CN102916042B - 逆导igbt器件结构及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种逆导IGBT器件结构，包括第一导电类型漂移区，第一导电类型漂移区内设第二导电类型基区，第二导电类型基区上部设第一导电类型发射区；第二导电类型基区通过栅氧化层及位于栅氧化层下方的第一导电类型漂移区隔离；栅氧化层与两侧第二导电类型基区接触，并与第二导电类型基区内相邻的第一导电类型发射区接触；在栅氧化层上设多晶栅，在多晶栅上设栅电极；在第二导电类型基区上设发射极，发射极与第二导电类型基区和第二导电类型基区内的第一导电类型发射区接触；在第一导电类型漂移区的底部设第二导电类型集电区，在第一导电类型漂移区的背面设第二导电类型集电金属区。本发明避免了背面光刻工艺，降低了流片过程碎片和划伤的几率。

Description

逆导IGBT器件结构及制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，尤其是一种逆导IGBT器件结构及制造方法，属于IGBT技术领域。

背景技术

IGBT为绝缘栅型双极晶体管的首字母简称，是一种压控型功率器件，作为高压开关被普遍应用。

传统的IGBT在承受反压时，集电结反偏而不能导通。逆导型IGBT就是当IGBT承受反压时，可以允许电流从发射极流向集电极。逆导型IGBT的思想节省了芯片面积、封装、测试费用，降低了器件成本。此外，它还具有低的损耗、良好的SOA（面向服务的体系结构，service-oriented architecture）特性、正的温度系数，以及良好的软关断特性、短路特性以及良好的功率循环特性。在实际的应用中，IGBT多用于驱动感性的负载。为了在IGBT关断后为感性负载提供泄放电流回路，通常在IGBT旁边反并联一个FRD（快恢复二极管）。实际上，目前市场上销售的IGBT单管及模块，多是由IGBT芯片与FRD芯片一起封装制成的。但是这种方式一方面成本比较高，一方面***的可靠性相对较差。逆导型IGBT就是把IGBT芯片和FRD芯片集成到一个芯片里。

在常规的逆导型IGBT制备工艺中，首先是正面工艺，包括氧化，离子注入，曝光，淀积和刻蚀等形成正面的PN结、栅电极和发射极图形。然后是背面的减薄工艺和背面光刻和离子注入。常规的IGBT背面都是P型掺杂的，而逆导型IGBT是部分P型掺杂，部分N型掺杂的，所以需要在完成正面工艺之后，在背面加一道光刻的制程，而这个制程由于需要翻转，涂胶，甩胶，光刻等制程，容易造成碎片和划伤等，从而降低流片的良率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种逆导IGBT器件结构及制造方法，该制造方法避免了背面光刻工艺，从而可以避免翻转的工艺，从而降低流片过程中碎片和划伤的几率，提高了良率。

按照本发明提供的技术方案，所述逆导IGBT器件结构，在所述逆导IGBT器件的截面上，包括第一导电类型漂移区，第一导电类型漂移区具有相互平行的正面和背面；所述第一导电类型漂移区内设有第二导电类型基区，第二导电类型基区由第一导电类型漂移区的正面向背面方向延伸，且第二导电类型基区的延伸距离小于第一导电类型漂移区的厚度，在所述第二导电类型基区的上部设有第一导电类型发射区；特征是：所述第一导电类型漂移区内的第二导电类型基区通过位于第一导电类型漂移区正面上的栅氧化层以及位于栅氧化层下方的第一导电类型漂移区相隔离；所述栅氧化层位于第一导电类型漂移区正面的中心区，分别与两侧的第二导电类型基区相接触，并与两侧第二导电类型基区内相邻的第一导电类型发射区相接触；在所述栅氧化层上设有多晶栅，多晶栅的形状与栅氧化层的形状相一致；所述第二导电类型基区位于第一导电类型漂移区正面中心区的外圈，第二导电类型基区环绕多晶栅和栅氧化层；在所述第二导电类型基区上设有发射极，发射极与第二导电类型基区和该第二导电类型基区内的第一导电类型发射区相接触，在多晶栅上设有栅电极；在所述第一导电类型漂移区的底部设有阱状的第二导电类型集电区，第二导电类型集电区由第一导电类型漂移区背面的一侧向另一侧延伸，且第二导电类型发射区的延伸长度小于第一导电类型漂移区的宽度；在所述第一导电类型漂移区的背面金属化形成第二导电类型集电金属区。

所述发射极和栅电极相互隔离。

所述第一导电类型发射区由第一导电类型漂移区的正面向背面方向延伸。

所述第二导电类型集电金属区为Al/Ti/Ni/Ag多层金属。

本发明涉及一种逆导IGBT器件结构逆导IGBT器件结构的制造方法，特征是，采用如下制作过程：

（1）提供具有第一面和第二面的硅衬底，在硅衬底的第一面上旋涂光刻胶并选择性地曝光显影，露出需要注入离子的区域；

（2）向注入离子的区域中注入第二导电类型离子形成第二导电类型掺杂区；

（3）去除硅衬底第一面上的光刻胶，由硅衬底的第一面外延生成一层得到第一导电类型漂移区，第一导电类型漂移区的背面与硅衬底的第一面接触，第一导电类型漂移区远离硅衬底的一面为正面；再进行推阱的热处理，在硅衬底的第一面和第一导电类型漂移区的背面之间形成阱状的第二导电类型集电区，第二导电类型集电区由第一导电类型漂移区背面的一侧向另一侧延伸，且第二导电类型集电区的延伸长度小于第一导电类型漂移区的宽度；

（4）在所述第一导电类型漂移区的正面上生长得到栅氧化层；

（5）在上述第一导电类型漂移区的正面生长一层多晶层并利用光刻腐蚀出栅极形状，得到位于第一导电类型漂移区正面中心区的栅氧化层和栅氧化层上的多晶栅，多晶栅的形状与栅氧化层的形状相一致；

（6）在所述第一导电类型漂移区的正面进行第二导电类型离子自对准注入并进行热扩散，得到第二导电类型基区；所述第二导电类型基区由第一导电类型漂移区的正面向背面方向延伸，且第二导电类型基区的延伸距离小于第一导电类型漂移区的厚度，在截面上，栅氧化层与两侧的第二导电类型基区相接触；

（7）在第一导电类型漂移区的正面光刻出第一导电类型发射区的注入窗口，然后进行注入第一导电类型离子，退火后在第二导电类型基区内形成第一导电类型发射区，在截面上，栅氧化层与相邻两侧的第二导电类型基区内相邻的第一导电类型发射区相接触；

（8）在上述第一导电类型漂移区的正面淀积一层金属，再用光刻腐蚀，在多晶栅上形成栅电极，在第二导电类型基区上形成发射极，发射极与第二导电类型基区和该第二导电类型基区内的第一导电类型发射区相接触，发射极和栅电极相互隔离；

（9）减薄硅衬底的第二面至第一导电类型漂移区的背面处；

（10）在上述第一导电类型漂移区的背面进行金属化，得到第二导电类型集电金属区。

所述栅氧化层的厚度为1000?。

所述步骤（8）中，沉积的金属厚度为4μm，沉积的金属为Al。

本发明采用先在硅衬底上光刻和离子注入周期性的结构，然后再外延得到N-漂移区，接着做完正面工艺最后减薄的方法。这种方法可以避免传统的逆导IGBT背面光刻工艺的制程，从而避免了翻转工艺，降低了流片工艺过程中碎片和划伤的几率，提高良率。

附图说明

图1为本发明的结构剖视图。

图2～图10为本发明所述制造方法的具体工艺实施剖视图，其中：

图2为光刻胶曝光显影后的结构剖视图。

图3为得到第二导电类型掺杂区后的结构剖视图。

图4为得到第一导电类型漂移区和第二导电类型集电区后的结构剖视图。

图5为得到栅氧化层后的结构剖视图。

图6为得到多晶栅后的结构剖视图。

图7为得到第二导电类型基区的结构剖视图。

图8为得到第一导电类型发射区的结构剖视图。

图9为得到发射极和栅电极的结构剖视图。

图10为得到第二导电类型集电金属区的结构剖视图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图1～图10所示：以N型IGBT器件为例，本发明包括N-漂移区1、栅氧化层2、多晶栅3、发射极4、栅电极5、P型基区6、N+发射区7、P+集电区8、P+集电金属区9、P掺杂区10。

如图1、图10所示，在所述逆导IGBT器件的截面上，半导体基板包括N-漂移区1，N-漂移区1具有相互平行的正面和背面；所述N-漂移区1内设有P型基区6，P型基区6由N-漂移区1的正面向背面方向延伸，且P型基区6的延伸距离小于N-漂移区1的厚度；所述P型基区6内设有N+发射区7，N+发射区7位于P型基区6的上部，N+发射区7由N-漂移区1的正面向背面方向延伸，N+发射区7的浓度大于N-漂移区1的浓度；所述N-漂移区1内的P型基区6通过位于N-漂移区1正面上的栅氧化层2以及位于栅氧化层2下方的N-漂移区1相隔离；所述栅氧化层2位于N-漂移区1正面的中心区，分别与两侧的P型基区6相接触，并与两侧P型基区6内相邻的N+发射区7相接触；在所述栅氧化层2上设有多晶栅3，多晶栅3的形状与栅氧化层2的形状相一致；所述P型基区6位于N-漂移区1正面中心区的外圈，P型基区6环绕多晶栅3和栅氧化层2；在所述P型基区6上设有发射极4，发射极4与P型基区6和该P型基区6内的N+发射区7相接触，在多晶栅3上设有栅电极5，发射极4和栅电极5不相接触；在所述N-漂移区1的底部设有阱状P+集电区8，P+集电区8由N-漂移区1背面的一侧向另一侧延伸，且P+集电区8的延伸长度小于N-漂移区1的宽度；在所述N-漂移区1的背面金属化形成P+集电金属区9；所述P+集电金属区9为Al/Ti/Ni/Ag多层金属。

如图2～图10所示，上述结构的IGBT器件的制造过程如下：

（1）如图2所示，提供具有第一面和第二面的硅衬底11，在硅衬底的第一面上旋涂一层光刻胶12并选择性地曝光显影，露出需要注入离子的区域；

（2）如图3所示，向注入离子的区域中注入B形成P掺杂区10；

（3）如图4所示，去除硅衬底第一面上的光刻胶，由硅衬底的第一面外延生成一层得到N-漂移区1，N-漂移区与硅衬底的第一面接触的一面为背面，远离硅衬底的一面为正面；再进行推阱的热处理，在硅衬底的第一面和N-漂移区1的背面之间形成阱状的P+集电区8，P+集电区8由N-漂移区1背面的一侧向另一侧延伸，且P+集电区8的延伸长度小于N-漂移区1的宽度；

（4）如图5所示，在所述N-漂移区1的正面上生长栅氧化层2，栅氧化层2为十分致密的氧化层，厚度为1000?；

（5）如图6所示，在低温炉管内生长一层多晶层并利用光刻腐蚀出栅极形状，得到位于N-漂移区正面中心的栅氧化层2和位于栅氧化层2上的多晶栅3，多晶栅3的形状与栅氧化层2的形状相一致；

（6）如图7所示，在所述N-漂移区1的正面进行自对准B注入并进行热扩散，得到P型基区6，所述P型基区6由N-漂移区1的正面向背面方向延伸，且P型基区6的延伸距离小于N-漂移区1的厚度，在截面上，栅氧化层2与两侧的P型基区6相接触；

（7）如图8所示，在N-漂移区1的正面光刻出N+发射区7注入窗口，然后进行高浓度As注入，退火后在P型基区6内形成N+发射区7，在截面上，栅氧化层2与相邻两侧的P型基区6内相邻的N+发射区7相接触；

（8）如图9所示，在上述N-漂移区1的正面进行金属连线制作，先在N-漂移区1的正面表面淀积一层4μm厚的Al，然后用光刻腐蚀工艺腐蚀出Al的连线形貌，在多晶栅3上形成栅电极5，在P型基区6上形成发射极4，发射极4与P型基区6和该P型基区6内的N+发射区7相接触，发射极4和栅电极5不相接触；

（9）如图9所示，减薄硅衬底的第二面至N-漂移区1的背面处；

（10）如图10所示，在上述N-漂移区1的背面采用Al/Ti/Ni/Ag多层金属进行金属化，得到P+集电金属区9。

本发明对减薄的精度要求比较高，因为需要减薄到刚开始外延的位置，这样才能在背面得到部分P型掺杂，部分N型掺杂的的分布。

本发明采用先在硅衬底上光刻和离子注入周期性的结构，然后再外延得到N-漂移区1，接着做完正面工艺最后减薄的方法。本发明所有的工艺都是正面工艺，可以避免传统的逆导IGBT背面光刻工艺造的制程，从而避免了翻转工艺，降低了流片工艺过程中碎片和划伤的几率，提高良率。

Claims (4)

1. 一种逆导IGBT器件结构的制造方法，其特征是，采用如下制作过程：

（1）提供具有第一面和第二面的硅衬底，在硅衬底的第一面上旋涂光刻胶并选择性地曝光显影，露出需要注入离子的区域；

（2）向注入离子的区域中注入第二导电类型离子形成第二导电类型掺杂区；

（3）去除硅衬底第一面上的光刻胶，由硅衬底的第一面外延生成一层得到第一导电类型漂移区，第一导电类型漂移区的背面与硅衬底的第一面接触，第一导电类型漂移区远离硅衬底的一面为正面；再进行推阱的热处理，在硅衬底的第一面和第一导电类型漂移区的背面之间形成阱状的第二导电类型集电区，第二导电类型集电区由第一导电类型漂移区背面的一侧向另一侧延伸，且第二导电类型集电区的延伸长度小于第一导电类型漂移区的宽度；

（4）在所述第一导电类型漂移区的正面上生长得到栅氧化层；

（5）在上述第一导电类型漂移区的正面生长一层多晶层并利用光刻腐蚀出栅极形状，得到位于第一导电类型漂移区正面中心区的栅氧化层和栅氧化层上的多晶栅，多晶栅的形状与栅氧化层的形状相一致；

（6）在所述第一导电类型漂移区的正面进行第二导电类型离子自对准注入并进行热扩散，得到第二导电类型基区；所述第二导电类型基区由第一导电类型漂移区的正面向背面方向延伸，且第二导电类型基区的延伸距离小于第一导电类型漂移区的厚度，在截面上，栅氧化层与两侧的第二导电类型基区相接触；

（7）在第一导电类型漂移区的正面光刻出第一导电类型发射区的注入窗口，然后进行注入第一导电类型离子，退火后在第二导电类型基区内形成第一导电类型发射区，在截面上，栅氧化层与相邻两侧的第二导电类型基区内相邻的第一导电类型发射区相接触；

（8）在上述第一导电类型漂移区的正面淀积一层金属，再用光刻腐蚀，在多晶栅上形成栅电极，在第二导电类型基区上形成发射极，发射极与第二导电类型基区和该第二导电类型基区内的第一导电类型发射区相接触，发射极和栅电极相互隔离；

（9）减薄硅衬底的第二面至第一导电类型漂移区的背面处；

（10）在上述第一导电类型漂移区的背面进行金属化，得到第二导电类型集电金属区。

2.如权利要求1所述的逆导IGBT器件结构的制造方法，其特征是：所述栅氧化层的厚度为1000?。

3.如权利要求1所述的逆导IGBT器件结构的制造方法，其特征是：所述步骤（8）中，沉积的金属厚度为4μm，沉积的金属为Al。

4.如权利要求1所述的逆导IGBT器件结构的制造方法，其特征是：所述第二导电类型集电金属区为Al/Ti/Ni/Ag多层金属。