專利名稱：一種用于制造大功率器件的半導體襯底的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓大功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導體襯底的制造方法，特 別涉及一種用于制造大功率器件的半導體襯底的制造方法。
背景技術(shù)：
功率半導體器件是不斷發(fā)展的功率-電子系統(tǒng)的內(nèi)在驅(qū)動力，尤其是在節(jié)約能 源、動態(tài)控制、噪聲減少等方面，有著不可替代的功效。功率半導體主要應(yīng)用于對能源與負 載之間能量傳遞的控制，擁有精度高、速度快和功耗低的特點。最近20年來，功率器件及其 封裝技術(shù)迅猛發(fā)展，尤其是功率MOS晶體管，以其輸入阻抗高、關(guān)斷時間短等優(yōu)越的特性， 在許多應(yīng)用領(lǐng)域中取代了傳統(tǒng)的雙極型晶體管。如今的功率MOS晶體管主要有溝槽型MOS 晶體管(UM0SFET)和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等類型。IGBT是由BJT(雙極型三極管)和MOS晶體管組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率 半導體器件。一種N溝道增強型IGBT器件的結(jié)構(gòu)如圖1所示，η型源區(qū)104a、104b分別形 成在P型基區(qū)(亞溝道區(qū))103a、10 之中，柵疊層區(qū)110包括柵介質(zhì)層105和柵電極106， 柵介質(zhì)層105比如為二氧化硅，柵電極106比如為摻雜的多晶硅。器件工作時的溝道區(qū)域 在緊靠柵疊層區(qū)110邊界的襯底表面形成。η型漂移區(qū)102形成在η型漏區(qū)101之上，在 漏區(qū)101另一側(cè)的ρ+區(qū)100稱為漏注入?yún)^(qū)，它是IGBT特有的功能區(qū)，與漏區(qū)和亞溝道區(qū) 一起形成PNP雙極晶體管，起發(fā)射極的作用，向漏區(qū)注入空穴，進行導電調(diào)制，以降低器件 的通態(tài)電壓。IGBT的開關(guān)作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給PNP晶體管提供基極電 流，使IGBT導通，反之，加反向柵極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT關(guān)斷。IGBT兼 有MOSFET的高輸入阻抗和GTR(Giant Transistor,電力晶體管)的低導通壓降兩方面的 優(yōu)點，非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)，如交流電機、變頻器、開關(guān)電 源、照明電路、牽引傳動裝置等。目前，主流的IGBT器件需要以區(qū)熔硅材料作為襯底，而區(qū)熔硅襯底材料的價格昂 貴。而且，在現(xiàn)有技術(shù)制造IGBT器件時，需要進行背面離子注入與低溫退火工藝，容易對正 面金屬造成損傷，同時還需要對背面進行復(fù)雜的減薄工藝，容易損壞硅片。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種新型的用于制造IGBT器件的半導體襯底 制造方法，以避免在制造IGBT器件時進行的背面離子注入與低溫退火工藝、以及背面的減 薄工藝，簡化IGBT器件的加工制程，提高生產(chǎn)良率。本發(fā)明提出的用于制造大功率器件的半導體襯底制造方法，是采用區(qū)熔硅片與高 摻雜直拉硅片進行鍵合形成半導體襯底的加工方法，具體步驟包括第一步加工出所需要的區(qū)熔硅片，其工藝過程為 提供一個具有第一種摻雜類型的區(qū)熔硅襯底； 進行氫離子(H+)注入并退火，形成H層；進行離子注入，形成具有第一種摻雜類型的緩沖層；進行離子注入，形成具有第二種摻雜類型的高濃度摻雜區(qū)；形成第一層絕緣薄膜，形成第一層光刻膠；掩膜、曝光、刻蝕形成開口 ；剝除第一層光刻膠；形成一層擴散阻擋層。進一步地，所述的第一層絕緣薄膜為氧化硅或者為氮化硅。所述的擴散阻擋層為 TaN、TiN、Ta/TaN復(fù)合層或者為Ti/TiN復(fù)合層，其厚度范圍為10-50納米。所述的第一種摻 雜類型為η型摻雜，第二種摻雜類型為ρ型摻雜；或者所述的第一種摻雜類型為P型摻雜， 第二種摻雜類型為η型摻雜。第二步加工出所需要的高摻雜直拉硅片，其工藝過程為 提供一個具有第一種摻雜類型的高摻雜直拉硅襯底； 形成一層擴散阻擋層；形成一層金屬； 形成第一層光刻膠； 掩膜、曝光、刻蝕形成金屬島； 剝除第一層光刻膠。進一步地，所述的第一種摻雜類型為ρ型摻雜或者為η型摻雜。所述的擴散阻擋 層為TaN、TiN、Ta/TaN復(fù)合層或者為Ti/TiN復(fù)合層，其厚度范圍為10-50納米。所述的金 屬為W、Ti、Ta、TiN或TaN等耐高溫金屬材料。第三步將第一步中形成的區(qū)熔硅片倒扣后與第二步中形成的高摻雜直拉硅片進 行鍵合，然后剝除區(qū)熔硅片中的H層以及H層以上的區(qū)熔硅片部分。需要注意的是，高摻雜直拉硅片中的金屬島結(jié)構(gòu)需與區(qū)熔硅片中形成的凹槽結(jié)構(gòu) 相匹配，以保證兩種硅片鍵合后無縫隙。本發(fā)明所提出的采用區(qū)熔硅片與高摻雜直拉硅片進行鍵合形成半導體襯底的優(yōu) 占是·1、將區(qū)熔硅片和高摻雜直拉硅片進行鍵合，鍵合后的區(qū)熔硅片用于制備IGBT器件，高 摻雜直拉硅片作為低阻的背部接觸，這樣所需要的區(qū)熔硅的量減少，一片區(qū)熔硅可以形成 多片鍵合的復(fù)合硅片，降低了生產(chǎn)成本。2、由于鍵合前的區(qū)熔硅片的正面在鍵合后成為IGBT器件的背部電極，因此在鍵 合前對區(qū)熔硅片的正面進行離子注入，鍵合后不再需要進行背部的離子注入與低溫退火工 藝，簡化了加工制程。3、采用耐高溫金屬作為硅片鍵合時兩片硅片中間的媒介，可以省去背部金屬化的 工藝，提高生產(chǎn)良率。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種N溝道增強型IGBT器件的剖面圖。圖加至圖2d為本發(fā)明提供的一種制備區(qū)熔硅片的實施例工藝流程圖。4
圖3a至圖3c為本發(fā)明提供的一種制備高摻雜直拉硅片的實施例工藝流程圖。圖如至圖4b為本發(fā)明提出的采用區(qū)熔硅片與高摻雜直拉硅片進行鍵合的工藝流 程圖。圖fe至圖恥為采用本發(fā)明提供的半導體襯底制備IGBT器件的工藝流程圖。
具體實施例方式下面將參照附圖對本發(fā)明的示例性實施方式作詳細說明。在圖中，為了方便說明， 放大了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實際尺寸。盡管這些圖并不是完全準確的反映 出器件的實際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成結(jié)構(gòu)之間的相互位置，特別是 組成結(jié)構(gòu)之間的上下和相鄰關(guān)系。參考圖是本發(fā)明的理想化實施例的示意圖，本發(fā)明所示的實施例不應(yīng)該被認為僅 限于圖中所示區(qū)域的特定形狀，而是包括所得到的形狀，比如制造引起的偏差。同時在下面 的描述中，所使用的術(shù)語硅片和襯底可以理解為包括正在工藝加工中的半導體晶片，可能 包括在其上所制備的其它薄膜層。區(qū)熔硅片的制備首先，提供一個輕摻雜η型的區(qū)熔硅襯底201，如圖加所示。接下來，通過氫離子(H+) 注入在區(qū)熔硅襯底201內(nèi)形成H層202，H層202將區(qū)熔硅襯底201分割為201a和201b上 下兩個部分，如圖2b所示。接下來，通過η型離子注入形成η型緩沖層203，接著通過ρ型離子注入形成ρ型 摻雜區(qū)204，如圖2c所示。接下來，在區(qū)熔硅襯底201上淀積一層絕緣介質(zhì)205，絕緣介質(zhì)比如為氮化硅，然 后刻蝕氮化硅層205形成開口，接著再淀積一層擴散阻擋層206，擴散阻擋層206可以為 TaN, TaN, Ti/TaN復(fù)合層或者為Ti/TiN復(fù)合層。由于刻蝕氮化硅層205形成開口的緣故， 淀積擴散阻擋層206后會在區(qū)熔硅襯底201上形成一個凹槽207，如圖2d所示。這樣用于 制造本發(fā)明提出的半導體襯底所需要的區(qū)熔硅片結(jié)構(gòu)200便形成了。低阻硅片的制備首先，提供一個高摻雜P型的直拉硅襯底301，如圖3a所示。接下來，在硅襯底301上 淀積形成擴散阻擋層302，如圖北所示，擴散阻擋層302可以為TaN、TaN、Ti/TaN復(fù)合層或 者為Ti/TiN復(fù)合層。接下來，在擴散阻擋層302上淀積一層耐高溫金屬，比如為W、Ti、Ta、TaN或者為 TaN，然后刻蝕所形成的金屬層形成金屬島303，如圖3c所示。這樣用于制造本發(fā)明提出的 半導體襯底所需要的低阻硅片結(jié)構(gòu)300便形成了。需要注意的是，低阻硅片300中形成的金屬島303需與區(qū)熔硅片200中形成的凹 槽結(jié)構(gòu)207相匹配。用于制造大功率器件的半導體襯底的制備將所形成的區(qū)熔硅片200倒扣后與低阻硅片300鍵合，形成如圖如所示的結(jié)構(gòu)，其中， 低阻硅片300中的金屬島303恰好置于區(qū)熔硅片200中的凹槽207之中。接下來，剝除區(qū)熔硅襯底201中的襯底201b部分和H層202，然后采用CMP工藝將 其平坦化，如圖4b所示。這樣本發(fā)明提出的半導體襯底結(jié)構(gòu)400就形成了。
本發(fā)明所提出的半導體襯底非常適用于IGBT等大功率器件的制造，以下所敘述 的是采用本發(fā)明所提出的半導體襯底制備IGBT器件的工藝流程。
首先，在如圖4b所示的半導體襯底400上氧化形成二氧化硅層401，然后依次淀積 形成金屬層402和一層光刻膠，接著掩膜、曝光、刻蝕形成IGBT器件的柵極結(jié)構(gòu)，剝除光刻 膠后如圖如所示，其中，金屬層402比如為摻雜的多經(jīng)硅。接下來，通過離子注入工藝，形成IGBT器件的ρ型基區(qū)403a、403b，然后繼續(xù)通過 離子注入工藝在P型基區(qū)403a、403b中形成IGBT器件的源區(qū)4(Ma、404b，如圖5b所示。如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構(gòu)成許多有很大差別的 實施例。應(yīng)當理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體 實例。
權(quán)利要求
1.一種用于制造大功率器件的半導體襯底制造方法，其特征在于是采用區(qū)熔硅片與高 摻雜直拉硅片進行鍵合形成半導體襯底，具體步驟為第一步加工出所需要的區(qū)熔硅片，其過程為提供一個具有第一種摻雜類型的區(qū)熔硅襯底；進行氫離子(H+)注入并退火，形成H層；進行離子注入，形成具有第一種摻雜類型的緩沖層；進行離子注入，形成具有第二種摻雜類型的高濃度摻雜區(qū)；形成第一層絕緣薄膜，形成第一層光刻膠；掩膜、曝光、刻蝕形成開口 ；剝除第一層光刻膠；形成一層擴散阻擋層；第二步加工出所需要的高摻雜直拉硅片，其過程為提供一個具有第一種摻雜類型的高摻雜直拉硅襯底；形成一層擴散阻擋層；形成一層金屬；形成第一層光刻膠；掩膜、曝光、刻蝕形成金屬島；剝除第一層光刻膠；第三步將第一步中形成的區(qū)熔硅片倒扣后與第二步中形成的高摻雜直拉硅片進行鍵 合，然后剝除區(qū)熔硅片中的H層以及H層以上的區(qū)熔硅片部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，第一步中所述的第一層絕緣薄膜為 氧化硅或者為氮化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，第一步中所述的擴散阻擋層為 TaN, TiN, Ta/TaN復(fù)合層或者為Ti/TiN復(fù)合層，其厚度范圍為10-50納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，第一步中所述的第一種摻雜類型 為η型摻雜，第二種摻雜類型為ρ型摻雜；或者，所述的第一種摻雜類型為ρ型摻雜，第二種 摻雜類型為η型摻雜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，第二步中所述的第一種摻雜類型為ρ 型摻雜或者為η型摻雜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，第二步中所述的擴散阻擋層為TaN、 TiN、Ta/TaN復(fù)合層或者為Ti/TiN復(fù)合層，其厚度范圍為10-50納米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，第二步中所述的金屬為W、Ti、Ta、TiN 或 I^aN。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述低阻硅片中的金屬島結(jié)構(gòu)與所 述區(qū)熔硅片中形成的凹槽結(jié)構(gòu)相匹配，鍵合后無縫隙。
全文摘要
本發(fā)明屬于高壓大功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于制造大功率器件的半導體襯底的制造方法。該方法先對區(qū)熔硅片的正面進行離子注入，然后采用耐高溫金屬作為中間媒介將倒扣后的區(qū)熔硅片和高摻雜直拉硅片進行鍵合形成半導體襯底。鍵合后，區(qū)熔硅片用于制備IGBT器件，高摻雜直拉硅片作為低阻的背部接觸，可以減少區(qū)熔硅片的用量，降低生產(chǎn)成本。同時，鍵合后不再需要進行背部的金屬化工序，簡化了加工制程，提高了生產(chǎn)良率。
文檔編號H01L21/60GK102054690SQ20101055263
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者張衛(wèi), 林曦, 王鵬飛 申請人:復(fù)旦大學