[发明专利]一种半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

新型半导体功率器件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极性晶体管）具有导通损耗低、开关速度快等优点，在中高压高频领域有着广泛的应用。传统IGBT有PT（Punch Through，穿通型）、NPT（Non Punch Through，非穿通型）、FS（Trench Field Stop，场终止型）等等。

制作PT型IGBT一般是在P型重掺杂的衬底上外延中掺杂的N型缓冲层(N-buffer)和低掺杂的N型耐压层（N-），因器件耐压的大小与N型耐压层的厚度成一定的正比例关系，但由于外延技术的特点，过厚的外延生长缓慢，成本昂贵，而且随着外延的进一步生长，其一致性也逐渐变差，缺陷明显增多，这就决定了PT型的外延厚度很难超过120um以上，因此，PT型IGBT的耐压很难高于1200V以上，只适用于低压领域，而且由于背面厚的重掺杂P区，导致背注效应很强，关断损耗非常大，必须采用载流子寿命控制技术，以减少关断损耗，但采用寿命控制技术后，器件的导通压降变为负温度系数，不利于并联使用，漏电流也增大。

制作NPT型IGBT一般采用均匀低掺杂的N型衬底（N-），厚度约600um左右，先制作正面结构，再减薄衬底，然后在背面形成浅（不到1um）的P型掺杂区，这种技术可以根据不同的耐压级别设计不同的减薄剩余厚度，在高中低压领域都适用，但由于NPT型技术的特点，承受耐压时耗尽层不能完全将耐压层耗尽，故器件厚度较厚，导通损耗和关断损耗都比较大。

制作FS型IGBT一般采用均匀低掺杂的N型衬底（N-），厚度约为600um左右，先进行正面工艺，然后减薄衬底，在背面形成较深（约几um到十几um）的N型场终止层和浅（不到1um）的P型区。FS技术由于采用的场终止层，可以将电场截止掉，所以，承受耐压时，耗尽层可以完全耗尽N-层，与NPT相比，减薄后的厚度可以进一步减小，导通损耗可关断损耗更小。与NPT一样，在高低压领域都能广泛应用。但是由于电场的迅速截止，器件的鲁棒性存在隐患。

为优化上述传统IGBT的特性，现有技术中提供了一种SPT（Soft Punch Through，软穿通）型的技术，该技术采用均匀低掺杂的N型衬底，先在背面进行N型扩散，在衬底内形成一个浓度缓变的N型深扩散区（扩散片衬底），再在衬底的另一侧完成IGBT的正面工艺，然后再减薄背面，根据器件特性，保留一定厚度的N型缓变扩散区，再形成浅P掺杂区。这一技术利用缓变的N型扩散区来截止电场，可以使耗尽层完全耗尽低掺杂的N型耐压层，而且由于扩撒区浓度缓变，电场不是迅速截止，改善了器件的鲁棒性。但该方法存在一定不足：根据上述SPT技术的特点，首先是在均匀低掺杂的N型衬底的背面进行深N区扩散，根据扩散工艺的原理，当结深很深时，再往衬底内扩散杂质非常困难，所以，一般该扩散区最大深度约250um左右。而在中低压器件领域（低于1700V），往往要求器件N型耐压层的厚度低于150um，因此，原始衬底的厚度就必须低于250um+150um=400um，而400um以下的晶圆厚度在制作IGBT正面工艺时，非常困难，极易破片，通过改造设备，可以使IGBT正面工艺可操作的晶圆厚度下降到360um，但是，费用非常昂贵，且对于360um以下的晶圆厚度仍然无法生产，因此，SPT型IGBT虽然有很好的特性，但在中低压领域存在应用限制。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种简便易行、应用范围广、灵活性好的半导体结构形成方法。本发明的另一个目的在于提出一种扩散层较薄、掺杂质量较好、应用范围广的半导体结构。

根据本发明实施例的半导体结构形成方法，包括以下步骤：A.提供衬底；B.对所述衬底的背面进行掺杂；C.在所述衬底的背面形成衬垫层；D.在所述衬底的正面制作正面结构；E.去除所述衬垫层及减薄所述衬底，以暴露出所述衬底的背面；以及F.在所述衬底的背面制作背面结构。

在本发明的一个实施例中，所述衬底与所述衬垫层的初始厚度之和为400-700微米。

在本发明的一个实施例中，通过外延或者键合在所述衬底的背面形成衬垫层。

在本发明的一个实施例中，通过外延方法形成的所述衬垫层时，所述衬底的初始厚度为300-400微米，所述衬垫层的厚度小于100微米。