—型單晶為起始材料，正面復雜的結(jié)構(gòu)直接制造在單晶襯底上，正面結(jié)構(gòu)完成后從襯底背面采用研磨、腐蝕的方法減薄到耐壓所需的厚度，之后通過離子注入形成P+集電區(qū)。
[0004]相比PT型IGBT和NPT型IGBT，還提出有一種可以有效降低產(chǎn)品的導通壓降和應用溫度的FS型(Field Stop，場中止)IGBT。但一般600V/1200V FS型IGBT為超薄片，目前國內(nèi)還沒有公司可以制造，而國外一些大公司可能是采用全線薄片流通技術(shù)，因此其成本很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述問題，本發(fā)明旨在提供一種無需專用設備、工藝簡單、制造成品率高的超薄片場中止型絕緣柵型雙極晶體管(即，F(xiàn)S型IGBT)的制造方法以及用該方法制造出的場中止型絕緣柵型雙極晶體管。
[0006]本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，依次具備下述步驟:
形成緩沖層的步驟，在晶片正面形成N+緩沖層；
形成N型器件層的步驟，在所述N+型緩沖層上通過外延生長而形成N型器件層；
形成IGBT結(jié)構(gòu)的步驟，在所述N型器件層上形成IGBT的正面結(jié)構(gòu)；以及 形成集電極的步驟，在所述晶片背面形成集電極。
[0007]優(yōu)選地，所述形成緩沖層的步驟還包括下述子步驟:
在晶片正面先生長氧化層作為注入阻擋層再進行多次N型雜質(zhì)注入和推阱以形成N +緩沖層。
[0008]優(yōu)選地，所述晶片為懸浮區(qū)熔晶片。[0009]優(yōu)選地，所述形成集電極的步驟還包括下述子步驟:
將晶片減??；
通過背面注入和低溫退火形成P+層；
通過背面淀積形成背面金屬。
[0010]優(yōu)選地，在所述形成N型器件層的步驟中，通過調(diào)整所述外延的厚度以及電阻率以獲得不同電壓的場中止型絕緣柵型雙極晶體管。
[0011]優(yōu)選地，在所述形成N型器件層的步驟中，通過增加所述外延的電阻率以獲得更高電壓的場中止型絕緣柵型雙極晶體管。
[0012]優(yōu)選地，利用常規(guī)的厚片工藝的生產(chǎn)線制造所述場中止型絕緣柵型雙極晶體管。
[0013]優(yōu)選地，在所述形成緩沖層的步驟中，通過多次推阱以使得結(jié)深達到5?30 μ m。
[0014]優(yōu)選地，所述形成IGBT結(jié)構(gòu)的步驟還包括下述子步驟:
形成環(huán)區(qū):進行環(huán)注入和推阱；
形成有源區(qū)，形成柵電極，進行P-body推阱；
進行發(fā)射極注入和推阱；
介質(zhì)層淀積；
在介質(zhì)層中開孔淀積Al ；
進行Al腐蝕，形成柵電極和發(fā)射電極；
形成鈍化層。
[0015]本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管，其特征在于，包括:
集電極；
工藝最后在N+緩沖層背面通過注入方式形成所述集電極之上的P+層；
在背面淀積金屬形成集電極。以及 形成在所述N型器件層上的IGBT的正面結(jié)構(gòu)。
[0016]優(yōu)選地，所述IGBT的正面結(jié)構(gòu)包括:
P-body 區(qū)；
形成在所述P-body區(qū)上的源區(qū) 形成介質(zhì)層；
形成在所述介質(zhì)層上方的柵極和發(fā)射極
根據(jù)上述本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，能夠采用常規(guī)產(chǎn)品的工藝線來制造超薄的場中止型絕緣柵型雙極晶體管，因此，不需要全線薄片設備就能夠制造超薄的場中止型絕緣柵型雙極晶體管，具有工藝簡單、成本低、效率高的優(yōu)點。而且，在本發(fā)明中，通過形成N +緩沖層，能夠改變器件的電場分布，使得更薄的晶片能夠承載更高的電壓。因此，利用本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法生產(chǎn)的場中止型絕緣柵型雙極晶體管具有更低的導通壓降和應用溫度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是表示本發(fā)明的FS型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法的主要步驟的流程圖。
[0018]圖2是表示本發(fā)明的FS型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中的“形成緩沖層的步驟”的示意圖。[0019]圖3是表示本發(fā)明的FS型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中的“形成N型器件層的步驟”的示意圖。
[0020]圖4是表示本發(fā)明的FS型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中的“形成IGBT結(jié)構(gòu)的步驟”的示意圖。
[0021]圖5是表示本發(fā)明的FS型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中的“形成集電極的步驟”的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面介紹的是本發(fā)明的多個實施例中的一些，旨在提供對本發(fā)明的基本了解。并不旨在確認本發(fā)明的關鍵或決定性的要素或限定所要保護的范圍。
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0024]圖1是表示本發(fā)明的FS型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法的主要步驟的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明的FS型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法主要包括:形成緩沖層的步驟S101，在晶片正面形成N +緩沖層；形成N型器件層的步驟S102，在N+型緩沖層上通過外延生長而形成N型器件層；形成IGBT結(jié)構(gòu)的步驟S103，在N型器件層上形成IGBT的正面結(jié)構(gòu)；以及形成集電極的步驟S104，在晶片背面形成集電極。
[0025]下面，參照圖2?圖5，對本發(fā)明的FS型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法進行具體說明。其中，圖2是表示本發(fā)明的FS型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中的“形成緩沖層的步驟”的示意圖。圖3是表示本發(fā)明的FS型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中的“形成N型器件層的步驟”的示意圖。圖4是表示本發(fā)明的FS型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中的“IGBT正面結(jié)構(gòu)形成步驟”的示意圖。圖5是表示本發(fā)明的FS型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中的“形成集電極的步驟”的示意圖。
[0026]如圖2所示，形成緩沖層的步驟中，在晶片10的正面通過生長氧化層形成注入阻擋層30，再通過多次注入和高溫推阱形成N+型緩沖層20。
[0027]這里，晶片10是采用懸浮區(qū)熔(Floating Zone，簡稱為FZ)晶片。由于FZ晶片原始為厚片，而這樣的厚片在常規(guī)厚片工藝生產(chǎn)線上的碎片率低，因此，就能夠使用常規(guī)厚片工藝生產(chǎn)線來生產(chǎn)本發(fā)明的超薄FS型IGBT。
[0028]在形成緩沖層的步驟中形成第一介質(zhì)層30是為了防止注入時產(chǎn)生隧道效應，在注入之后需要將該第一介質(zhì)層30去除。
[0029]在本發(fā)明中，利用形成緩沖層的步驟形成的N+型緩沖層20的作用在于，使得漂移區(qū)電場突然終止，改變了器件的電場分布，可以使得更薄的晶片能夠承載更高的電壓，因此，在本發(fā)明中即使生產(chǎn)出的產(chǎn)品的圓片為薄片，其產(chǎn)品的耐壓程度也能夠相當于厚圓片的耐壓程度。
[0030]另外，為了實現(xiàn)電壓要求不同的IGBT，在本發(fā)明中，可以通過改變N +型緩沖層20的注入的劑量以及結(jié)深來實現(xiàn)。例如，在制造600V/1200V的IGBT的情況下，可以根據(jù)這樣的電壓需求，通過多次高溫推阱使得結(jié)深達到5?30 μ m。
[0031]接著，在形成了 N +型緩沖層20之后，如圖3所示，在N +型緩沖層20之上通過外延生長而形成N型器件層40。作為外延層的N型器件層40其厚度和電阻率根據(jù)所制造的IGBT電壓要求而不同。通過增加N型器件層40的厚度和電阻率，可以得到耐更高電壓的IGBT。
[0032]接著，在形成了 N型器件層40之后，如圖4所示，在N型器件層40的上方形成IGBT的正面結(jié)構(gòu)。IGBT的正面結(jié)構(gòu)的形成步驟如下:
形成環(huán)區(qū):進行環(huán)注入和推阱；
進行P-body 53注入推阱，形成源區(qū)51 (即圖4中的N +層)，形成柵電極；
形成發(fā)射極54 ；
介質(zhì)層56?57的淀積,其中，介質(zhì)層56是氧化物層,介質(zhì)層57是多晶娃層,介質(zhì)層57是氧化物層；
在介質(zhì)層57中開孔淀積Al ；
進行Al腐蝕，形成柵電極55和發(fā)射電極54 ；
形成鈍化層。
[0033]上述IGBT正面結(jié)構(gòu)的形成步驟與一般的IGBT正面結(jié)構(gòu)的形成過程相同，因此，這里省略具體說明。
[0034]在形成了 IGBT正面結(jié)構(gòu)之后，接著如圖5所示，在晶片背面形集電極60，集電極60的形成步驟具體如下:
將晶片減?。?br> 通過背面注入和低溫退火形成P+層70 ；
背面金屬化。
[0035]通過上面的步驟就能夠利用本發(fā)明制造出場中止型絕緣柵型雙極晶體管。下面就對于利用該方法所制造的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的結(jié)構(gòu)進行簡要說明。
[0036]如圖5所示，利用本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法所制造的場中止型絕緣柵型雙極晶體管包括:集電極60、在集電極60之上的P+層70、在P+層70之上的N+緩沖層20、在N +緩沖層20之上的N型器件層40、以及在N型器件層上的IGBT正面結(jié)構(gòu)。
[0037]其中，IGBT正面結(jié)構(gòu)包括:P_body區(qū)53 ;在P-body區(qū)53上的源區(qū)51 ;形成介質(zhì)層56?57 ;形成源區(qū)51上的發(fā)射極54 ;形成在所述介質(zhì)層56?57上的柵極55 ;其中，介質(zhì)層56是氧化物層，介質(zhì)層57是多晶硅層，介質(zhì)層57是氧化物層。
[0038]基于上述內(nèi)容，根據(jù)本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，能夠采用常規(guī)產(chǎn)品的工藝線，例如厚片的工藝線來制造超薄的場中止型絕緣柵型雙極晶體管，因此，不需要全線薄片設備就能夠制造超薄的場中止型絕緣柵型雙極晶體管，具有工藝簡單、成本低、效率高的優(yōu)點。
[0039]而且，在本發(fā)明中，通過增加了 N +緩沖層20，能夠改變器件的電場分布，使得更薄的晶片能夠承載更高的電壓。因此，利用本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法生產(chǎn)的場中止型絕緣柵型雙極晶體管(即FS型IGBT)較PT型IGBT和NPT型IGBT具有更低的導通壓降和應用溫度。
[0040]以上例子主要說明了本發(fā)明的超薄片F(xiàn)S型IGBT的制造方法以及用該方法制造出的FS型IGBT。盡管只對其中一些本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但是本領域普通技術(shù)人員應當了解，本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實施。因此，所展示的例子與實施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。
【權(quán)利要求】
1.一種場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，依次具備下述步驟: 形成緩沖層的步驟，在晶片正面形成N+緩沖層； 形成N型器件層的步驟，在所述N+型緩沖層上通過外延生長而形成N型器件層； 形成IGBT結(jié)構(gòu)的步驟，在所述N型器件層上形成IGBT的正面結(jié)構(gòu)；以及 形成集電極的步驟，在所述晶片背面形成集電極。
2.如權(quán)利要求1所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述形成緩沖層的步驟還包括下述子步驟: 在晶片正面先生長氧化層作為注入阻擋層再進行多次N型雜質(zhì)注入和推阱以形成N+緩沖層。
3.如權(quán)利要求2所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，作為所述晶片采用懸浮區(qū)熔晶片。
4.如權(quán)利要求3所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述形成集電極的步驟還包括下述子步驟: 將晶片減??； 通過背面注入和低溫退火形成P+層； 通過淀積形成背面金屬。
5.如權(quán)利要求4所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，在所述形成N型器件層的步驟中，通過調(diào)整所述N型器件層的厚度以及電阻率以獲得不同電壓的場中止型絕緣柵型雙極晶體管。
6.如權(quán)利要求5所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，在所述形成N型器件層的步驟中，通過增加所述N型器件層的電阻率以獲得更高電壓的場中止型絕緣柵型雙極晶體管。
7.如權(quán)利要求1?6所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，利用常規(guī)厚片工藝生產(chǎn)線制造所述場中止型絕緣柵型雙極晶體管。
8.如權(quán)利要求7所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，在所述形成緩沖層的步驟中，通過多次注入和推阱以使得結(jié)深達到5?30μπι以上。
9.如權(quán)利要求8所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述形成IGBT結(jié)構(gòu)的步驟還包括下述子步驟: 形成環(huán)區(qū)，進行環(huán)注入和推阱； 形成有源區(qū)，形成柵電極，進行P-body推阱； 進行發(fā)射極注入和推阱； 介質(zhì)層淀積； 在介質(zhì)層中開孔淀積Al ； 進行Al腐蝕，形成柵電極和發(fā)射電極； 形成鈍化層。
10.一種場中止型絕緣柵型雙極晶體管，其特征在于，其包括: 集電極； 在N+緩沖層背面通過注入方式形成于所述集電極之上的P+層； 在背面淀積金屬形成的集電極。
【文檔編號】H01L21/331GK103578983SQ201210270774
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月1日
【發(fā)明者】鄧小社, 王根毅, 芮強, 吳芃芃 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司