一种硅片键合式IGBT器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种硅片键合式IGBT器件及其制作方法。该IGBT器件包括正面结构和背面结构，正面结构和背面结构实现在两片硅片上，两片硅片采用键合的方式构成完整一体的IGBT器件，两片硅片的键合接触面处均设有专门的接触面结构,接触面结构由金属接触层和终端结构组成，金属接触层位于中间位置，终端结构设于金属接触层四周对所述金属接触层进行保护。本发明专利技术提供了一种采用键合方式制作的IGBT器件及其制作方法，在将要键合的两片硅片上，分别制作终端结构和金属接触层，其中终端结构可以抑制漏电流和提高器件耐压，而两层金属层接触相接触，能够构成较好的键合，主要的空穴

【技术实现步骤摘要】
一种硅片键合式IGBT器件及其制作方法


[0001]本专利技术涉及电子器件领域，具体涉及一种硅片键合式IGBT器件及其制作方法。

技术介绍

[0002]IGBT(绝缘栅双极晶体管)是一种复合式的半导体功率器件，在电能控制和能源有效应用的领域有着广泛的应用。由于复合式的器件，需要对很薄的硅晶圆片的正反两面进行加工，所以工艺上的难度非常大，几乎所有的背面加工都要涉及到专用设备和专用工艺；其中的重点是器件背面、制作深N型场阻止区所需要的高能离子注入，该步骤及其后的退火，工艺难度都很大，设备也都昂贵。
[0003]为了回避加工制造上的难点，曾经提出过键合式IGBT的器件方案(英文简称为SDB-IGBT，即Silicon Direct Bonding-IGBT)，也就是分别在两片硅片上制作IGBT器件的正面和反面结构，然后将两片硅片键合起来，构成完整的IGBT。然而，由于此案是直接和简单的键合，两硅片的界面处并不涉及额外的器件结构，采用该方案所制备的IGBT电学性能比较差，因此只存在于理论研究及实验室中而无法够投入实用。
[0004]传统IGBT器件正面结构是N沟道MOS晶体管，背面结构为PN结(即，二极管)，两者构成复合式的器件。当MOS管导通时，电子流开始流动；在器件内部，电子流遇到来自下方二极管的空穴流，二者产生复合导致电子被大量消耗掉；于是会产生持续的电子需求量，形成MOS管持续通过大的电流；这是这种复合型器件比较紧要的工作原理，也就是说两个部分可以相互促进，形成正反馈，迅速形成大的电流通路。而传统的直接键合IGBT由于键合面质量不理想，总会存在各种各样的缺陷，导致较大的漏电流和器件耐压不足，所以很难得到实际的应用。
[0005]综上，如何提供一种硅片键合式IGBT器件，在回避传统IGBT中背面和薄片加工的难点并降低制造门槛和成本的基础上，从根本上提升键合式IGBT器件的性能，改善其应用的可靠性，并使其具备综合性优势，已经成为亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本专利技术的目的在于针对上述问题，提供一种采用键合方式制作的IGBT器件，其特征在于，包括正面结构1和背面结构8，其特征在于，正面结构1和背面结构8实现在两片硅片上，两片硅片采用键合的方式构成完整一体的IGBT器件，两片硅片的键合接触面处均设有专门的接触面结构,接触面结构由金属接触层3和终端结构组成，金属接触层3位于中间位置，终端结构设于金属接触层3四周对所述金属接触层3进行保护。
[0007]优选的，终端结构由P+掺杂的保护环4和SiO2氧化层9构成，金属接触层3和SiO2氧化层9均经过化学机械抛光，其表面之间平齐无台阶。
[0008]优选的，所述终端结构还包括场板结构，用于改善键合接触面的漏电特性。
[0009]优选的，两片硅片的键合接触面结构相互对位套准。
[0010]本专利技术的目的还在于提供一种采用键合方式制作的IGBT器件的制作方法，其步骤包括：
[0011]S1):制作IGBT器件的正面结构1
[0012]在硅片的正面制作VDMOS器件结构，即完成IGBT器件的正面结构1；
[0013]然后对该硅片的背面进行减薄，在其四周部分进行离子注入和激光退火，制作出终端保护环4；在其中心部分进行离子注入和激光退火，制作出N+薄层；沉积层厚为0.5μm的SiO2氧化层9作为保护；
[0014]对中心部分进行光刻和湿法腐蚀，去除其上的SiO2氧化层9，露出N+薄层表面；
[0015]对中心部分溅射金属Al，层厚为1.0μm，然后进行低温合金；
[0016]对该硅片的背面进行化学机械抛光，使得背面的SiO2氧化层9和金属接触层3的上表面平整对齐；
[0017]S2):制作IGBT器件的背面结构8
[0018]取一片重掺杂的P+硅片，在其正面进行低温外延，经过多次外延-掺杂，从下向上形成P+、N-、N+、N-的不同掺杂层结构，在外延结构生长完成后，按照步骤S1继续完成制作背面结构8的接触面结构；
[0019]在重掺杂的P+硅片的背面制作出金属层，作为IGBT器件的一个电极，完成IGBT器件的背面结构8；
[0020]S3):两个键合表面相互对准后进行键合，形成完整的IGBT器件。
[0021]优选的，步骤S1中，对硅片进行减薄时，厚度控制范围为40μm～1mm。
[0022]优选的，步骤S2中，进行低温外延时，典型温度为650℃至750℃。
[0023]优选的，步骤S2中，N-层、N+层、N-层的典型厚度分别为2.0μm，0.5μm，3.0μm，N+层构成了IGBT器件的场阻止层，其位置为距离P+层0.5～20μm。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具备以下有益效果：
[0025]1)本专利技术提供了一种采用键合方式制作的IGBT器件，在将要键合的两片硅片上，分别制作终端结构和金属接触层，其中终端结构可以抑制漏电流和提高器件耐压，而两层金属层接触相接触，能够构成较好的键合，主要的空穴-电子复合可以发生在此处，能够克服前述器件性能不佳的问题；
[0026]2)本专利技术提供了一种采用键合方式制作的IGBT器件，经过本专利技术方案增强后，键合式IGBT器件性能提升，能够可靠应用；回避了传统IGBT中背面和薄片加工的难点，制造门槛和成本都得到降低，在成本-性能上具备了综合性优势；
[0027]3)本专利技术提供了一种采用键合方式制作的IGBT器件，针对键合式IGBT器件性能较差的问题，对两硅片将要键合接触的部分，分别制作附加的埋入式的器件结构，可以从根本上提升器件的性能，改善其应用可靠性；采用本专利技术方案后，使得键合式的IGBT，在电学性能得到保证后，得以实用化了。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的一种硅片键合式IGBT器件的结构示意图。
[0029]图中附图标记为：
[0030]1-正面结构，3-金属接触层，4-保护环，8-背面结构，9-SiO2氧化层。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0032]基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0034]下面结合附图对本专利技术的一种采用键合方式制作的IGBT器件及其制作方法进行详细描述。
[0035]如图1所示，一种硅片键合式IGBT器件，采用键合方式制作，主要包括正面结构1和背面结构8，其中，
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅片键合式IGBT器件，包括正面结构(1)和背面结构(8)，其特征在于，所述正面结构(1)和背面结构(8)实现在两片硅片上，所述两片硅片采用键合的方式构成IGBT器件，两片硅片的键合接触面处均设有接触面结构,所述接触面结构由金属接触层(3)和终端结构组成，所述金属接触层(3)位于中间位置，所述终端结构设于金属接触层(3)四周对所述金属接触层(3)进行保护。2.根据权利要求1所述的硅片键合式IGBT器件，其特征在于，所述终端结构由P+掺杂的保护环(4)和SiO2氧化层(9)组成，所述金属接触层(3)和SiO2氧化层(9)均经过化学机械抛光，其表面之间平齐。3.根据权利要求2所述的硅片键合式IGBT器件，其特征在于，所述终端结构还包括场板结构，用于改善所述两片硅片的键合接触面的漏电特性。4.根据权利要求1所述的硅片键合式IGBT器件，其特征在于，所述两片硅片的键合接触面结构相互对位套准。5.根据权利要求1-4任一所述的硅片键合式IGBT器件的制作方法，其特征在于，其步骤包括：S1):制作IGBT器件的正面结构(1)在该硅片的正面制作VDMOS器件结构；然后对该硅片的背面进行减薄，在其四周部分进行离子注入和激光退火，制作出终端保护环(4)；在其中心部分进行离子注入和激光退火，制作出N+薄层；沉积层厚为0.5μm的SiO2氧化层(9)作为保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：严利人，刘志弘，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：