場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法。該方法依次具備下述步驟：形成第一襯底的第一襯底形成步驟；在所述第一襯底的背面形成終止層的終止層形成步驟；將所述第一襯底通過所述終止層與規(guī)定厚度的第二襯底利用直接鍵合方式鍵合在一起的鍵合步驟；將所述第一襯底的厚度減薄的減薄步驟；以及在所述第一襯底形成IGBT的正面結(jié)構(gòu)的正面結(jié)構(gòu)形成步驟；以所述終止層為重點(diǎn)去除所述第二襯底的第二襯底去除步驟；去除所述終止層的終止層去除步驟。根據(jù)本發(fā)明的上述方法，能與現(xiàn)有的常規(guī)工藝兼容，工藝簡單、效率高、無需專用的設(shè)備，能夠答復(fù)降低工藝成本。
【專利說明】場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，尤其涉及一種利用直接鍵合方式制造場中止型(Field Stop,簡稱為 FS 型)絕緣柵型雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,簡稱為IGBT)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT是由BJT (雙極型三極管)和M0S (絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有M0SFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；M0SFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。
[0003]在IGBT中，有一種可以有效降低產(chǎn)品的導(dǎo)通壓降和應(yīng)用溫度的FS (Field Stop,場中止)型IGBT。FS型IGBT的制備難點(diǎn)為背面N+緩沖層(即Field Stop層)的制備，現(xiàn)有制備方法有兩種:第一種，先利用注入或預(yù)擴(kuò)和高溫推阱制備背面N+緩沖層層之后再制備正面結(jié)構(gòu)工藝，對(duì)于低壓IGBT (1700V以下)正面結(jié)構(gòu)制備前就需要將圓片減薄到200um以下，這就要求生產(chǎn)線有薄片通線能力，因此需要專用的薄片流通設(shè)備；第二種，先完成正面結(jié)構(gòu)制備再完成背面礦緩沖層，而這需要專用的高能離子注入設(shè)備或特殊元素注入，這種設(shè)備注入能量高達(dá)f 8Mev。
[0004]不論上述哪種方式都需要價(jià)格高昂的專用設(shè)備，增加了 FS型IGBT的工藝制造成本。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明鑒于上述問題提出一種無需專用的制備設(shè)備、能夠與常規(guī)工藝兼容且工藝簡單的制造場中止型絕緣柵型雙極晶體管(即，F(xiàn)S型IGBT)的制造方法。
[0007]本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，依次具備下述步驟:
形成第一襯底的第一襯底形成步驟；
在所述第一襯底的背面形成終止層的終止層形成步驟；
將所述第一襯底通過所述終止層與規(guī)定厚度的第二襯底利用直接鍵合方式鍵合在一起的鍵合步驟；
將所述第一襯底的厚度減薄的減薄步驟；以及
在所述第一襯底形成IGBT的正面結(jié)構(gòu)的正面結(jié)構(gòu)形成步驟；
以所述終止層為重點(diǎn)去除所述第二襯底的第二襯底去除步驟；
去除所述終止層的終止層去除步驟。
[0008]優(yōu)選地，在所述鍵合步驟中，所采用的第二襯底的規(guī)定厚度為使得在所述減薄步驟之后的所述第一襯底、所述第二襯底、所述終止層的厚度總和為常規(guī)的硅片厚度。[0009]優(yōu)選地，所述常規(guī)的硅片厚度為100?800 μ m。
[0010]優(yōu)選地，所述第一襯底形成步驟依次包括下述步驟:
在第一導(dǎo)電類型的襯底背面形成第一導(dǎo)電類型的漂移層；
在所述第一導(dǎo)電類型的漂移層下表面形成第一導(dǎo)電類型層；以及在第一導(dǎo)電類型層的下表面形成第二導(dǎo)電類型層。
[0011]優(yōu)選地，在所述第二襯底去除步驟中依次包括下述步驟:
將所述第二襯底減薄；
利用濕法腐蝕所述第二襯底，腐蝕停止到所述終止層為止。
[0012]優(yōu)選地，在所述終止層形成步驟中，利用熱氧化或者CVD淀積等的方式形成終止層。
[0013]優(yōu)選地，在所述終止層形成步驟中，形成厚度為200?50000A的終止層。
[0014]優(yōu)選地，在所述減薄步驟中，將所述第一導(dǎo)電類型的漂移層(101)減薄到10?600 μ m0
[0015]優(yōu)選地，在所述終止層去除步驟中，利用濕法腐蝕去除所述終止層。
[0016]優(yōu)選地，所述終止層是氧化物層，所述第一導(dǎo)電類型是N型，所述第二導(dǎo)電類型是P型。
[0017]根據(jù)上述本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，通過采用直接鍵合方式(SDB)制造FS型IGBT，鍵合的硅片厚度與常規(guī)的硅片厚度一致，因此，能夠與現(xiàn)有的常規(guī)工藝兼容，不需要薄片設(shè)備就能夠采用常規(guī)產(chǎn)品的工藝線來制造超薄的FS型的IGBT，具有工藝簡單、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1、圖2、圖3表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中形成第一襯底100的不意圖。
[0019]圖4是表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中形成了終止層200的示意圖。
[0020]圖5是表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中形成了第二襯底300的示意圖。
[0021]圖6是表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中對(duì)第一襯底100中的第一導(dǎo)電類型的漂移層101進(jìn)行了減薄處理后的示意圖。
[0022]圖7是表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中在第一襯底100形成IGBT正面結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0023]圖8是表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中去除了第二襯底200后的示意圖。
[0024]圖9是表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中去除了終止層300后的不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面介紹的是本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中的一些，旨在提供對(duì)本發(fā)明的基本了解。并不旨在確認(rèn)本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性的要素或限定所要保護(hù)的范圍。[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0027]圖1、圖2、圖3表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中形成第一襯底100的示意圖。圖4是表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中形成了終止層200的示意圖。圖5是表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中形成了第二襯底300的示意圖。圖6是表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中對(duì)第一襯底100中的第一導(dǎo)電類型的漂移層101進(jìn)行了減薄處理后的示意圖。圖7是表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中在第一襯底100形成IGBT正面結(jié)構(gòu)的示意圖。圖8是表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中去除了第二襯底200后的示意圖。圖9是表示本發(fā)明實(shí)施例的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法中去除了終止層300后的示意圖。
[0028]下面參照?qǐng)D1~圖9對(duì)于本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法進(jìn)行具體說明。
[0029]第一步:如圖1所示，對(duì)形成有第一導(dǎo)電類型的漂移層101的硅片進(jìn)行注入或預(yù)擴(kuò)，制備下述的第一導(dǎo)電類型層102。在本實(shí)施方式中，第一導(dǎo)電類型的漂移層101為N—漂移層，102為N+層。在注入過程中可以通過注入P或As等來制備作為第一導(dǎo)電類型層102
的N+層。
[0030]第二步:如圖2所示在完成圖1所示的第一步后，對(duì)硅片進(jìn)行推阱，控制推阱溫度及時(shí)間制備出厚度符合需求的第一導(dǎo)電類型層102，在本實(shí)施方式中為N+層，N+層作為FS型IGBT的電場截止層。
[0031]第三步:如圖3所示，在硅片的背面，即第一導(dǎo)電類型層102的下表面形成集電極層103。在本實(shí)施方式中，集電極層103是P+層，它作為IGBT的集電極。形成集電極層103的方式有例如注入方式或是擴(kuò)散方式。在本發(fā)明中將形成有第一導(dǎo)電類型的漂移層101、第一導(dǎo)電類型層102、集電極層103的娃片稱作為第一襯底100。
[0032]第四步:如圖4所示，在第一襯底100的背面，即集電極層103的下表面形成終止層200。在本發(fā)明中，作為終止層200，利用熱氧化或是CVD淀積方式形成一層氧化物層。終止層200的厚度可以設(shè)計(jì)為200-50000Α，但對(duì)此不做限定，可以按實(shí)際需求來設(shè)計(jì)其厚度。在本發(fā)明中，由氧化物構(gòu)成的終止層200將在后續(xù)的第八步中作為去除下述的第二襯底300時(shí)的腐蝕停止終點(diǎn)，利用該終止層200能夠準(zhǔn)確地控制腐蝕減薄的厚度。
[0033]第五步:如圖5所示，利用直接鍵合方式(Silicon Direct Bonding,簡稱SDB)把第一襯底100和第二襯底300鍵合在一起。這里，第二襯底300的厚度設(shè)計(jì)為，要使得在下述的第六步完成后的整個(gè)硅片的厚度為常規(guī)硅片的厚度(這里的常規(guī)硅片是指一般的硅片，非超薄的硅片，例如，常規(guī)的硅片厚度為100~800 μ m)。這是因?yàn)槌〉腇S型IGBT相比于一般的IGBT，其硅片的厚度是超薄的，因此一般制造FS型IGBT是需要特殊的薄片設(shè)備才能完成，而在本發(fā)明中通過鍵合第二襯底300，能夠暫時(shí)將較薄的第一襯底100變換成較厚的硅片，這樣，就能夠利用一般厚片(常規(guī)硅片)的制造設(shè)備來制造超薄型的IGBT，而不需要另行采用薄片設(shè)備，因此，具有能夠與現(xiàn)有的常規(guī)工藝兼容、降低生產(chǎn)成本的優(yōu)點(diǎn)。
[0034]直接鍵合方式是指兩硅片通過高溫處理直接鍵合在一起，不需要任何粘結(jié)劑和外加電場、工藝簡單，這種鍵合技術(shù)也稱為硅-硅直接鍵合。
[0035]直接鍵合的工藝如下:
(1)將兩枚襯底(在本發(fā)明中是形成有終止層200的第一襯底100以及第二襯底300)經(jīng)含0H的溶液浸泡處理；
(2)在室溫下將兩枚襯底貼合在一起；
(3)將貼合好的兩枚襯底在氧氣或氮?dú)猸h(huán)境中經(jīng)數(shù)小時(shí)的高溫處理，這樣就形成了良好的鍵合。
[0036]直接鍵合的機(jī)理可用三個(gè)階段的鍵合過程加以描述。
[0037]第一階段，從室溫到200° C，兩襯底的硅片表面吸附0H團(tuán)，在相互接觸區(qū)產(chǎn)生氫鍵。在200° C時(shí)，形成氫鍵的兩硅片的硅醇鍵之間發(fā)生聚合反應(yīng)，產(chǎn)生水及硅氧鍵，SP
S1-0H+H0-Si — S1-0-Si+H20。
[0038]到400° C時(shí)，聚合反應(yīng)基本完成。
[0039]第二階段溫度在50(T800° C范圍內(nèi)，在形成硅氧鍵時(shí)產(chǎn)生的水向Si02中的擴(kuò)散不明顯，而0H團(tuán)可以破壞橋接氧原子的一個(gè)鍵使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉菢蚪友踉樱?
H0H+S1-0-Si=2 +2Si_ 。
[0040]第三階段，溫度高于800° C后，水向Si02中擴(kuò)散變得顯著，而且隨溫度的升高擴(kuò)散量成指數(shù)增大。鍵合界面的空洞和間隙處的水分子可在高溫下擴(kuò)散進(jìn)入四周Si02中，從而產(chǎn)生局部真空，這樣硅片會(huì)發(fā)生塑性變形使空洞消除。同時(shí)，此溫度下的Si02粘度降低，會(huì)發(fā)生粘滯流動(dòng)，從而消除了微間隙。超過1000° C時(shí)，鄰近原子間相互反應(yīng)產(chǎn)生共價(jià)鍵，使鍵合得以完成。
[0041]另外，在一般的直接鍵合工藝中，要求對(duì)兩枚鍵合襯底的鍵合面做平整化處理以保證在鍵合面不會(huì)產(chǎn)生空洞、凹凸等問題。而在本發(fā)明中，由于形成有終止層200 (即氧化層)，在直接鍵合時(shí)，該氧化層能夠作為隔離層降低第二襯底層的雜質(zhì)離子、鍵合時(shí)產(chǎn)生空洞及缺陷等對(duì)第一導(dǎo)電類型層102的影響，因此，通過設(shè)置終止層200，降低了對(duì)直接鍵合的工藝要求，簡化了工藝步驟。
[0042]第六步:如圖6所示，在直接鍵合之后，對(duì)第一導(dǎo)電類型的漂移層101進(jìn)行減薄，減薄到設(shè)計(jì)FS型IGBT所需要的厚度，例如10?600 μ m。然后，對(duì)該減薄后的第一導(dǎo)電類型的漂移層101進(jìn)行CMP平坦化，以方便在第一襯底100正面制備IGBT的正面結(jié)構(gòu)。
[0043]第七步:在硅片的正面制備IGBT的正面結(jié)構(gòu)。作為IGBT的正面結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例，如圖7所示IGBT的正面結(jié)構(gòu)從下至上包括:Pbody 401、N +層402、柵極氧化層403、柵電極poly層404、介質(zhì)層405以及金屬層406。
[0044]第八步:在形成了 IGBT的正面結(jié)構(gòu)之后，如圖8所示，去除第二襯底300。去除第二襯底300的具體步驟包括:先將第二襯底300的厚度減??；再將厚度減薄后的第二襯底300用濕法腐蝕方式進(jìn)行去除。在用濕法腐蝕方式去除的第二襯底300的過程中，以終止層200為腐蝕終點(diǎn)，使得腐蝕停止于該終止層，由此，能夠精確地去除全部的第二襯底300，因此，能夠利用終止層200準(zhǔn)確地控制腐蝕的厚度。
[0045]第九步:在去除了第二襯底300之后，如圖9所示，利用濕法腐蝕去除背面的終止層200，從而得到完成的FS型IGBT。
[0046]另外，在本實(shí)施方式中，第一導(dǎo)電類型是N型，第二導(dǎo)電類型是P型，作為其他變換實(shí)施方式，也可以是第一導(dǎo)電類型是P型，第二導(dǎo)電類型是N型。
[0047]根據(jù)上述本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，通過采用直接鍵合方式制造FS型IGBT，在制造過程中鍵合之后的硅片厚度與常規(guī)的硅片厚度一致，因此，能夠與現(xiàn)有的常規(guī)工藝兼容，不需要薄片設(shè)備就能夠采用常規(guī)產(chǎn)品的工藝線來制造超薄的FS型的IGBT。而且，通過形成終止層200，能夠準(zhǔn)確地控制減薄腐蝕的厚度，該終止層200在直接鍵合方式中能夠作為隔離層防止鍵合的界面態(tài)、空洞、雜質(zhì)離子對(duì)第一導(dǎo)電類型層102的負(fù)面影響，并且能夠降低直接鍵合中對(duì)需要鍵合的硅片的鍵合面的要求?；谝陨蟽?nèi)容，本發(fā)明的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法具有工藝簡單、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0048]以上例子主要說明了本發(fā)明利用直接鍵合方式制造FS型IGBT的制造方法。盡管只對(duì)其中一些本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實(shí)施。因此，所展示的例子與實(shí)施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。
【權(quán)利要求】
1.一種場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，依次具備下述步驟:形成第一襯底(100)的第一襯底形成步驟；在所述第一襯底(100)的背面形成終止層(200)的終止層形成步驟；將所述第一襯底(100)通過所述終止層(200)與規(guī)定厚度的第二襯底(300)利用直接鍵合方式鍵合在一起的鍵合步驟；將所述第一襯底(100)的厚度減薄的減薄步驟；以及在所述第一襯底(100)形成IGBT的正面結(jié)構(gòu)的正面結(jié)構(gòu)形成步驟；以所述終止層(200)為重點(diǎn)去除所述第二襯底(200)的第二襯底去除步驟；去除所述終止層(200)的終止層去除步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，在所述鍵合步驟中，所采用的第二襯底的規(guī)定厚度為使得在所述減薄步驟之后的所述第一襯底、所述第二襯底、所述終止層的厚度總和為常規(guī)的硅片厚度。
3.如權(quán)利要求2所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述常規(guī)的硅片厚度為100?800 μ m。
4.如權(quán)利要求2所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述第一襯底形成步驟依次包括下述步驟:在第一導(dǎo)電類型的襯底背面形成第一導(dǎo)電類型的漂移層(101);在所述第一導(dǎo)電類型的漂移層下表面形成第一導(dǎo)電類型層(102 );以及在第一導(dǎo)電類型層的下表面形成第二導(dǎo)電類型層(103)。
5.如權(quán)利要求2所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，在所述第二襯底去除步驟中依次包括下述步驟:將所述第二襯底減??；利用濕法腐蝕所述第二襯底，腐蝕停止到所述終止層為止。
6.如權(quán)利要求2所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，在所述終止層形成步驟中，利用熱氧化或者CVD淀積的方式形成終止層。
7.如權(quán)利要求2所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，在所述終止層形成步驟中，形成厚度為200?50000A的終止層。
8.如權(quán)利要求2所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，在所述減薄步驟中，將所述第一導(dǎo)電類型的漂移層(101)減薄到10?600 μ m。
9.如權(quán)利要求2所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，在所述終止層去除步驟中，利用濕法腐蝕去除所述終止層。
10.如權(quán)利要求1?9中任意一項(xiàng)所述的場中止型絕緣柵型雙極晶體管的制造方法，其特征在于，所述終止層(200)是氧化物層，所述第一導(dǎo)電類型是N型，所述第二導(dǎo)電類型是P型。
【文檔編號(hào)】H01L21/331GK103700589SQ201210368538
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】黃璇, 王根毅, 鄧小社 申請(qǐng)人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司