一種FS?IGBT的制造方法技術

本發明專利技術提供一種FS?IGBT的制造方法。其方法包括：在一塊N型半導體襯底上外延形成N型緩沖層，外延緩沖層厚度約40um；在所形成的N+緩沖層上通過硅硅直接鍵合工藝鍵合形成支撐襯底；翻轉硅片，減薄硅片至設計厚度(此厚度不包含支撐襯底的厚度)，并在減薄后的表面上完成IGBT正面工藝；清洗并翻轉硅片，去除支撐襯底；刻蝕外延緩沖層至設計厚度；在減薄后的外延緩沖層外表面做B注入并淀積金屬形成集電極。本發明專利技術的FS?IGBT的制造方法，不需要專用的薄片工藝設備，與現有的常規工藝兼容，可以大大節約制備成本，FS?IGBT的N?buffer層是由外延形成，去除了常規FS?IGBT?Nbuffer制做過程中長時間的熱過程，避免了此過程中因高溫引發的硅片翹曲，有利于提高器件的可靠性。

A method of manufacturing the FS IGBT

The invention provides a manufacturing method of FS IGBT. The method includes: forming a N type epitaxial buffer layer in a N type semiconductor substrate, epitaxial buffer layer thickness of about 40um; in the N+ buffer layer formed on the silicon silicon direct bonding bonding forming a support substrate; flip chip, wafer thinning to design thickness (the thickness not containing a supporting substrate the thickness of IGBT, and positive) process on the surface after thinning; cleaning and removal of flip chip, supporting substrate; etching epitaxial buffer layers to design thickness; in the epitaxial buffer layer thinning after the outer surface of B injection and the deposition of metal forming collector. The manufacturing method of the invention FS IGBT, do not need special sheet process equipment, compatible with the conventional process, can greatly reduce the preparation cost, N buffer FS IGBT layer is formed by the extension of the long time, the removal of conventional FS IGBT Nbuffer in the manufacture of heat process, avoid the wafer caused by high temperature in the process of warping, is conducive to improving the reliability of the device.

【技術實現步驟摘要】
一種FS-IGBT的制造方法
本專利技術屬于半導體
，具體的說涉及一種FS-IGBT(場截止型絕緣柵雙極型晶體管)的制造方法。
技術介紹
絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種兼具MOS場效應和雙極型晶體管復合的新型功率電力器件，它兼具MOSFET器件易于驅動、控制簡單、開關速度快的優點，又具有功率晶體管導通壓降低，通態電流大，損耗小的優點，現已在交通、能源、工業、醫學、家用電器等諸多領域廣泛應用。就IGBT漂移區結構及制備方法上來講，絕緣柵雙極型晶體管主要經歷了，穿通型IGBT(PT-IGBT)、非穿通型IGBT(NPT-IGBT)、場阻型IGBT(FS-IGBT)三個階段的發展，通常地，穿通型IGBT需要載流子壽命控制技術以減小載流子的壽命，進而減小該類IGBT的關斷時間以及關斷損耗，但是載流子壽命控制技術會導致IGBT器件的正向導通壓降呈現負的溫度系數，不利于該類IGBT器件在并聯系統中的應用，為了改善IGBT的性能，在穿通型IGBT的基礎上提出了非穿通型IGBT(NPT-IGBT)結構，由于通過采用透明陽極技術，降低了背面P型集電區的濃度和厚度，大大減小集電區發射效率，減小關斷損耗，也避免了載流子控制技術，使NPT-IGBT得正向導通壓降具有正的溫度系數，使大電流并聯成為可能，但由于NPT-IGBT的漂移區較長，導致導通電阻和關斷損耗較大，無法滿足高速應用的要求。為了進一步改善IGBT器件的性能，業界提出了一種新型的IGBT結構場阻型IGBT(FS-IGBT)，FS-IGBT直接使用低電阻率N型硅片，利用襯底材料制作漂移區，在漂移區正面制備MOS結構，在漂移區另一面通過擴散或離子注入制作N型緩沖層，從而使漂移區電場呈現梯形分布，在一定耐壓下大大縮減了漂移區厚度，從而降低了正向導通壓降，又因采用了透明陽極的技術，保證了導通壓降的正溫度特性。由于FS-IGBT的P型集電區厚度小濃度低，故其發射效率低，拖尾電流小，因此其開關損耗更小，成為高速低功耗的主流器件，但是在制作低壓FS-IGBT的過程中，芯片通常較薄，如耐壓為600V的FS-IGBT器件，芯片厚度一般小于70um,如此薄的芯片厚度，在制備過程中極易導致硅片的變形，翹曲和碎片，硅片的大小將受到限制，良品率降低，制作成本也將大大提高，在制作過程中往往需要專門的薄片工藝，工藝復雜度難度大。
技術實現思路
本專利技術所要解決的，就是針對低壓FS-IGBT制備過程中存在問題，提出了一種不需專用的薄片工藝兼容于傳統IGBT制備工藝的FS-IGBT制造方法。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種FS-IGBT的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：a.在一塊N型半導體襯底1上外延形成N型緩沖層2，形成的N型緩沖層2厚度約40um；b.在所形成的N+緩沖層2上通過硅硅直接鍵合工藝鍵合形成支撐襯底11；c.翻轉硅片，減薄后在表面上完成IGBT正面工藝：包括：形成柵氧化層3、多晶硅層4、P阱5、N+發射區6、BPSG層7以及正面金屬層8；d.清洗并翻轉硅片，去除支撐襯底11；e.刻蝕外延緩沖層2至需要的厚度；f.在減薄后的外延緩沖層2外表面做B注入9并淀積金屬10形成集電極。本專利技術制造方法的主要關鍵點是：步驟a中FS-IGBT的N型緩沖層(Nbuffer)是由外延工藝形成的，步驟a中所形成的Nbuffer厚度應遠大于實際設計器件Nbuffer層的厚度；步驟b中支撐襯底與buffer層是通過硅硅直接鍵合工藝(SDB)鍵合在一起的；步驟c中減薄后的硅片厚度與支撐襯底的厚度之和需滿足工藝要求，保證其能夠在線流片；步驟d中去除支撐襯底的方法可以先采用減薄工藝，后濕法刻蝕干法刻蝕結合精確控制減薄精度；步驟e中刻蝕外延緩沖層(Nbuffer)以干法刻蝕為主，精確控制Nbuffer層的厚度；步驟f中集電極的B注入是在外延形成的Nbuffer上進行的。本專利技術的有益效果為，該場截止型絕緣柵雙極型晶體管的制造方法由于通過硅硅直接鍵合工藝(SDB)在IGBT制備過程中引入了支撐襯底，使在IGBT的制備過程在較厚的襯底下進行，避免了薄片工藝下硅片的翹曲、變形、碎片、以及晶圓大小受限制等問題，使FS-IGBT制備工藝兼容于常規的IGBT制備設備，可大大提高FS-IGBT制備的成品率及其可靠性，同時可降低其制備成本。附圖說明圖1是實施例中本專利技術FS-IGBT制造方法的工藝流程圖；圖2是實施例中本專利技術FS-IGBT的結構圖；圖3是實施例的工藝流程中一塊N型硅片示意圖；圖4是實施例的工藝流程中N型硅片外延形成Nbuffer的示意圖；圖5是實施例的工藝流程中在Nbuffer上鍵合形成支撐襯底的示意圖；圖6是實施例的工藝流程中翻轉減薄N型襯底的示意圖；圖7是實施例的工藝流程中完成正面工序后的器件結構圖；圖8是實施例的工藝流程中翻轉、去除支撐襯底的示意圖；圖9是實施例的工藝流程中刻蝕減薄Nbuffer的示意圖；圖10是實施例的工藝流程中在Nbuffer上進行B注入的示意圖；圖11是實施例的工藝流程中在集電區上淀積金屬，形成集電極的示意圖；圖12是實施例FS-IGBT傳統與NPT-IGBT的擊穿電壓與漏電流對比圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例，詳細描述本專利技術的技術方案：實施例：如圖1-圖11所示，為本例的制造流程，包括：a.在一塊電阻率為100Ω·cm的N型半導體襯底1上外延形成電阻率為1Ω·cm的N型緩沖層(Nbuffer)2，外延緩沖層厚度約40um；b.在a步所形成的N+緩沖層上通過硅硅直接鍵合工藝(SDB)鍵合形成支撐襯底11,支撐襯底厚度的選擇要保證其能夠在線上流通；c.翻轉硅片，減薄硅片至240um(此設計厚度不包含支撐襯底的厚度)，并在減薄后的表面上完成IGBT正面工藝：包括：形成柵氧化層3、多晶硅層4、P阱5、N+發射區6、BPSG層7以及正面金屬層8；具體的是：P阱5位于N型半導體襯底1中，N+發射區6位于P阱5中，柵氧化層3位于N型半導體襯底1表面和部分P阱5表面，多晶硅層4位于柵氧化層3表面，BPSG層7位于多晶硅層4表面，正面金屬層8位于BPSG層7、P阱5和N+發射區6表面；d.清洗并翻轉硅片，去除支撐襯底11；E.刻蝕外延緩沖層(Nbuffer)至5um；f.在減薄后的外延緩沖層外表面做B注入9劑量為7E14，并淀積金屬10形成集電極。本實施例最終形成的IGBT結構如圖2所示，通過tsuprem4+medici仿真并與相同耐壓下的NPT-IGBT比較其漏電流特性，如圖12所示，發現1400V下使用該方法制造的FS-IGBT的漏電流為0.48uA/cm2，其而NPT-IGBT漏電流為2.16uA/cm2可以看出FS-IGBT具有更好的關態損耗，即具有更好的溫度特性，其正向導通特性也優于同等情況下的NPT-IGBT。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種FS?IGBT的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：a.在一塊N型半導體襯底(1)上外延形成N型緩沖層(2)，形成的N型緩沖層(2)厚度約40um；b.在所形成的N+緩沖層(2)上通過硅硅直接鍵合工藝鍵合形成支撐襯底(11)；c.翻轉硅片，減薄后在表面上完成IGBT正面工藝：包括：形成柵氧化層(3)、多晶硅層(4)、P阱(5)、N+發射區(6)、BPSG層(7)以及正面金屬層(8)；d.清洗并翻轉硅片，去除支撐襯底(11)；e.刻蝕外延緩沖層(2)至需要的厚度；f.在減薄后的外延緩沖層(2)外表面做B注入(9)并淀積金屬(10)形成集電極。

【技術特征摘要】
1.一種FS-IGBT的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：a.在一塊N型半導體襯底(1)上外延形成N型緩沖層(2)，形成的N型緩沖層(2)厚度約40um；b.在所形成的N+緩沖層(2)上通過硅硅直接鍵合工藝鍵合形成支撐襯底(11)；c.翻轉硅片，減薄后在表面上完成IGBT正...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳萬軍，劉亞偉，陶宏，劉承芳，劉杰，張波，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川,51