[发明专利]一种高压超结IGBT的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及压控型功率器件制作领域，特别涉及一种高压超结IGBT的制作方法。

背景技术

超结结构由于其独特的耐压原理使得它在器件的特性参数折中方面有着优异的表现，但这种结构工艺实现起来并不容易。超结的工艺实现难点主要在如何形成N，P柱间隔交错排布的格局。叉指状分布的N,P柱越长，器件耐压越高，N,P柱越窄，柱体可用的掺杂浓度越高，器件的饱和导通压降越低，因此N,P柱体的高宽比越大，器件的性能越好。受工艺条件所限，现今的超结多用于1200V以下的器件，6500V的器件需要约450um厚的有效超结区，即N,P柱体的长度需要450um以上，为保证器件性能柱宽不能太大，一般为几个微米，这样就使得N，P柱的高宽比达到100:1以上，现有工艺很难在控制成本的前提下制造出如此大高宽比的N,P柱体。

在专利US7192872B2中，提出了一种超结制作工艺。在该专利中，N型掺杂的硅片刻蚀成如城墙垛口般的锯齿状，P型掺杂的硅片也刻蚀成相似形状，两硅片的形态互补，然后将两硅片精确对准，插在一起形成叉指状N，P柱分布，高温键合成为一体。此专利形成的N，P柱受限于一次刻蚀工艺，无法做到较大的高宽比，所以仅适用于1200V以下的低压器件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较大高宽比、适合高压器件的高压超结IGBT的制作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高压超结IGBT的制作方法，包括如下步骤：

第一步，分别在N型，P型衬底上刻蚀出沟槽；

第二步，分别外延P型，N型单晶硅填充沟槽，并在填充完毕后，做正面的平坦化和减薄；

第三步，将硅片正面抛光，然后用酸液处理；

第四步，将处理过的两硅片精确对准后进行键合；

第五步，将键合后的硅片背面减薄去除N层，露出N，P间隔排布的形貌；

第六步，重复第三步，第四步，进行第二次键合；

第七步，进行正面减薄后，制作器件的正面；

第八步，将背面减薄，再在背面淀积P型应变SiGe层作为集电极层；

第九步，采用金属Al/Ti/Ni/Ag制作背面金属层。

进一步地，所述第三步中对硅片用酸液处理是先用H₂O-H₂SO₄混合液和去离子水清洗，再用稀HF溶液浸泡，最后放入H₂SO₄/H₂O₂混合液中处理使硅片表面形成一层亲水层。

进一步地，所述稀HF溶液浓度5%—15%，浸泡1—20min；所述H₂SO₄/H₂O₂的混合液中H₂O₂含量为5%—20%，处理温度100℃—130℃；

进一步地，所述第四步中的键合是在温度1000℃—1300℃条件下，在N₂,O₂或惰性气体保护的环境中，键合1-10小时。

进一步地，所述第六步根据实际电压等级需求重复第三步、第四步、第五步骤进行多次键合。

进一步地，所述第七步中的正面减薄是将正面的P型层减薄到厚度小于10um。

进一步地，所述第八步中的背面减薄是将背面的N型层减薄到厚度小于20um。

进一步地，所述第八步中的集电极层厚度15-55nm，Ge含量5%-30%。

进一步地，所述集电极层中的应变SiGe层能用Ge层替换。

进一步地，所述第九步中的背面金属层中的金属Al层厚度在0.1—10um。

本发明提供的一种高压超结IGBT的制作方法，是在常规的刻槽再填充工艺基础上，引入硅片直接键合技术制作出大高宽比的、高掺杂的、间隔排布的N,P柱形成的超结结构，不仅可以不再过度依赖电导调制效应来降低饱和导通压降，可降低超结IGBT的背注剂量，从而使器件的关断损耗得以降低，而且，大高宽比的高掺杂N,P柱超结结构，可用于高压功率器件来提高器件的整体性能。同时，硅片直接键合技术会在键合面留下大量缺陷，这些缺陷可以减小超结区载流子寿命，一定程度上也降低了器件的关断损耗。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高压超结IGBT的制作方法N型，P型衬底上刻蚀深槽示意图。