場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)是由雙極型三極管和絕緣柵型場效應(yīng)管組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件。絕緣柵雙極晶體管具有驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低的優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。場截止絕緣柵雙極晶體管(FS-1GBT,Field stop IGBT)利用N型場截止層使得電場分布由三角形分布轉(zhuǎn)為了類梯形分布，縮短了器件的厚度，大幅降低了器件的導(dǎo)通壓降和損耗。傳統(tǒng)的場截止絕緣柵雙極晶體管制備流程復(fù)雜且成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，有必要針對(duì)上述問題，提供一種流程簡單且制造成本低的場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法。
[0004]一種場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，包括:提供N型襯底作為場截止層；將所述襯底的一面作為正面，外延制備出N型的漂移區(qū)；在所述漂移區(qū)內(nèi)和所述漂移區(qū)上制備出場截止絕緣柵雙極晶體管的正面結(jié)構(gòu)；將所述襯底的背面減?。辉谒鲆r底的背面注入P型雜質(zhì)，并進(jìn)行退火處理；進(jìn)行背面金屬化處理形成背面金屬集電極。
[0005]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底為N型FZ襯底。
[0006]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將所述襯底的一面作為正面，外延制備出N型的漂移區(qū)的步驟之前，還包括:去除所述襯底表面的氧化層。
[0007]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在所述襯底的背面注入P型雜質(zhì)，并進(jìn)行退火處理的步驟中，退火溫度小于或等于450攝氏度。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在所述漂移區(qū)內(nèi)和所述漂移區(qū)上制備出場截止絕緣柵雙極晶體管的正面結(jié)構(gòu)的步驟中，所述正面結(jié)構(gòu)中的柵極結(jié)構(gòu)為平面柵結(jié)構(gòu)，所述場截止絕緣柵雙極晶體管是平面柵極場截止絕緣柵雙極晶體管。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在所述漂移區(qū)內(nèi)和所述漂移區(qū)上制備出場截止絕緣柵雙極晶體管的正面結(jié)構(gòu)的步驟中，所述正面結(jié)構(gòu)中的柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵結(jié)構(gòu)，所述場截止絕緣柵雙極晶體管是溝槽柵極場截止絕緣柵雙極晶體管。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底的材質(zhì)為硅、碳化硅、砷化鎵或氮化鎵中的一種。
[0011]上述場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，直接由襯底材料作為場截止層，不需要通過注入推阱的方式獲得場截止層，流程簡單且降低了制造成本。同時(shí)可以直接通過減薄襯底材料實(shí)現(xiàn)對(duì)場截止層厚度的控制，襯底材料不易出現(xiàn)晶格缺陷。
【附圖說明】
[0012]圖1為一實(shí)施例中場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法的流程圖；
[0013]圖2?圖5為一實(shí)施例中采用場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法制備的場截止絕緣柵雙極晶體管在制備過程中的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0015]圖1是一實(shí)施例中絕緣柵雙極晶體管的制備方法的流程圖，包括以下步驟:
[0016]SI 10，提供N型襯底作為場截止層。
[0017]襯底10的材質(zhì)可以為硅、碳化硅、砷化鎵或氮化鎵中的一種。在本實(shí)施例中，襯底10為N型FZ襯底。將襯底10表面的氧化層去除后，作為器件的場截止層(N buffer層)。場截止層直接由襯底材料實(shí)現(xiàn)，相對(duì)于注入推阱的方式，流程更為簡單且降低了成本。同時(shí)，可以避免由于推阱溫度過高或過長引起的晶格缺陷問題，提高了襯底的質(zhì)量，并對(duì)外延層的質(zhì)量有一定的保障。要調(diào)整截止層的厚度，只需要對(duì)襯底材料進(jìn)行減薄就可實(shí)現(xiàn)，操作簡便。
[0018]S120，將襯底的一面作為正面，外延制備出N型的漂移區(qū)。
[0019]如圖2所示，將襯底10的一面作為正面，在襯底10的正面外延制備出N型的漂移區(qū)(N-Drift) 20。漂移區(qū)20的厚度與摻雜濃度需要根據(jù)制備器件的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在本實(shí)施例中，漂移區(qū)20為N-型。
[0020]S130，在漂移區(qū)內(nèi)和漂移區(qū)上制備出場截止絕緣柵雙極晶體管的正面結(jié)構(gòu)。
[0021]本實(shí)施例中，場截止絕緣柵雙極晶體管是平面柵極(Planar)場截止絕緣柵雙極晶體管，可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)知的平面柵極場截止絕緣柵雙極晶體管的正面工藝制備其正面結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D3，步驟S130完成后器件包括漂移區(qū)20內(nèi)的P型體區(qū)21，P型體區(qū)21內(nèi)的N+型的發(fā)射極22，漂移區(qū)20表面的柵氧化層23，柵氧化層23上方的多晶硅柵極24，覆蓋柵氧化層23和多晶硅柵極24的氧化物介質(zhì)層25，覆蓋整個(gè)器件表面的發(fā)射極E，以及多晶硅柵極24引出的焊盤G (柵極)。在其他的實(shí)施例中，場截止絕緣柵雙極晶體管也可以為溝槽柵極場截止絕緣柵雙極晶體管。
[0022]S140，將襯底的背面減薄。
[0023]對(duì)襯底10的背面進(jìn)行減薄，減薄的厚度可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求而變化。通過對(duì)作為截止層的襯底10的背面減薄可以調(diào)整截止層的厚度，操作簡便。圖4為完成步驟S140后的場截止絕緣柵雙極晶體管的局部剖視圖。
[0024]S150，在襯底的背面注入P型雜質(zhì)，并進(jìn)行退火處理。
[0025]在襯底10的背面注入P型雜質(zhì)形成P型層30，并對(duì)P型層30進(jìn)行退火處理以降低集電極的接觸電阻。具體地，退火溫度小于或等于450攝氏度。通過控制P型雜質(zhì)的注入效率，可以提高器件的性能。
[0026]S160，進(jìn)行背面金屬化處理形成背面金屬集電極。
[0027]采用濺射或蒸發(fā)的方式制備場截止絕緣柵雙極晶體管的背面金屬集電極40，最終得到場截止絕緣柵雙極晶體管，如圖4所示。
[0028]上述場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，F(xiàn)S結(jié)構(gòu)直接由襯底材料實(shí)現(xiàn)，不需要通過注入推阱的方式實(shí)現(xiàn)，流程更為簡單且降低了成本。同時(shí)，可以避免由于推阱溫度過高或過長引起的晶格缺陷問題，提高了襯底的質(zhì)量，并對(duì)外延層的質(zhì)量有一定的保障。要對(duì)截止層的厚度進(jìn)行控制，只需要對(duì)襯底材料進(jìn)行減薄來實(shí)現(xiàn)，操作簡便。
[0029]上述場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，通過背面減薄調(diào)節(jié)FS層的厚度以及控制P型層的注入效率，可以獲得性能優(yōu)越的場截止絕緣柵雙極晶體管。上述功率二極管的制備方法與現(xiàn)行的DMOS工藝完全兼容，具有普適性和不同IC生產(chǎn)線可移植性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0030]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)人員來說，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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，包括: 提供N型襯底作為場截止層； 將所述襯底的一面作為正面，外延制備出N型的漂移區(qū)； 在所述漂移區(qū)內(nèi)和所述漂移區(qū)上制備出場截止絕緣柵雙極晶體管的正面結(jié)構(gòu)； 將所述襯底的背面減??； 在所述襯底的背面注入P型雜質(zhì)，并進(jìn)行退火處理； 進(jìn)行背面金屬化處理形成背面金屬集電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，其特征在于，所述襯底為N型FZ襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，其特征在于，所述將所述襯底的一面作為正面，外延制備出N型的漂移區(qū)的步驟之前，還包括: 去除所述襯底表面的氧化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，其特征在于，所述在所述襯底的背面注入P型雜質(zhì)，并進(jìn)行退火處理的步驟中，退火溫度小于或等于450攝氏度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，其特征在于，所述在所述漂移區(qū)內(nèi)和所述漂移區(qū)上制備出場截止絕緣柵雙極晶體管的正面結(jié)構(gòu)的步驟中，所述正面結(jié)構(gòu)中的柵極結(jié)構(gòu)為平面柵結(jié)構(gòu)，所述場截止絕緣柵雙極晶體管是平面柵極場截止絕緣柵雙極晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，其特征在于，所述在所述漂移區(qū)內(nèi)和所述漂移區(qū)上制備出場截止絕緣柵雙極晶體管的正面結(jié)構(gòu)的步驟中，所述正面結(jié)構(gòu)中的柵極結(jié)構(gòu)為溝槽柵結(jié)構(gòu)，所述場截止絕緣柵雙極晶體管是溝槽柵極場截止絕緣柵雙極晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，其特征在于，所述襯底的材質(zhì)為硅、碳化硅、砷化鎵或氮化鎵中的一種。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，包括：提供N型襯底作為場截止層；將所述襯底的一面作為正面，外延制備出N型的漂移區(qū)；在所述漂移區(qū)內(nèi)和所述漂移區(qū)上制備出場截止絕緣柵雙極晶體管的正面結(jié)構(gòu)；將所述襯底的背面減薄；在所述襯底的背面注入P型雜質(zhì)，并進(jìn)行退火處理；進(jìn)行背面金屬化處理形成背面金屬集電極。上述場截止絕緣柵雙極晶體管的制備方法，直接由襯底材料作為場截止層，不需要通過注入推阱的方式獲得場截止層，流程簡單且降低了制造成本。同時(shí)可以直接通過減薄襯底材料實(shí)現(xiàn)對(duì)場截止層厚度的控制，襯底材料不易出現(xiàn)晶格缺陷。
【IPC分類】H01L21-331
【公開號(hào)】CN104599965
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310534273
【發(fā)明人】鐘圣榮, 鄧小社, 王根毅, 周東飛
【申請(qǐng)人】無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2013年10月31日