一種製造集成有二極體的igbt器件的方法

2023-04-29 17:23:01 3

一種製造集成有二極體的igbt器件的方法
【專利摘要】本發明涉及一種製造集成有二極體的IGBT器件的方法，包括：步驟1，選取N型摻雜矽片或外延片；步驟2，對場截止型IGBT,先在N型摻雜矽片或者外延片正面上形成N型場截止層並推結，再通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質；步驟3，若為NPT型IGBT，則直接在N型摻雜矽片或者外延片正面選擇性注入N型雜質；步驟4，在N型摻雜矽片或外延片的正面採用矽矽鍵合方式鍵合另一矽片，並將N型摻雜矽片或外延片背面減薄到器件參數需求厚度；步驟5，在N型摻雜矽片或者外延片背面製作所需的IGBT器件的正面結構;步驟6，將鍵合的另一矽片減薄去除，再注入P型雜質並退火,使其金屬化形成金屬電極。本發明可實現將二極體集成在IGBT體內,工藝步驟簡單，成本低且良率好。
【專利說明】一種製造集成有二極體的IGBT器件的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件製作【技術領域】，特別是涉及一種製造集成有二極體的IGBT器件的方法。
【背景技術】
[0002]絕緣柵雙極電晶體(InsulatedGate Bipolar Transistor)簡稱 IGBT,是近年來高速發展的新型電力半導體場控自關斷功率器件，集功率MOSFET的高速性能與雙極性器件的低電阻於一體，具有輸入阻抗高，電壓控制功耗低，控制電路簡單，耐高壓，承受電流大等特性，其單體或模塊主要應用於UPS、電焊機、電機驅動等大功率場合，以及微波爐、洗衣機、電磁灶、電子整流器、照相機的家用低功率電器。
[0003]IGBT不同於VDMOS的一點在於:VDM0S在體內有寄生的反向二極體，可以用於電路反向續流，但是常規IGBT器件體內是沒有的，所以IGBT器件在使用時必須將另外一個二極體器件並聯封裝在一起才能使用；如果能夠將二極體集成在IGBT體內，將大大節約製造和封裝成本。目前國外將二極體集成在IGBT體內是在工藝最後通過薄片光刻機注入及特殊退火激活設備形成，製造成本非常昂貴。因此，本發明提出了一種新的製作集成有二極體的IGBT的方法。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種製造集成有二極體的IGBT器件的方法，用於解決現有技術中二極體不易集成在IGBT內的問題。
[0005]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種製造集成有二極體的IGBT器件的方法，包括:
[0006]步驟I，選取N型摻雜矽片或者外延片；
[0007]步驟2，若所需製造的IGBT器件為場截止型IGBT器件，則先在N型摻雜矽片或者外延片正面上形成N型場截止層並推結，再在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質；
[0008]步驟3，若所需的IGBT器件為NPT型IGBT器件，則直接在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質；
[0009]步驟4，在N型摻雜矽片或者外延片的正面採用矽矽鍵合方式鍵合另一矽片，並將N型摻雜矽片或者外延片背面減薄至IGBT器件特性所需厚度；
[0010]步驟5，在N型摻雜矽片或者外延片背面製作所需的IGBT器件的正面結構；
[0011]步驟6，將步驟4中採用矽矽鍵合方式鍵合的另一矽片減薄去除，再注入P型雜質並退火，使該矽片金屬化形成金屬電極。
[0012]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0013]進一步，所述步驟2中形成N型場截止層採用外延生長方法、單次注入N型雜質方法或多次注入N型雜質方法。這裡，採用單次注入N型雜質方法或者多次注入N型雜質方法時，注入的N型雜質濃度為lE13atoms/cm3至lE21atoms/cm3,且注入的N型雜質為帶有施主能級的雜質，包括磷、砷和/或鋪。
[0014]進一步，所述步驟2和所述步驟3中在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質時,注入的N型雜質的濃度為lE13atoms/cm3至lE21atoms/cm3,且注入的N型雜質為帶有施主能級的雜質,包括磷、砷和/或鋪。
[0015]進一步，所述步驟2和所述步驟3中在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質時，不限制N型雜質選擇性注入區域的大小。
[0016]進一步，所述步驟4中的矽矽鍵合方式包括在矽片之間增加緩衝層或者將矽片直接鍵合。
[0017]進一步，所述步驟4中將N型摻雜矽片或者外延片背面減薄的厚度由IGBT器件參數特性決定。
[0018]進一步，所述步驟5中IGBT器件的正面結構為柵極結構，且所述柵極結構包括平面柵結構或溝槽柵結構。
[0019]本發明的有益效果是:常規IGBT器件使用時必須同時並聯一個二極體封裝，製造和封裝成本較高；國外將二極體集成在IGBT體內需要特殊工藝設備支持，製造成本非常昂貴。本發明通過常規光刻及注入設備即可實現將二極體集成在IGBT體內，其工藝步驟簡單，製造成本低，良率好，無薄片光刻注入碎片風險。同時相對於另外一些已有的製造方法，本發明通過在工藝初期選擇性注入N型雜質，最工藝後段才注入P型集電極，減小了P型雜質受工藝高溫推進影響，更容易控制雜質分布以及器件參數。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發明所述製造集成有二極體的IGBT器件的方法的流程示意圖；
[0021]圖2至圖8為本發明實施例一所述平面柵FS-1GBT器件的詳細工藝示意圖；
[0022]圖9為本發明實施例二中溝槽柵FS-1GBT器件的結構示意圖；
[0023]圖10為本發明實施例三中溝槽柵NPT-1GBT器件的結構示意圖；
[0024]圖11為本發明實施例四中平面柵NPT-1GBT器件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
[0026]如圖1所示，本發明實施例一給出了一種製造集成有二極體的IGBT器件的方法，包括:
[0027]步驟I，選取N型摻雜矽片或者外延片；
[0028]步驟2，若所需製造的IGBT器件為場截止型IGBT器件，則先在N型摻雜矽片或者外延片正面上形成N型場截止層並推結，再在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質；
[0029]步驟3，若所需的IGBT器件為NPT型IGBT器件，則直接在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質；
[0030]步驟4，在N型摻雜矽片或者外延片的正面採用矽矽鍵合方式鍵合另一矽片並將N型摻雜矽片或者外延片背面減薄至IGBT器件特性所需厚度；
[0031]步驟5，在N型摻雜矽片或者外延片背面製作所需的IGBT器件的正面結構；
[0032]步驟6，將步驟4中採用矽矽鍵合方式鍵合的另一矽片減薄去除，再注入P型雜質並退火，使該矽片金屬化形成金屬電極。
[0033]本實施例中，所述步驟2中形成N型場截止層採用外延生長方法、單次注入N型雜質方法或多次注入N型雜質方法。這裡，採用單次注入N型雜質方法或者多次注入N型雜質方法時，注入的N型雜質濃度為lE13atoms/cm3至lE21atoms/cm3,且注入的N型雜質為帶有施主能級的雜質，包括磷、砷和/或鋪。
[0034]另外，所述步驟2和所述步驟3中在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質時,注入的N型雜質的濃度為lE13atoms/cm3至lE21atoms/cm3,且注入的N型雜質為帶有施主能級的雜質，包括磷、砷和/或銻。同時，所述步驟2和所述步驟3中在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質時，不限制N型雜質選擇性注入區域的大小。
[0035]同時，所述步驟4中的矽矽鍵合方式包括矽矽鍵合方式包括在矽片之間增加緩衝層或者將矽片直接鍵合，而所述步驟4中將N型摻雜矽片或者外延片背面減薄的厚度則由IGBT器件參數特性決定。所述步驟5中IGBT器件的正面結構為柵極結構，且所述柵極結構包括平面柵結構或溝槽柵結構，如圖2至圖8所示，按照上述6個步驟及其細節部分，實施例一以平面柵FS-1GBT器件為例，給出了製造集成有二極體的平面柵FS-1GBT器件的詳細工藝流程。為方便說明，該工藝流程中以N型摻雜矽片作為第一矽片，將步驟4中鍵合的另一矽片作為第二矽片。圖8即為二極體在IGBT內的最終結構。
[0036]如圖9所示，實施例二以溝槽柵FS-1GBT器件為例，給出了製造集成有二極體的溝槽柵FS-1GBT器件的最終結構，其詳細的工藝步驟可參照圖2至圖8，與製造平面柵FS-1GBT器件的工藝相近，區別僅在於IGBT器件的正面結構。
[0037]如圖10所示，實施例三以溝槽柵NPT-1GBT器件為例，給出了製造集成有二極體的溝槽柵NPT-1GBT器件的最終結構，其詳細的工藝步驟可參照圖2至圖8，與實施例二中製造溝槽柵FS-1GBT器件的工藝相近，區別僅在於不需要步驟I中提到的N型場截止層。
[0038]如圖11所示，實施例四以平面柵NPT-1GBT器件為例，給出了製造集成有二極體的平面柵NPT-1GBT器件的最終結構，其詳細的工藝步驟可參照圖2至圖8，與實施例三中製造溝槽柵NPT-1GBT器件的工藝相近，區別僅在於IGBT器件的正面結構。
[0039]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種製造集成有二極體的IGBT器件的方法，其特徵在於，包括: 步驟I，選取N型摻雜矽片或者外延片； 步驟2，若所需製造的IGBT器件為場截止型IGBT器件，則先在N型摻雜矽片或者外延片正面上形成N型場截止層並推結，再在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質； 步驟3，若所需的IGBT器件為NPT型IGBT器件，則直接在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質； 步驟4，在N型摻雜矽片或者外延片的正面採用矽矽鍵合方式鍵合另一矽片，並將N型摻雜矽片或者外延片背面減薄至IGBT器件特性所需厚度； 步驟5，在N型摻雜矽片或者外延片背面製作所需的IGBT器件的正面結構； 步驟6，將步驟4中採用矽矽鍵合方式鍵合的另一矽片減薄去除，再注入P型雜質並退火，使該矽片金屬化形成金屬電極。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟2中形成N型場截止層採用外延生長方法、單次注入N型雜質方法或多次注入N型雜質方法。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，採用單次注入N型雜質方法或者多次注入N型雜質方法時，注入的N型雜質濃度為lE13atoms/cm3至lE21atoms/cm3。
4.根據權利要求2或3所述的方法，其特徵在於，採用單次注入N型雜質方法或者多次注入N型雜質方法時，注入的N型雜質為帶有施主能級的雜質，包括磷、砷和/或銻。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟2和所述步驟3中在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質時，注入的N型雜質的濃度為lE13atoms/cm3 至 lE21atoms/cm3。
6.根據權利要求1或5所述的方法，其特徵在於，在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質時，注入的N型雜質為帶有施主能級的雜質，包括磷、砷和/或鋪。
7.根據權利要求1或5所述的方法，其特徵在於，在N型摻雜矽片或者外延片正面通過塗膠光刻選擇性注入N型雜質時，不限制N型雜質選擇性注入區域的大小。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟4中的矽矽鍵合方式包括在矽片之間增加緩衝層或者將矽片直接鍵合。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟4中將N型摻雜矽片或者外延片背面減薄的厚度由IGBT器件參數特性決定。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟5中IGBT器件的正面結構為柵極結構，且所述柵極結構包括平面柵結構或溝槽柵結構。
【文檔編號】H01L29/739GK103441074SQ201310389144
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】吳宗憲, 周祥瑞 申請人:吳宗憲, 周祥瑞, 陳彥豪