一種低壓igbt薄型晶體晶片的製作方法

2023-09-12 02:05:20 2

一種低壓igbt薄型晶體晶片的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低壓IGBT薄型晶體晶片，它包括如下步驟：1）在N-型矽單晶片的表面進行銻擴散，獲得N+N-N+型矽擴散片。2）對N+N-N+型矽擴散片正面研磨拋光，除去正面N+銻擴散層，獲得N-N+型矽擴散拋光片；3）以製造IGBT溝道本體區和發射區常規工藝，在N-N+ 型矽擴散拋光片的N-面擴散入硼和磷兩種雜質，得到N+P+N+型矽擴散片；4）研磨減薄矽擴散片背面，獲得N+P+N型矽擴散薄片；5）在N+P+N型矽擴散薄片的背面N層注入P型硼離子，得到N+P+NP+結構的IGBT薄型晶體晶片。本實用新型改進IGBT薄型晶體晶片加工技術，降低器件的導通電阻，提高產品性價比，具有顯著的經濟效益。
【專利說明】—種低壓IGBT薄型晶體晶片

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體器件的製造，尤其涉及一種低壓IGBT薄型晶體晶片。

【背景技術】
[0002]IGBT (Insulated Gate Biplar Transistor)絕緣柵雙極型電晶體是當今功能卓越的半導體功率器件，兼有Power MOSFET (功率場效應電晶體)的電壓控制、低驅動功率、高工作頻率和BJT (雙極結型電晶體)的垂直導電高電流密度之諸多優點，廣泛應用於電機控制、軌道交通、智能電網、新能源電動汽車等領域。
[0003]圖1為當前傳統的非穿通型NPT-1GBT器件的結構簡圖，K為陰極，。G為柵極，A為陽極，其縱向為N+P+N_P+型結構，直接採用『型矽單晶片通過IGBT的常規工藝製成的，具體步驟如下:
[0004]N—型矽單晶片拋光，氧化、光刻，P+型硼擴散(形成溝道本體區)，柵極多晶矽生長、光刻，N+型磷擴散(形成陰極K)，矽片背面(N _)研磨減薄，矽片背面硼離子注入、退火，表面金屬化、形成陽極A，獲得晶體晶片。
[0005]此傳統的非穿通型NPT-1GBT器件的優點是原材料矽單晶片成本低(與原材料N_N+型矽外延片相比)，而突出的缺點是器件的導通電阻大，導致導通壓降和功耗大，為提高IGBT的電流能力和降低功率損耗，必須儘量減小器件的導通電阻。


【發明內容】

[0006]本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種低壓IGBT薄型晶體晶片。
[0007]低壓IGBT薄型晶體晶片:第一 P+型硼擴散層、N型銻擴散層、第二 P+型硼擴散層、N+型磷擴散層順次疊加，N +型磷擴散層與陰極K相連，第一 P +型硼擴散層與陽極A相連。
[0008]本實用新型針對NPT-1GBT器件存在N—矽本徵層被過厚致導通電阻大的問題，採取兩步做法進行解決，第一步是用N型銻擴散層取代N—娃單晶層，提出N+P+NP+型低壓IGBT結構，顯著降低器件的導通電阻，第二步是使用新型有機粘結劑研磨矽片實現矽薄片加工，減小晶體晶片厚度，進一步降低器件的導通電阻，有效地提高產品性價比。本實用新型的新型有機粘劑用於矽片研磨減薄加工，不僅操作安全簡便，節約化學清洗試劑，降低生產成本和高效率，更重要的是將超薄矽片加工技術成功推進一大步。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是傳統的NPT-1GBT非穿通型結構示意圖；
[0010]圖2是低壓IGBT薄型晶體晶片結構不意圖；
[0011]圖3是本實用新型的N+P+NP+型IGBT結構的雜質分布示意圖。

【具體實施方式】
[0012]低壓IGBT薄型晶體晶片:第一 P+型硼擴散層、N型銻擴散層、第二 P+型硼擴散層、N+型磷擴散層順次疊加，N +型磷擴散層與陰極K相連，第一 P +型硼擴散層與陽極A相連。
[0013]低壓IGBT薄型晶體晶片及其製備方法的步驟如下:
[0014]I)在每張N_型矽單晶片的背面貼上銻固態紙源，高溫下進行銻在矽中的擴散，獲得N+N_N+型矽擴散片，銻擴散溫度為1280-1285°C，擴散時間為180-200小時；
[0015]2)對N+N_N+型矽擴散片正面進行研磨拋光，除去正面N +銻擴散層，獲得N _N+型矽擴散拋光片；
[0016]3)利用製造IGBT器件溝道本體區和發射區標準工藝，在N_N+型矽擴散拋光片的正面N_層先後分別擴散入P +型硼和N +型磷兩種雜質，得到N +P+N+型矽擴散片；
[0017]4)通過專用有機粘結劑，把N+P+N+型矽擴散片的正面粘貼到磨片承載盤上；
[0018]5)研磨減薄N+P+N+型矽擴散片的背面，去除背面N +銻擴散區雜質高濃度層部分，獲得N+P+N型矽擴散薄片；
[0019]6)在N+P+N型矽擴散薄片的背面N區注入P型硼離子，經退火和金屬化後得到N+P+NP+結構IGBT薄型晶體晶片。
[0020]所述步驟4)中的專用有機粘結劑的組成為:麥芽糖:葡萄糖=(2-4): I
[0021]本實用新型的低壓IGBT薄型晶體晶片產品採用了圖2所示的N+P+NP+型IGBT新式結構，以雜質濃度分布平緩的銻擴散N層取代原N_矽單晶層，由於銻擴散N層是在N _矽單晶層的基礎上通過擴散入半導體雜質來形成，其體內雜質濃度大大超過N_矽單晶原摻雜水平，使器件體電阻大大下降，因而達到顯著降低器件導通電阻的目的，由此既消除了NPT-1GBT器件導通電阻大之缺陷，又保持了矽單晶片原材料成本低之優點。特別要指出的是，雖然N區雜質總含量高，然而其擴散結頭部附近的雜質分布平坦，具有接近N—娃基片的電阻率，因而仍能確保器件達到預定的反向耐壓水平。
[0022]當前採用N_矽單晶片製造NPT-1GBT的工藝過程中，在獲得P +型溝道本體區和N +型陰極區後，需研磨減薄N+P+N+型矽擴散片的背面，獲得N +P+N型矽擴散薄片，然後注入P+型硼離子，形成陽極，製成N+P+NP+結構IGBT晶體晶片。晶體晶片厚度能否超薄，關鍵在矽片研磨減薄工序。傳統的方法是採用無機蠟作為粘結劑，當矽片被研磨到預定厚度後，需小心地從磨片承載盤上取下矽薄片，雖然有機蠟經加熱熔化，但黏著力依然很強，難以避免矽片破損。本實用新型所提出的有機粘結劑，按麥芽糖(C12H22OH* H2O):葡萄糖(C6H12O6) =(2-4): I的組成配製，加熱熔化後將待加工的矽片牢固貼到磨片承載盤上進行研磨，研磨減薄矽片結束後，一起浸沒在熱水中，經超聲波振動30分鐘後，有機粘劑便被熱水充分稀釋而失去粘性，使超薄矽片得以完好無損地與磨片承載盤分離。
[0023]有關N+P+NP+型IGBT新式結構的幾個設計技術要點是:
[0024]I)選用N_娃基片的電阻率。
[0025]N—娃基片的電阻率與N—娃片原始的摻雜濃度相關，N-的摻雜濃度越低，N區擴散結頭部雜質濃度分布越呈平坦，相應的器件反向擊穿電壓越高。圖3為N+P+NP+型IGBT新式結構的縱向雜質濃度分布簡圖。
[0026]結構內部PN結反向擊穿電壓BVpp與矽中摻雜濃度N D_之間的關係為:
[0027]BVpp ^ 5.34X1013.Nd/374
[0028]這是 D.S.Kuo, andC.Hu 在 IEEE Electron DeviceLetters, 1986，7 (9)，pp.510-512的雜誌論文中發表的經驗計算公式，由雜質濃度即可推算及矽的電阻率。
[0029]2)選用擴散(電壓)漂移N區的最大濃度。
[0030]根據器件耐壓之要求，選留擴散(電壓)漂移區內N型雜質最大濃度約為1016/cm3。
[0031]3)選用N區的厚度。
[0032]為確保IGBT器件耐壓水平，N區厚度必不小於耗盡層擴展寬度,然而對於僅耐受百伏特上下低反向工作電壓的IGBT來說，因受矽晶體晶片最小加工厚度之限制，N區的厚度往往留有足夠裕量，此對於降低器件導通壓降和功率損耗不利，當務之急必須改進矽薄片加工技術，減小晶體晶片厚度。
[0033]實施例1
[0034]I)在每張N—型矽單晶片的背面貼上銻固態紙源，高溫下進行銻在矽中的擴散，獲得N+N_N+型矽擴散片，銻擴散溫度為1280°C，擴散時間為200小時；
[0035]2)對N+N_N+型矽擴散片正面進行研磨拋光，除去正面N +銻擴散層，獲得N _N+型矽擴散拋光片；
[0036]3)利用製造IGBT器件溝道本體區和發射區標準工藝，在N_N+型矽擴散拋光片的正面N_層先後分別擴散入P +型硼和N +型磷兩種雜質，得到N +P+N+型矽擴散片；
[0037]4)通過專用有機粘結劑，把N+P+N+型矽擴散片的正面粘貼到磨片承載盤上；專用有機粘結劑的組成為:麥芽糖:葡萄糖=2:1;
[0038]5)研磨減薄N+P+N+型矽擴散片的背面，去除背面N +銻擴散區雜質高濃度層部分，獲得N+P+N型矽擴散薄片；
[0039]6)在N+P+N型矽擴散薄片的背面N區注入P型硼離子，經退火和金屬化後得到N+P+NP+結構IGBT薄型晶體晶片。
[0040]實施例2
[0041]I)在每張N_型矽單晶片的背面貼上銻固態紙源，高溫下進行銻在矽中的擴散，獲得N+N_N+型矽擴散片，銻擴散溫度為1285°C，擴散時間為180小時；
[0042]2)對N+N_N+型矽擴散片正面進行研磨拋光，除去正面N +銻擴散層，獲得N _N+型矽擴散拋光片；
[0043]3)利用製造IGBT器件溝道本體區和發射區標準工藝，在N_N+型矽擴散拋光片的正面N_層先後分別擴散入P +型硼和N +型磷兩種雜質，得到N +P+N+型矽擴散片；
[0044]4)通過專用有機粘結劑，把N+P+N+型矽擴散片的正面粘貼到磨片承載盤上；專用有機粘結劑的組成為:麥芽糖:葡萄糖=4:1;
[0045]5)研磨減薄N+P+N+型矽擴散片的背面，去除背面N +銻擴散區雜質高濃度層部分，獲得N+P+N型矽擴散薄片；
[0046]6)在N+P+N型矽擴散薄片的背面N區注入P型硼離子，經退火和金屬化後得到N+P+NP+結構IGBT薄型晶體晶片。
【權利要求】
1.一種低壓IGBT薄型晶體晶片，其特徵在於第一 P +型硼擴散層、N型銻擴散層、第二P+型硼擴散層、N +型磷擴散層順次疊加，N +型磷擴散層與陰極K相連，第一 P +型硼擴散層與陽極A相連。
【文檔編號】H01L29/06GK204230247SQ201420741816
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】陳福元, 毛建軍, 胡煜濤, 任亮, 蘇雲清 申請人:杭州晶地半導體有限公司