反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為一種絕緣柵雙極晶體管及其制作方法，尤指一種反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)是一種結(jié)合金氧半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor, M0SFET)和雙載子接面晶體管(bipolar junct1n transistor, BJT)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。IGBT因?yàn)榻Y(jié)合了 MOSET易于利用柵極控制的特性，以及BJT具低導(dǎo)通電壓壓降的特性，因此廣泛應(yīng)用于高電壓高功率的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]一般的IGBT (例如一穿透型IGBT)主要包含一 P+型半導(dǎo)體基底，于其上形成一N-型緩沖層，然后再于N-型緩沖層上形成一 N型磊晶層，作為IGBT中寄生MOSFET的汲極。接著，于N型嘉晶層內(nèi)形成柵極結(jié)構(gòu)(gate)及射極結(jié)構(gòu)(emitter),并于P+型半導(dǎo)體基底的底部形成集極(collector)。在上述的穿透型IGBT中，崩潰電壓(breakdown voltage)主要是由P+型半導(dǎo)體基底極及N-型緩沖層決定，在此兩層間會(huì)有最大值電場(chǎng)產(chǎn)生。
[0004]另一種IGBT為非穿透型(Non Punch Through, NPT) IGBT沒(méi)有N-型緩沖層，因此崩潰電壓由N型磊晶層(N型漂移區(qū))的雪崩現(xiàn)象所決定。為了提高崩潰電壓，場(chǎng)截止層(Field Stop) IGBT以場(chǎng)截止離子布植取代在穿透型IGBT中的N型緩沖層，借此以漸變(graded)或是線性漸進(jìn)(linearly graded)N型剖面取代原有穿透型IGBT的陸峭接面(abrupt junct1n),以降低電場(chǎng)最大值,進(jìn)而提升崩潰電壓。
[0005]在上述的三種IGBT中，仍然需要并聯(lián)一快速回復(fù)磊晶二極管(FRED)以釋放關(guān)閉電流，因此在上述的IGBT中，需要內(nèi)建一反向?qū)ǘO管，以進(jìn)行軟切換(softswitching)應(yīng)用，上述架構(gòu)的IGBT即可稱為反向?qū)▓?chǎng)截止(RCFS) IGBT。然公知的反向?qū)▓?chǎng)截止IGBT在基板背面先以模板或是金屬罩幕制作N+布植層，然后再制作用以形成IGBT集極的P型布植層，隨后再進(jìn)行快速熱退火以形成N+型摻雜層和P型摻雜層。由于N+型摻雜層和P型摻雜層大體都位在基板背面的同一平面上，因此會(huì)形成側(cè)向的齊納二極管(Zener d1de),影響IGBT的性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了克服公知技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一目的為提供可防止寄生齊納二極管產(chǎn)生的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管及其制作方法。
[0007]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管制作方法，包含下列步驟:(a)提供一第一導(dǎo)電型基板，并在該基板的正面制作半導(dǎo)體元件；(b)使用保護(hù)層蓋住該半導(dǎo)體元件的正面；(C)在第一導(dǎo)電性基板背面進(jìn)行第一導(dǎo)電型離子布植，以在一場(chǎng)截止深度處形成第一導(dǎo)電型場(chǎng)截止離子布植層；(d)于該第一導(dǎo)電性基板背面形成多數(shù)溝渠，其中溝渠的深度小于該場(chǎng)截止深度；(e)于該第一導(dǎo)電性基板背面進(jìn)行第一導(dǎo)電型離子布植，以在該些溝渠底部形成第一導(dǎo)電型離子布植圖案；及(f)于該第一導(dǎo)電性基板背面進(jìn)行離子布植，以在該基板背面形成第二導(dǎo)電型離子布植層。
[0008]上述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管制作方法，其中在步驟(b)之后還包含:去除該第一導(dǎo)電性基板的部份背面。
[0009]上述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管制作方法，其中在步驟(f)之后還包含:進(jìn)行熱回火步驟，以形成第一導(dǎo)電型場(chǎng)截止摻雜區(qū)、第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)及第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)。
[0010]上述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管制作方法，其中該溝渠深度大于I微米。
[0011]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管制作方法，包含下列步驟:(a)提供一第一導(dǎo)電型基板，并在該基板的正面制作半導(dǎo)體元件；(b)使用保護(hù)層蓋住該半導(dǎo)體元件的正面；(C)于該第一導(dǎo)電性基板背面形成多數(shù)溝渠；(d)于該第一導(dǎo)電性基板背面進(jìn)行第一導(dǎo)電型離子布植，以在該些溝渠底部形成第一導(dǎo)電型離子布植圖案；(e)于該第一導(dǎo)電性基板背面進(jìn)行離子布植，以在該基板背面形成第二導(dǎo)電型離子布植層；及(f)在第一導(dǎo)電性基板背面進(jìn)行第一導(dǎo)電型離子布植，以在一場(chǎng)截止深度處形成第一導(dǎo)電型場(chǎng)截止離子布植層，其中溝渠的深度小于該場(chǎng)截止深度。
[0012]上述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管制作方法，其中在步驟(b)之后還包含:去除該第一導(dǎo)電性基板的部份背面。
[0013]上述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管制作方法，其中在步驟(f)之后還包含:進(jìn)行熱回火步驟，以形成第一導(dǎo)電型場(chǎng)截止摻雜區(qū)、第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)及第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)。
[0014]上述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管制作方法，其中該溝渠深度大于I微米。
[0015]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管包含:一第一導(dǎo)電型基板；多個(gè)溝渠，形成于該第一導(dǎo)電型基板底面；多個(gè)第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)，形成于該些溝渠的底面；一第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)，形成于該第一導(dǎo)電型基板底面；及一第一導(dǎo)電型場(chǎng)截止摻雜區(qū)，位于第一導(dǎo)電型基板內(nèi)部且距離第一導(dǎo)電型基板底部有一場(chǎng)截止深度，其中該場(chǎng)截止深度大于溝渠深度。
[0016]上述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管，其中該第一導(dǎo)電型場(chǎng)截止摻雜區(qū)具有起伏的剖面。
[0017]上述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管，其中該溝渠深度大于I微米。
[0018]上述的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管，還包含:位于該第一導(dǎo)電型基板正面的射極金屬層與柵極金屬層及位于該第一導(dǎo)電型基板背面的集極金屬層。
[0019]依據(jù)上述方式制作的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管，因?yàn)橛卸鄠€(gè)溝渠及位于溝渠底表面的第一導(dǎo)電型(例如N型)摻雜區(qū)，因此可以使基板背面的PN接面變得不規(guī)則，以防止形成齊納二極管，進(jìn)而提升反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管元件的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1A至圖1L為依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管的流程不意圖；
[0021]圖2A至圖2L為依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管的流程不意圖。
[0022]其中，附圖標(biāo)記:
[0023]10 N型基板20 保護(hù)層
[0024]30，36 N型場(chǎng)截止摻雜區(qū)32 N型離子布植圖案
[0025]34 P型離子布植層30’，36’ N型場(chǎng)截止摻雜區(qū)
[0026]32’ N型摻雜區(qū)34’ P型摻雜區(qū)
[0027]40 溝渠42 光阻圖案
[0028]50 射極金屬層51 柵極金屬層
[0029]52 集極金屬層
【具體實(shí)施方式】
[0030]參見圖1A至圖1L，為依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的反向?qū)▓?chǎng)截止絕緣柵雙極晶體管元件的流程示意圖。
[0031]如圖1A所示，首先在一 N型基板10上依據(jù)傳統(tǒng)工藝完成部份MOSFET工藝之后(亦即此圖所示的MOSFET前端元件60及接觸孔62)，隨即使用保護(hù)層20 (例如貼帶、保護(hù)載片或是保護(hù)膜)將正面的MOSFET元件覆蓋起來(lái)加以保護(hù)(如圖1B所示)。其中圖1A所示部份MOSFET元件，指接觸孔(contact hole)侵蝕到90%程度的工藝階段，且層間介電層(IDL)的厚度也增加10%，以在后續(xù)的背面工藝保護(hù)正面的元件。
[0032]如圖1C所示，在該N型基板10進(jìn)行背面研磨，并且進(jìn)行應(yīng)變?nèi)コ凉袂治g(stressrelease wet etch)及潔凈(clean)步驟，以薄化N型基板10,其中該N型基板10在薄化之后所剩余的厚度和該反向?qū)▓?chǎng)截止IGBT元件所設(shè)計(jì)的耐壓相關(guān)。
[0033]如圖1D所示，在N型基板10背面進(jìn)行研磨之后，即以離子布植步驟在N型基板10背面形成一N型場(chǎng)截止離子布植層(field stop 1n implantat1n layer) 30,其中該N型場(chǎng)截止離子布植層30距離該N型基板10底部有一場(chǎng)截止深度；隨后如圖1E所示，在N型基板10背面以光阻布形工藝形成光阻圖案42，并利用該光阻圖案42為罩幕進(jìn)行蝕刻以形成多個(gè)溝渠40。換言之，在未被光阻圖案42掩蓋的N型基板10背面被侵蝕以形成多個(gè)溝渠40，其中該些溝渠具有一溝渠深度，且該溝渠深度大于I微米。
[0034]如圖1F所示，利用該光阻圖案42作為罩幕對(duì)于該N型基板10背面再進(jìn)行離子布植，以形成N型離子布植圖案32。由于在N型基板10的背面上有溝渠40形成，因此在此離子布植工藝中，該N型離子布植圖案32會(huì)形成于溝渠40底部表面，且在光阻圖案42沒(méi)有覆蓋之處；再者該N型離子布植圖案32距離該N型基板10底部大體上為該溝渠深度，其中場(chǎng)截止深度大于溝渠深度。換言之，該N型場(chǎng)截止離子布植層30