[发明专利]一种非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制作工艺，特别是关于一种用于提高非穿通型绝缘栅双极 晶体管(NPT IGBT)晶背收集极硼离子激活率的非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面 制作工艺。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种把金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)和双极 型三极管(BJT)技术集成起来的半导体功率器件，广泛应用于大功率电力电子技术中。 IGBT作为一种电压控制的MOS/双极复合型器件，同时具有双极结型功率晶体管和功率 金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的主要优点：输入阻抗高、输入驱动功率小、 导通电阻小、电流容量大以及开关速度快等。如图1所示，一个高压N沟道增强型IGBT 器件的工作原理为：当栅极b所加电压超过MOS阈值电压后，一方面会造成高压IGBT器 件的P基区1的表面掺杂特性反转形成N沟道，从而导通MOS管的N源极2和漏极N^-漂移区 3；另一方面，与集电极c相连的P掺杂层4在正向偏压作用下，P掺杂层4中的空穴会注 入到N漂移区3中。这些注入的空穴会对N^-漂移区3进行电导调制，可有效降低N^-漂移区 3的电阻，从而降低IGBT的导通电阻和导通电压。电导调制效应是IGBT最主要的特征， 也是IGBT区别于MOS功率管的本质所在。

在正向截止状态下，由P基区1和N^-漂移区3构成的PN结几乎承受了所有的漏源 电压。由于N^-漂移区3掺杂浓度小于P基区1，因此当正向漏源电压加大时此PN结耗 尽层将主要向N^-漂移区3中扩展。按照IGBT器件正向击穿时耗尽层是否穿透了N^-漂移 区3可将IGBT分成两大类：穿通型绝缘栅双极晶体管(PT IGBT)和非穿通型绝缘栅 双极晶体管(NPT IGBT)。PT IGBT一般采用P⁺衬底，用外延的方法在其上生长N^-漂移 区3。然而随着器件的耐压要求的大大提高，要求的N^-漂移区3更厚，以至于难以再 采用外延技术得以实现。而NPT IGBT则采用高电阻率的区熔单晶片代替外延片，在硅 片正面的相关工艺完成后对硅片背面进行减薄，之后通过背面离子注入(通常硼注入) 和退火的方法生成P掺杂层4。与PT IGBT相比，NPT IGBT具有耐压高、成本低及开 关特性好等优点。然而，NPT IGBT也有其重要的缺点，即它的导通电压偏高。这主要 是因为硅片正面已经完成铝金属化工艺，硅片背面硼离子注入后的温度受到限制(一 般不可超过550度)，这导致注入的硼离子不能被有效激活，大大减少了从P掺杂层4 注入到N^-漂移区3的空穴数量，从而削弱了N^-漂移区3中的电导调制效应，致使导通 电阻偏高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能有效提高硼离子激活率、降低N^-漂移 区导通电阻和导通电压的非穿通型绝缘栅双极晶体管薄片背面制作工艺。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种非穿通型绝缘栅双极晶体管薄 片背面制作工艺，其步骤如下：(1)将非穿通型绝缘栅双极晶体管硅片正面工艺进行 完毕；(2)采用砂轮研磨方式，从非穿通型绝缘栅双极晶体管硅片的背面，将硅片减 薄到厚度为80～250um之间，并去除应力；(3)在硅片背面注入硅离子、锗离子或二氟 化硼离子进行预非晶化处理；(4)硅片背面经所述步骤(3)预非晶化处理后，再注入 硼离子；(5)将硅片进行炉管低温退火；(6)采用溅射或蒸发工艺，在硅片背面生成 铝薄层，并做合金处理；(7)采用溅射或蒸发工艺，在硅片背面的铝薄层上，依次制 备钛、镍、银金属层。

所述步骤(3)中，注入所述硅离子或锗离子其中之一时，注入的剂量范围为2E15～ 2E16cm^-2，能量范围为40～200keV，注入角度为7°。

所述步骤(3)中，注入所述二氟化硼离子时，注入的剂量范围为1E15～5E15cm^-2， 能量范围为30～100keV，注入角度为7°。

所述步骤(4)中，所述硼离子的注入剂量范围为1E14～2E15cm^-2，能量范围为 30～100keV，注入角度为0～10°。