CN104241124A - 非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法，包括如下步骤：提供N型衬底；在所述N型衬底上采用挖槽填充的方式形成P+发射区；在所述N型衬底上具有P+发射区的一面外延制备N型漂移区；在所述N型漂移区上制备所述绝缘栅双极型晶体管的正面结构；将所述N型衬底减薄至背面露出所述P+发射区；在所述N型衬底背面形成金属电极。上述方法采用挖槽填充与外延方式结合制备NPT RC IGBT，与常规的硅片工艺兼容，不需要较高的薄片流通工艺要求，也不需要专用的双面曝光机。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘栅双极型晶体管技术，特别是涉及一种非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法。
背景技术
如图1所示，是一种非穿通型反向导通绝缘栅双极晶体管（Non PunchThrough Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor，NPT RC IGBT）内部结构断面示意图。IGBT的正面结构与VDMOS相同，只是在漏极和漏区之间增加了一个P型层。传统的制造方法中，在其正面进行与制造场效应晶体管类似的工艺，然后将硅片减薄，接着在其背面形成P+发射区（也即制造该多出的P型层）。这种方法的难点主要有两个方面：一、需要有减薄硅片流通能力，特别是对于常见的1200伏以下的IGBT，其厚度在200微米以下，对薄片流通工艺要求很高；二、需要专门的双面曝光机对硅片曝光。
发明内容
基于此，有必要针对提供一种不需要双面曝光机且不需要较高的薄片流通工艺要求的非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法。
一种非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法，包括如下步骤：提供N型衬底；在所述N型衬底上采用挖槽填充的方式形成P+发射区；在所述N型衬底上具有P+发射区的一面外延制备N型漂移区；在所述N型漂移区上制备所述绝缘栅双极型晶体管的正面结构；将所述N型衬底减薄至背面露出所述P+发射区；在所述N型衬底背面形成金属电极。
在其中一个实施例中，所述N型衬底的厚度为100～650微米，所述N型漂移区的厚度为10～650微米，且所述N型衬底和N型漂移区的厚度之和与正常流通硅片的厚度相当。
在其中一个实施例中，所述正常流通硅片是厚度为625微米或675微米的6英寸硅片，或者是厚度为725微米的8英寸硅片。
在其中一个实施例中，所述在N型衬底上采用挖槽填充的方式形成P+发射区的步骤包括：在所述N型衬底上光刻形成刻蚀图形；根据所述刻蚀图形对N型衬底进行腐蚀形成沟槽；在所述沟槽内填充P型硅；将所述N型衬底表面和P型硅磨平。
在其中一个实施例中，所述P型硅为单晶硅、多晶硅或非晶硅。
在其中一个实施例中，所述方法进一步包括：所述多晶硅和非晶硅经过加热以形成单晶硅。
在其中一个实施例中，所述P型硅的电阻率为0.001～50欧姆·厘米。
在其中一个实施例中，所述N型衬底的电阻率为0.001～10欧姆·厘米，所述N型漂移区的电阻率为5～500欧姆·厘米。
在其中一个实施例中，所述在N型衬底背面形成金属电极的步骤中，可以采用溅射或蒸发方式形成所述金属电极。
在其中一个实施例中，所述在N型漂移区上制备绝缘栅双极型晶体管的正面结构的步骤包括：在所述N型漂移区上间隔形成P型体区；在所述P型体区上形成N型发射区；在所述P型体区之间的N型沟道上形成栅极层；在所述N型发射区上引出发射极电极，在所述栅极层上引出栅极电极。
上述方法采用挖槽填充与外延方式结合制备NPT RC IGBT。其中，N型衬底上的P/N交隔结构可以采用常规光刻机和离子挖槽填充设备作业，在其上外延后圆片厚度与正常流通圆片相同，因此与现有的常规工艺兼容。此外，也无需专用的双面曝光设备，大大降低工艺成本。
附图说明
图1为NPT RC IGBT内部结构断面示意图；
图2为一实施例的NPT IGBT的制造方法流程图；
图3为与图2的步骤S101对应的NPT RC IGBT结构；
图4（a）和图4（b）为与图2的步骤S102对应的NPT RC IGBT结构；
图5为与图2的步骤S103对应的NPT RC IGBT结构；
图6为与图2的步骤S104对应的NPT RC IGBT结构；
图7为与图2的步骤S105对应的NPT RC IGBT结构；
图8为与图2的步骤S106对应的NPT RC IGBT结构。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图2所示，为一实施例的非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法流程图。该方法包括如下步骤S101～S106。
步骤S101：提供N型衬底。N型衬底是指在半导体材料中掺入N型离子后所形成的衬底，做成标准尺寸（6英寸或8英寸等）的圆片形状，能够在其上进行各种半导体工艺，如图3所示。所述N型衬底的厚度为100～650微米，电阻率为0.001～10欧姆·厘米（Ω·cm）。N型衬底100作为后续的外延层的支撑，同时也用于形成最后的P型层。
步骤S102：在所述N型衬底上采用挖槽填充的方式形成P+发射区。参考图4，N型衬底100上间隔形成了多个P型区102。该P型区102是采用挖槽填充方式形成的。挖槽填充具体包括以下步骤：
步骤S121：在N型衬底上光刻形成刻蚀图形。该步骤是光刻的常规步骤，包括涂覆光刻胶、烘焙、光刻蚀、清洗等步骤。经过光刻后，在N型衬底100上形成了刻蚀图形，也即N型衬底100的表面一部分被光刻胶200覆盖，另一部分露出。露出的部分是用来形成P型区的区域。
步骤S122：根据所述刻蚀图形对N型衬底进行腐蚀形成沟槽。沟槽的深度与形成P+发射区的深度一致或略大。
步骤S123：在所述沟槽内填充P型硅。所述P型硅为单晶硅、多晶硅或非晶硅。对于多晶硅和非晶硅，还经过加热步骤形成单晶硅。所填充的P型硅的电阻率为0.001～50欧姆·厘米，与N型衬底100的电阻率一致。
步骤S124：将所述N型衬底表面和P型硅磨平。具体可以采用化学机械研磨等方式。经过本步骤之后，就可以在N型衬底100上形成如图4所示的多个间隔的P型区102，也即最后形成的IGBT的P+发射区。
步骤S103：在所述N型衬底上具有P+发射区的一面外延制备N型漂移区。参考图5，外延制备是指在N型衬底100之上再形成一个衬底，称为外延层。也即图5所示的N型漂移区300。制备外延层的技术较为常规，在此不赘述。所形成的N型漂移区300的厚度为10～650微米，并且与N型衬底100的厚度之和与正常流通硅片的厚度相当。N型漂移区300用于形成IGBT中除P+发射区之外的其他层，本实施例中，称为IGBT的正面结构。也即是说，N型漂移区300的厚度既要能够用于形成完整的IGBT正面结构，又要与N型衬底100一起的厚度与正常流通硅片的厚度相当。正常流通硅片一般是厚度为625微米或675微米的6英寸硅片，或者是厚度为725微米的8英寸硅片。因此，可行的厚度示例为：当用于6英寸硅片工艺时，N型漂移区300为300微米厚，N型衬底100为325微米或375微米厚；当用于8英寸硅片工艺时，N型漂移区300为400微米厚，N型衬底100为325微米厚。当然，也可以选择其他满足上述两个条件的厚度。
N型漂移区300的电阻率为5～500欧姆·厘米（Ω·cm）。
步骤S104：在所述N型漂移区上制备绝缘栅双极型晶体管的正面结构。该正面结构如图6所示。本步骤包括在N型漂移区300上形成P型体区302和在P型体区302上形成N型发射区304。两个P型体区302之间是N型沟道，N型沟道上形成栅极层306。然后分别经过电极引出作为发射极和栅极。
步骤S105：将所述N型衬底减薄至N型通道处。将N型衬底100自背向P型区102的一面向P型区102的方向减薄，直至P型区102在N型衬底100的背面也露出。减薄后的N型衬底100如图7所示。减薄N型衬底100的方式可以采用机械研磨。可以理解，为减少减薄时的处理时间和避免减薄N型衬底100产生的浪费，N型衬底100的厚度在保证流通安全的前提下应当尽可能小。
步骤S106：在所述N型衬底背面形成金属电极。即在P+发射区上形成金属层并因此电极作为整个IGBT的集电极，并最终形成NPT IGBT的完整结构，参考图7。本步骤中，可以采用溅射或蒸发方式形成所述金属电极。
上述方法中，采用挖槽填充与外延方式结合制备NPT RC IGBT。其中，N型衬底100上的P/N交隔结构可以采用常规光刻机和挖槽填充设备作业，在其上外延后圆片厚度与正常流通圆片相同，因此与现有的常规工艺兼容。此外，也无需专用的双面曝光设备，大大降低工艺成本。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法，包括如下步骤：
提供N型衬底；
在所述N型衬底上采用挖槽填充的方式形成P+发射区；
在所述N型衬底上具有P+发射区的一面外延制备N型漂移区；
在所述N型漂移区上制备所述绝缘栅双极型晶体管的正面结构；
将所述N型衬底减薄至背面露出所述P+发射区；
在所述N型衬底背面形成金属电极。
2.根据权利要求1所述的非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，所述N型衬底的厚度为100～650微米，所述N型漂移区的厚度为10～650微米，且所述N型衬底和N型漂移区的厚度之和与正常流通硅片的厚度相当。
3.根据权利要求2所述的非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，所述正常流通硅片是厚度为625微米或675微米的6英寸硅片，或者是厚度为725微米的8英寸硅片。
4.根据权利要求1所述的非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，所述在N型衬底上采用挖槽填充的方式形成P+发射区的步骤包括：
在所述N型衬底上光刻形成刻蚀图形；
根据所述刻蚀图形对N型衬底进行腐蚀形成沟槽；
在所述沟槽内填充P型硅；
将所述N型衬底表面和P型硅磨平。
5.根据权利要求4所述的非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，所述P型硅为单晶硅、多晶硅或非晶硅。
6.根据权利要求5所述的非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，所述方法进一步包括：所述多晶硅和非晶硅的P型硅经过加热，以形成单晶硅。
7.根据权利要求4所述的非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，所述P型硅的电阻率为0.001～50欧姆·厘米。
8.根据权利要求1所述的非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，所述N型衬底的电阻率为0.001～10欧姆·厘米，所述N型漂移区的电阻率为5～500欧姆·厘米。
9.根据权利要求1所述的非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，所述在N型衬底背面形成金属电极的步骤中，可以采用溅射或蒸发方式形成所述金属电极。
10.根据权利要求1所述的非穿通型反向导通绝缘栅双极型晶体管的制造方法，其特征在于，所述在N型漂移区上制备绝缘栅双极型晶体管的正面结构的步骤包括：
在所述N型漂移区上间隔形成P型体区；
在所述P型体区上形成N型发射区；
在所述P型体区之间的N型沟道上形成栅极层；
在所述N型发射区上引出发射极电极，在所述栅极层上引出栅极电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141224 |