非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法，包括如下步驟：在硅片正面形成絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)至積淀完層間介質(zhì)；在所述層間介質(zhì)上覆蓋保護(hù)膜；自所述硅片背面開(kāi)始將所述硅片進(jìn)行減薄處理，并在減薄后的硅片背面形成P型層；去掉所述保護(hù)膜，并對(duì)所述硅片進(jìn)行退火處理；其中退火溫度大于500攝氏度；在所述P型層和層間介質(zhì)表面形成金屬層。上述方法中，由于是在金屬層形成之前進(jìn)行P型層的退火處理，因此P型層的退火處理溫度不會(huì)受到金屬熔化溫度的限制，可以采用較高的溫度進(jìn)行退火處理，從而形成的NPT IGBT的性能更高。同時(shí)，該方法也與傳統(tǒng)工藝兼容，因此效率較高。
【專利說(shuō)明】非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，特別是涉及一種非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的非穿通型絕緣柵雙極晶體管(Non Punch Through Insulated GateBipolar Transistor, NPT IGBT)的背面P型層的制造方法主要是，在正面作業(yè)完成后，再給圓片正面貼保護(hù)膜，然后進(jìn)行背面減薄以及注入離子。
[0003]受限于正面金屬熔化溫度，背面P型層的退火溫度不能高于500度。這使得NPTIGBT背面P型層的注入效率很低，導(dǎo)致NPT IGBT的正向?qū)▔航礦ce不能減小到理想值，在很大程度上限制了 NPT IGBT的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要提供一種能夠提升性能的非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法。
[0005]一種非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法，包括如下步驟:在硅片正面形成絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)至積淀完層間介質(zhì)；在所述層間介質(zhì)上依次形成氮化硅層和氧化層作為保護(hù)膜；自所述硅片背面開(kāi)始將所述硅片進(jìn)行減薄處理，并在減薄后的硅片背面形成P型層；去掉所述保護(hù)膜，并對(duì)所述硅片進(jìn)行退火處理；其中退火溫度大于500攝氏度；在所述P型層和層間介質(zhì)表面形成金屬層。
[0006]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在層間介質(zhì)上依次形成氮化硅層和氧化層作為保護(hù)膜的步驟包括:將硅片進(jìn)行氮化硅生長(zhǎng)；將硅片進(jìn)行氧化層生長(zhǎng)；去除所述硅片背面的氧化層；去除所述硅片背面的氮化硅層；所述層間介質(zhì)上形成的保護(hù)膜包括形成于所述層間介質(zhì)表面的氮化硅層和氧化層。
[0007]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述去除硅片背面的氧化層的步驟包括:在所述硅片正面的氧化層上涂覆光刻膠；采用濕法腐蝕去除所述硅片背面的氧化層。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述去除硅片背面的氮化硅層的步驟包括:去除所述硅片正面的氧化層上涂覆的光刻膠；采用氮化硅剝離藥液去除所述硅片背面的氮化硅層。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述P型層采用離子注入方式形成，注入離子為硼。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述離子注入采用正面注入機(jī)臺(tái)處理。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述退火溫度大于800攝氏度。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中,所述減薄處理將娃片減薄至300?500微米。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述減薄處理采用化學(xué)機(jī)械研磨。
[0014]上述方法中，由于是在金屬層形成之前進(jìn)行P型層的退火處理，因此P型層的退火處理溫度不會(huì)受到金屬熔化溫度的限制，可以采用較高的溫度進(jìn)行退火處理，從而形成的NPT IGBT的性能更高。同時(shí)，該方法也與傳統(tǒng)工藝兼容，因此效率較高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為一實(shí)施例的非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法流程圖；
[0016]圖2至圖10為圖1流程中各個(gè)步驟對(duì)應(yīng)的中間結(jié)構(gòu)的斷面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合實(shí)施例以及附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]如圖1所示，是一實(shí)施例的非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法流程圖。該方法包括如下步驟。
[0019]步驟SlOl:在硅片正面形成絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)至積淀完層間介質(zhì)。本步驟與傳統(tǒng)的制造絕緣柵雙極晶體管的工藝相同。
[0020]本步驟主要包括:
[0021]步驟Slll:在N型襯底上形成場(chǎng)氧層，并進(jìn)行光刻形成注入?yún)^(qū)域。參考圖2，N型襯底100是輕摻雜N型雜質(zhì)的硅片。通過(guò)對(duì)N型襯底100表面進(jìn)行氧化即可得到場(chǎng)氧層200。通過(guò)對(duì)場(chǎng)氧層200進(jìn)行光刻，將場(chǎng)氧層200上與N型襯底100需要形成P型區(qū)的對(duì)應(yīng)部分刻蝕，在場(chǎng)氧層200上形成注入?yún)^(qū)域。
[0022]步驟S112:對(duì)注入?yún)^(qū)域進(jìn)行離子注入，形成重?fù)诫s的P型區(qū)。參考圖3，在場(chǎng)氧層200刻蝕的部分，也即注入?yún)^(qū)域部分，通過(guò)注入離子，在N型襯底100上形成重?fù)诫s的P型區(qū)112。然后對(duì)P型區(qū)112上方進(jìn)行氧化處理。
[0023]步驟S113:進(jìn)行柵氧處理和多晶硅淀積，并進(jìn)行光刻得到柵極結(jié)構(gòu)。參考圖4，對(duì)N型襯底100表面再次進(jìn)行氧化，形成柵氧層300。并在柵氧層300上淀積形成多晶硅層400。對(duì)所述多晶硅層400進(jìn)行光刻，得到柵極結(jié)構(gòu)402。其中，在多晶硅淀積時(shí)，是對(duì)整個(gè)硅片進(jìn)行淀積處理，因此在硅片的背面，也即N型襯底100的背面也形成有該多晶硅層400。
[0024]步驟S114:進(jìn)行離子注入，形成輕摻雜的P型區(qū)。參考圖5，在柵極結(jié)構(gòu)402兩側(cè)進(jìn)行離子注入，形成輕摻雜的P型區(qū)114。該輕摻雜的P型區(qū)114與之前形成的重?fù)诫s的P型區(qū)112相互擴(kuò)散融合。然后去除輕摻雜的P型區(qū)114上方的柵氧層300。
[0025]步驟S115:在去除所述柵氧層的位置進(jìn)行離子注入，形成重?fù)诫s的N型區(qū)。參考圖6，也即在輕摻雜的P型區(qū)114上進(jìn)行離子注入形成重?fù)诫s的N型區(qū)116。
[0026]步驟S116:積淀層間介質(zhì)。參考圖7，在整個(gè)硅片上形成層間介質(zhì)500。層間介質(zhì)500半導(dǎo)體制造工藝中是用來(lái)絕緣和隔離導(dǎo)電層的。在傳統(tǒng)的工藝中，積淀完層間介質(zhì)之后即制造金屬層，進(jìn)行金屬連線工藝。
[0027]上述步驟Slll?S116即步驟SlOl中的在硅片正面形成絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)至積淀完層間介質(zhì)的步驟中所包含的具體步驟。至此IGBT的正面結(jié)構(gòu)并未完全形成。
[0028]上述步驟完成后，繼續(xù)執(zhí)行如下步驟。
[0029]步驟S102:在所述層間介質(zhì)上依次形成氮化硅層和氧化層作為保護(hù)膜。本步驟主要包括:
[0030]S121:將硅片進(jìn)行氮化硅生長(zhǎng)。氮化硅的生長(zhǎng)采用淀積的方式。參考圖8，由于是對(duì)整個(gè)硅片進(jìn)行淀積處理，因此硅片的背面也生成了氮化硅層610。
[0031]S122:將硅片進(jìn)行氧化層生長(zhǎng)。氧化層生長(zhǎng)采用熱氧生長(zhǎng)的方式。繼續(xù)參考圖8。氧化層620在氮化娃層610層上形成。
[0032]S123:去除所述硅片背面的氧化層。在所述硅片正面的氧化層620上涂覆光刻膠對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，然后采用濕法腐蝕去除硅片背面的氧化層620。
[0033]S124:去除所述硅片背面的氮化硅層。去除步驟S123中涂覆的光刻膠，然后采用氮化硅剝離藥液去除所述硅片背面的氮化硅層610。
[0034]S125:去除所述硅片背面的多晶硅層。采用干法刻蝕去除所述硅片背面的多晶硅層 400。
[0035]這樣，硅片背面的氧化層620、氮化硅層610以及多晶硅層400即被去除，留下硅片正面的氧化層620和氮化硅層610作為保護(hù)層。
[0036]步驟S103:自所述硅片背面開(kāi)始將所述硅片進(jìn)行減薄處理，并在減薄后的硅片背面形成P型層。參考圖9，p型層700形成于N型襯底100的背面。所述P型層700采用離子注入方式形成，注入離子為硼?？梢灾苯硬捎谜孀⑷霗C(jī)臺(tái)進(jìn)行該離子注入，與傳統(tǒng)的工藝兼容。所述減薄處理可以采用機(jī)械研磨或者化學(xué)腐蝕等方式進(jìn)行減薄處理。硅片整體減薄至300?500微米。
[0037]步驟S104:去掉所述保護(hù)膜，并對(duì)所述硅片進(jìn)行退火處理；其中退火溫度大于500攝氏度。去掉該保護(hù)膜的方式可以采用前述步驟S123和步驟S124的方法，分別去掉硅片正面的氮化娃層610和氧化層620。由于此時(shí)金屬層還未形成,可以使用較高的溫度(大于500攝氏度)進(jìn)行退火處理。為使退火效果更佳，所述退火溫度大于800攝氏度。
[0038]步驟S105:在所述P型層和層間介質(zhì)表面形成金屬層。參考圖10，在層間介質(zhì)500上形成金屬層800，在P型層700上形成金屬層900。其中，在層間介質(zhì)500上形成金屬層800是先在層間介質(zhì)500上形成通孔(接觸孔)，然后再形成金屬層800。在形成金屬層800和900后，分別引出柵極、集電極以及源極的電極，最終形成NPT IGBT的完整結(jié)構(gòu)。
[0039]上述方法中，由于是在金屬層形成之前進(jìn)行P型層的退火處理，因此P型層的退火處理溫度不會(huì)受到金屬熔化溫度的限制，可以采用較高的溫度進(jìn)行退火處理，從而形成的NPT IGBT的性能更高。
[0040]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法，包括如下步驟: 在硅片正面形成絕緣柵雙極晶體管結(jié)構(gòu)至積淀完層間介質(zhì)； 在所述層間介質(zhì)上依次形成氮化硅層和氧化層作為保護(hù)膜； 自所述硅片背面開(kāi)始將所述硅片進(jìn)行減薄處理，并在減薄后的硅片背面形成P型層； 去掉所述保護(hù)膜，并對(duì)所述硅片進(jìn)行退火處理；其中退火溫度大于500攝氏度； 在所述P型層和層間介質(zhì)表面形成金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述在層間介質(zhì)上依次形成氮化硅層和氧化層作為保護(hù)膜的步驟包括: 將硅片進(jìn)行氮化硅生長(zhǎng)； 將硅片進(jìn)行氧化層生長(zhǎng)； 去除所述硅片背面的氧化層； 去除所述硅片背面的氮化硅層； 去除所述硅片背面的多晶硅層；所述層間介質(zhì)上形成的保護(hù)膜包括形成于所述層間介質(zhì)表面的氮化硅層和氧化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述去除硅片背面的氧化層的步驟包括: 在所述硅片正面的氧化層上涂覆光刻膠； 采用濕法腐蝕去除所述硅片背面的氧化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述去除硅片背面的氮化硅層的步驟包括: 去除所述硅片正面的氧化層上涂覆的光刻膠； 采用氮化硅剝離藥液去除所述硅片背面的氮化硅層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述P型層采用離子注入方式形成，注入離子為硼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述離子注入采用正面注入機(jī)臺(tái)處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述去除保護(hù)膜的步驟包括: 采用濕法腐蝕BOE刻蝕掉所述硅片正面的氧化層； 采用氮化硅剝離藥液去除所述硅片正面的氮化硅層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述退火溫度大于800攝氏度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述減薄處理將娃片減薄至300?500微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穿通型絕緣柵雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述減薄處理采用化學(xué)機(jī)械研磨。
【文檔編號(hào)】H01L21/331GK104253041SQ201310265444
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】周東飛, 鐘圣榮, 鄧小社, 王根毅 申請(qǐng)人:無(wú)錫華潤(rùn)上華半導(dǎo)體有限公司