一种低压IGBT薄型晶体芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低压IGBT薄型晶体芯片，它包括如下步骤：1）在N-型硅单晶片的表面进行锑扩散，获得N+N-N+型硅扩散片。2）对N+N-N+型硅扩散片正面研磨抛光，除去正面N+锑扩散层，获得N-N+型硅扩散抛光片；3）以制造IGBT沟道本体区和发射区常规工艺，在N-N+ 型硅扩散抛光片的N-面扩散入硼和磷两种杂质，得到N+P+N+型硅扩散片；4）研磨减薄硅扩散片背面，获得N+P+N型硅扩散薄片；5）在N+P+N型硅扩散薄片的背面N层注入P型硼离子，得到N+P+NP+结构的IGBT薄型晶体芯片。本实用新型专利技术改进IGBT薄型晶体芯片加工技术，降低器件的导通电阻，提高产品性价比，具有显著的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
—种低压IGBT薄型晶体芯片
本技术涉及半导体器件的制造，尤其涉及一种低压IGBT薄型晶体芯片。
技术介绍
IGBT (Insulated Gate Biplar Transistor)绝缘栅双极型晶体管是当今功能卓越的半导体功率器件，兼有Power MOSFET (功率场效应晶体管)的电压控制、低驱动功率、高工作频率和BJT (双极结型晶体管)的垂直导电高电流密度之诸多优点，广泛应用于电机控制、轨道交通、智能电网、新能源电动汽车等领域。 图1为当前传统的非穿通型NPT-1GBT器件的结构简图，K为阴极，。G为栅极，A为阳极，其纵向为N+P+N_P+型结构，直接采用『型硅单晶片通过IGBT的常规工艺制成的，具体步骤如下: N—型硅单晶片抛光，氧化、光刻，P+型硼扩散(形成沟道本体区)，栅极多晶硅生长、光刻，N+型磷扩散(形成阴极K)，硅片背面(N _)研磨减薄，硅片背面硼离子注入、退火，表面金属化、形成阳极A，获得晶体芯片。 此传统的非穿通型NPT-1GBT器件的优点是原材料硅单晶片成本低(与原材料N_N+型硅外延片相比)，而突出的缺点是器件的导通电阻大，导致导通压降和功耗大，为提高IGBT的电流能力和降低功率损耗，必须尽量减小器件的导通电阻。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种低压IGBT薄型晶体芯片。 低压IGBT薄型晶体芯片:第一 P+型硼扩散层、N型锑扩散层、第二 P+型硼扩散层、N+型磷扩散层顺次叠加，N +型磷扩散层与阴极K相连，第一 P +型硼扩散层与阳极A相连。 本技术针对NPT-1GBT器件存在N—硅本征层被过厚致导通电阻大的问题，采取两步做法进行解决，第一步是用N型锑扩散层取代N—娃单晶层，提出N+P+NP+型低压IGBT结构，显著降低器件的导通电阻，第二步是使用新型有机粘结剂研磨硅片实现硅薄片加工，减小晶体芯片厚度，进一步降低器件的导通电阻，有效地提高产品性价比。本技术的新型有机粘剂用于硅片研磨减薄加工，不仅操作安全简便，节约化学清洗试剂，降低生产成本和高效率，更重要的是将超薄硅片加工技术成功推进一大步。 【附图说明】 图1是传统的NPT-1GBT非穿通型结构示意图； 图2是低压IGBT薄型晶体芯片结构不意图； 图3是本技术的N+P+NP+型IGBT结构的杂质分布示意图。 【具体实施方式】 低压IGBT薄型晶体芯片:第一 P+型硼扩散层、N型锑扩散层、第二 P+型硼扩散层、N+型磷扩散层顺次叠加，N +型磷扩散层与阴极K相连，第一 P +型硼扩散层与阳极A相连。 低压IGBT薄型晶体芯片及其制备方法的步骤如下: I)在每张N_型硅单晶片的背面贴上锑固态纸源，高温下进行锑在硅中的扩散，获得N+N_N+型硅扩散片，锑扩散温度为1280-1285°C，扩散时间为180-200小时； 2)对N+N_N+型硅扩散片正面进行研磨抛光，除去正面N +锑扩散层，获得N _N+型硅扩散抛光片； 3)利用制造IGBT器件沟道本体区和发射区标准工艺，在N_N+型硅扩散抛光片的正面N_层先后分别扩散入P +型硼和N +型磷两种杂质，得到N +P+N+型硅扩散片； 4)通过专用有机粘结剂，把N+P+N+型硅扩散片的正面粘贴到磨片承载盘上； 5)研磨减薄N+P+N+型硅扩散片的背面，去除背面N +锑扩散区杂质高浓度层部分，获得N+P+N型硅扩散薄片； 6)在N+P+N型硅扩散薄片的背面N区注入P型硼离子，经退火和金属化后得到N+P+NP+结构IGBT薄型晶体芯片。 所述步骤4)中的专用有机粘结剂的组成为:麦芽糖:葡萄糖=(2-4): I 本技术的低压IGBT薄型晶体芯片产品采用了图2所示的N+P+NP+型IGBT新式结构，以杂质浓度分布平缓的锑扩散N层取代原N_硅单晶层，由于锑扩散N层是在N _硅单晶层的基础上通过扩散入半导体杂质来形成，其体内杂质浓度大大超过N_硅单晶原掺杂水平，使器件体电阻大大下降，因而达到显著降低器件导通电阻的目的，由此既消除了NPT-1GBT器件导通电阻大之缺陷，又保持了硅单晶片原材料成本低之优点。特别要指出的是，虽然N区杂质总含量高，然而其扩散结头部附近的杂质分布平坦，具有接近N—娃基片的电阻率，因而仍能确保器件达到预定的反向耐压水平。 当前采用N_硅单晶片制造NPT-1GBT的工艺过程中，在获得P +型沟道本体区和N +型阴极区后，需研磨减薄N+P+N+型硅扩散片的背面，获得N +P+N型硅扩散薄片，然后注入P+型硼离子，形成阳极，制成N+P+NP+结构IGBT晶体芯片。晶体芯片厚度能否超薄，关键在硅片研磨减薄工序。传统的方法是采用无机蜡作为粘结剂，当硅片被研磨到预定厚度后，需小心地从磨片承载盘上取下硅薄片，虽然有机蜡经加热熔化，但黏着力依然很强，难以避免硅片破损。本技术所提出的有机粘结剂，按麦芽糖(C12H22OH* H2O):葡萄糖(C6H12O6) =(2-4): I的组成配制，加热熔化后将待加工的硅片牢固贴到磨片承载盘上进行研磨，研磨减薄硅片结束后，一起浸没在热水中，经超声波振动30分钟后，有机粘剂便被热水充分稀释而失去粘性，使超薄硅片得以完好无损地与磨片承载盘分离。 有关N+P+NP+型IGBT新式结构的几个设计技术要点是: I)选用N_娃基片的电阻率。 N—娃基片的电阻率与N—娃片原始的掺杂浓度相关，N-的掺杂浓度越低，N区扩散结头部杂质浓度分布越呈平坦，相应的器件反向击穿电压越高。图3为N+P+NP+型IGBT新式结构的纵向杂质浓度分布简图。 结构内部PN结反向击穿电压BVpp与硅中掺杂浓度N D_之间的关系为: BVpp ^ 5.34X1013.Nd/374 这是 D.S.Kuo, andC.Hu 在 IEEE Electron DeviceLetters, 1986，7 (9)，pp.510-512的杂志论文中发表的经验计算公式，由杂质浓度即可推算及硅的电阻率。 2)选用扩散(电压)漂移N区的最大浓度。 根据器件耐压之要求，选留扩散(电压)漂移区内N型杂质最大浓度约为1016/cm3。 3)选用N区的厚度。 为确保IGBT器件耐压水平，N区厚度必不小于耗尽层扩展宽度,然而对于仅耐受百伏特上下低反向工作电压的IGBT来说，因受硅晶体芯片最小加工厚度之限制，N区的厚度往往留有足够裕量，此对于降低器件导通压降和功率损耗不利，当务之急必须改进硅薄片加工技术，减小晶体芯片厚度。 实施例1 I)在每张N—型硅单晶片的背面贴上锑固态纸源，高温下进行锑在硅中的扩散，获得N+N_N+型硅扩散片，锑扩散温度为1280°C，扩散时间为200小时； 2)对N+N_N+型硅扩散片正面进行研磨抛光，除去正面N +锑扩散层，获得N _N+型硅扩散抛光片； 3)利用制造IGBT器件沟道本体区和发射区标准工艺，在N_N+型硅扩散抛光片的正面N_层先后分别扩散入P +型硼和N +型磷两种杂质，得到N +P+N+型硅扩散片； 4)通过专用有机粘结剂，把N+P+N+型硅扩散片的正面粘贴到磨片承载盘上；专用有机粘结剂的组成为:麦芽糖:葡萄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低压IGBT薄型晶体芯片，其特征在于第一P+型硼扩散层、N型锑扩散层、第二P+型硼扩散层、N+型磷扩散层顺次叠加，N+型磷扩散层与阴极K相连，第一P+型硼扩散层与阳极A相连。

【技术特征摘要】
1.一种低压IGBT薄型晶体芯片，其特征在于第一 P +型硼扩散层、N型锑扩散层、第二P+型硼扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈福元，毛建军，胡煜涛，任亮，苏云清，
申请(专利权)人：杭州晶地半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33