一種ti-igbt芯片背面結(jié)構(gòu)的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種TI-IGBT芯片背面結(jié)構(gòu)的加工方法，屬于微電子【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法包括：圓片正面結(jié)構(gòu)加工完后，在所述圓片的背面注入P型摻雜；對(duì)所述圓片的背面涂光刻膠，然后根據(jù)背面掩膜板對(duì)圓片的背面光刻膠劃分不同區(qū)域依次進(jìn)行曝光。掩膜板圖形包含有多個(gè)圖形單元，圖形單元平移對(duì)稱地排列；控制曝光區(qū)域間的相對(duì)位置，使整個(gè)圓片的曝光圖形基于圖形單元連續(xù)并平移對(duì)稱；顯影后對(duì)所述圓片的背面注入N型摻雜，然后將背面光刻膠去除，最終退火激活摻雜后進(jìn)行背面金屬化。本發(fā)明可以使不同電壓及電流等級(jí)的TI-IGBT產(chǎn)品共用同一塊背面掩膜板，節(jié)省了大量的制版成本，提高生產(chǎn)率。
【專利說明】—種T1-1GBT芯片背面結(jié)構(gòu)的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種T1-1GBT芯片背面結(jié)構(gòu)曝光的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]T1-1GBT:Triple mode Integrate-1nsulated Gate Bipolar Transistor,三模式集成絕緣柵型雙極晶體管。它是將IGBT、VDMOS、FRD三種器件的結(jié)構(gòu)和功能巧妙的結(jié)合起來。器件在正向?qū)〞r(shí)類似IGBT器件，具有較小的導(dǎo)通壓降。在關(guān)斷過程中類似VDMOS器件，具有較快的關(guān)斷速度。當(dāng)器件承受反向電壓時(shí)，器件工作類似FRD器件。T1-1GBT器件可以雙向?qū)娏鳎隍?qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)無需反并聯(lián)續(xù)流FRD。相對(duì)于傳統(tǒng)IGBT器件，T1-1GBT一方面提高了器件的整體性能，另一方面大幅降低了器件的制造成本。
[0003]VDMOS器件的背面是N型半導(dǎo)體，屬于單極性器件，開關(guān)速度快，但是隨著耐壓的增加，器件的導(dǎo)通壓降迅速增大。IGBT器件的背面是P型半導(dǎo)體，在導(dǎo)通時(shí)P型集電極會(huì)注入大量的空穴，從而發(fā)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，降低了導(dǎo)通壓降。但另一方面由于注入了大量少子，器件關(guān)斷時(shí)需要將過剩的少子復(fù)合掉，這導(dǎo)致器件關(guān)斷較慢。T1-1GBT是將VDMOS結(jié)構(gòu)、IGBT結(jié)構(gòu)及FRD結(jié)構(gòu)相融合的結(jié)構(gòu)，其性能既有低的導(dǎo)通壓降，又有快的關(guān)斷速度，同時(shí)器件還具有逆導(dǎo)功能。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中如圖1所示，先加工好T1-1GBT的正面工藝及N+緩沖層，然后在圓片的背面全部區(qū)域注入P型摻雜形成P+集電區(qū)(參見圖2)，再在圓片背面涂光刻膠后用背面掩膜板曝光，通過顯影將需要注入N型摻雜的區(qū)域上方的光刻膠去除后注入N型摻雜。N型摻雜的劑量要足夠大，以保證將P型雜質(zhì)都補(bǔ)償?shù)?。N型摻雜分布結(jié)深要足夠深，以保證N+集電區(qū)與N+緩沖層連通(參見圖3)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)制作掩膜板時(shí)要求背面版圖與正面版圖大小匹配，針對(duì)不同的正面版圖需要專門制作相應(yīng)的背面掩膜板。圓片背面曝光時(shí)背面掩膜板需要與圓片正面的各芯片的圖形套準(zhǔn)，通常使用步進(jìn)式光刻機(jī)逐一對(duì)一個(gè)芯片或少數(shù)芯片背面進(jìn)行曝光。其缺點(diǎn)在于:第一、針對(duì)不同電壓電流等級(jí)的T1-1GBT產(chǎn)品，需要制作相對(duì)應(yīng)的背面掩膜板，增加了制版成本；第二、背面掩膜板與正面圖形套準(zhǔn)困難，需要先進(jìn)的設(shè)備，工藝難度較大；第三、每次只能為一個(gè)芯片或少數(shù)芯片的背面進(jìn)行曝光，效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種T1-1GBT芯片背面結(jié)構(gòu)的加工方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)不同電壓或電流等級(jí)的T1-1GBT芯片進(jìn)行曝光需要單獨(dú)設(shè)計(jì)和制作相應(yīng)的背面掩膜板的技術(shù)問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種T1-1GBT芯片背面結(jié)構(gòu)的加工方法，具體包括如下步驟:
[0008]圓片正面結(jié)構(gòu)加工完后，在所述圓片的背面注入P型慘雜；
[0009]對(duì)所述圓片的背面涂光刻膠，然后根據(jù)背面掩膜板對(duì)所述圓片的背面劃分不同區(qū)域，依次進(jìn)行曝光，根據(jù)所述背面掩膜板形成的掩膜板圖形，最后形成背面圖形；
[0010]其中，所述掩膜板圖形包含有多個(gè)圖形單元，所述多個(gè)圖形單元平移對(duì)稱地排列，依次控制曝光區(qū)域間的相對(duì)位置，使整個(gè)所述圓片的曝光圖形基于圖形單元連續(xù)并平移對(duì)稱；顯影后對(duì)所述圓片的背面注入N型摻雜，然后將所述光刻膠去除，最終退火激活摻雜后進(jìn)行背面金屬化。
[0011]進(jìn)一步地，多個(gè)所述圓片背面的圖形單元的排列方向與所述圓片正面的芯片的排列方向平行。
[0012]進(jìn)一步地，多個(gè)所述圓片背面的圖形單元的排列方向與所述圓片正面的芯片的排列方向之間形成一偏轉(zhuǎn)角。
[0013]進(jìn)一步地，所述圓片正面的芯片尺寸為所述圓片背面的圖形單元尺寸的整數(shù)倍。
[0014]進(jìn)一步地，所述T1-1GBT結(jié)構(gòu)為N溝道T1-1GBT或P溝道T1-1GBT。
[0015]本發(fā)明提供的T1-1GBT芯片背面結(jié)構(gòu)的加工方法，通過精確控制背面不同曝光區(qū)域的相對(duì)位置，使背面圖形單元在整個(gè)硅片的范圍內(nèi)連續(xù)且平移對(duì)稱。在此基礎(chǔ)上可以通過兩種方式提高芯片參數(shù)的一致性，一是控制背面圖形的排列方向，二是使芯片的尺寸為背面圖形單元尺寸的整數(shù)倍。這樣，背面圖形曝光時(shí)無需與圓片正面芯片的圖形套準(zhǔn)，只需精確控制背面不同曝光區(qū)域的相對(duì)位置。對(duì)于不同電壓、電流等級(jí)的芯片可使用同一塊背面掩膜板加工，甚至對(duì)于不同尺寸的圓片也可共用背面掩膜板加工，節(jié)省了大量的制版成本。本專利所述方法是以適當(dāng)降低產(chǎn)品的性能及參數(shù)一致性為代價(jià)，盡可能地壓縮產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的加工T1-1GBT的正面工藝和N+緩沖層示意圖；
[0017]圖2為現(xiàn)有技術(shù)提供的形成P+集電區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為現(xiàn)有技術(shù)提供的將N+集電區(qū)與N+緩沖層連通結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的T1-1GBT芯片背面結(jié)構(gòu)的加工方法流程圖；
[0020]圖5為本發(fā)明實(shí)施例一提供的圓片通過分區(qū)域曝光完成整個(gè)圓片曝光的示意圖；
[0021]圖6為本發(fā)明實(shí)施例一提供的T1-1GBT圓片背面結(jié)構(gòu)圖形排列方向與芯片排列方向平行的示意圖；
[0022]圖7為本發(fā)明實(shí)施例一提供的T1-1GBT圓片上不同芯片背面包含的N+集電區(qū)位置及數(shù)量對(duì)比示意圖；
[0023]圖8為本發(fā)明實(shí)施例二提供的T1-1GBT圓片背面圖形排列方向與圓片正面芯片排列方向呈特定偏移角的不意圖；
[0024]圖9為本發(fā)明實(shí)施例二提供的T1-1GBT圓片上不同芯片背面包含的N+集電區(qū)位置及數(shù)量對(duì)比示意圖；
[0025]圖10為本發(fā)明實(shí)施例三提供的T1-1GBT圓片背面圖形單元尺寸與圓片正面芯片尺寸關(guān)系不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]參見圖4，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種T1-1GBT芯片背面結(jié)構(gòu)的加工方法，包括如下步驟:
[0027]步驟101:圓片正面結(jié)構(gòu)加工完后，在圓片的背面注入P型摻雜；
[0028]步驟102:對(duì)圓片的背面涂光刻膠，然后根據(jù)背面掩膜板對(duì)圓片的背面劃分不同區(qū)域，依次進(jìn)行曝光，根據(jù)背面掩膜板形成的掩膜板圖形，最后形成背面圖形；
[0029]其中，掩膜板圖形包含有多個(gè)圖形單元，多個(gè)圖形單元平移對(duì)稱地排列，依次控制曝光區(qū)域間的相對(duì)位置，使整個(gè)圓片的曝光圖形基于圖形單元連續(xù)并平移對(duì)稱；
[0030]步驟103:對(duì)曝光后的圓片進(jìn)行顯影；
[0031]步驟104:對(duì)圓片的背面注入N型摻雜；
[0032]步驟105:對(duì)圓片的背面光刻膠去除；
[0033]步驟106:對(duì)圓片進(jìn)入退火，激活摻雜后進(jìn)行背面金屬化。
[0034]實(shí)施例1:
[0035]本發(fā)明實(shí)施例中，以N溝道T1-1GBT為例，然而也適用于P溝道T1-1GBT。只需要將P/N相互替換既是P溝道T1-1GBT的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)。
[0036]芯片的正面工藝完成后，在圓片背面注入P型摻雜后對(duì)圓片背面涂光刻膠。然后根據(jù)背面掩膜板劃分不同區(qū)域依次進(jìn)行曝光，形成背面圖形；
[0037]掩膜板圖形包含有多個(gè)圖形單元，圖形單元平移對(duì)稱地排列；精確控制曝光區(qū)域間的相對(duì)位置，使整個(gè)圓片的曝光圖形基于圖形單元連續(xù)并平移對(duì)稱；顯影后對(duì)所述圓片的背面注入N型摻雜，然后將背面光刻膠去除，最終退火激活摻雜后進(jìn)行背面金屬化。
[0038]在圖5中，圓片上的實(shí)線小方框?yàn)橐粋€(gè)單獨(dú)的芯片，虛線方框?yàn)楸趁婷看纹毓獾姆秶?。背面掩膜可以一次性為眾多芯片背面結(jié)構(gòu)曝光，背面圖形無需與正面圖形套準(zhǔn)，只需精確控制不同背面曝光區(qū)域的相對(duì)位置，以保證背面圖形單元在整個(gè)圓片內(nèi)連續(xù)且平移對(duì)稱。由于正面圖形與背面圖形不套準(zhǔn)，所以每個(gè)芯片的背面N+集電區(qū)域的位置和數(shù)量不完全相同，如圖6所示。對(duì)于T1-1GBT的參數(shù)主要是和芯片背面的N+集電區(qū)的總數(shù)量有關(guān)，與這些N+集電區(qū)所處的位置關(guān)系不大。對(duì)于圖6所示的背面版圖，只要保證每個(gè)芯片背面的N+集電區(qū)個(gè)數(shù)相差不大就可以保證芯片的參數(shù)一致性。如果整個(gè)圓片上的芯片最多可包含Nmax個(gè)N+集電區(qū)區(qū)域，最少包含Nmin個(gè)N+集電區(qū)區(qū)域，則(Nmax-Nmin) / (Nmax+Nmin) /越小整個(gè)圓片上的芯片參數(shù)一致性越好。對(duì)于不同的電壓、電流等級(jí)的T1-1GBT，芯片的尺寸雖然不同，但仍可以用同一塊掩膜板進(jìn)行曝光加工。
[0039]實(shí)施例2:
[0040]另外，由于背面圖形與正面圖形沒有套準(zhǔn)，往往會(huì)導(dǎo)致(Nmax-Nmin)/(Nmax+Nmin)較大，如圖7所示的芯片A和芯片B背面所包含的N+集電區(qū)數(shù)量相差較大，對(duì)于T1-1GBT的參數(shù)一致性主要是和圓形區(qū)域的數(shù)量有關(guān)。如果不同芯片包含的N+摻雜區(qū)數(shù)量差別特別大(如芯片A背面包含16個(gè)N+摻雜區(qū)，而芯片B背面只包含9個(gè)N+摻雜區(qū))，必然會(huì)導(dǎo)致芯片的參數(shù)一致性較差。
[0041]參見圖8,為了盡可能降低(Nmax-Nmin)/(Nmax+Nmin),可以將所述圓片背面的圖形單元的排列方向與所述圓片正面的芯片的排列方向之間形成一適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)角。計(jì)算表明(Nmax-Nmin)/(Nmax+Nmin)會(huì)隨著偏移角α的變化而改變,如果偏移角α選取合適的話(Nmax-Nmin)/(Nmax+Nmin)會(huì)降到比較低的水平,如圖9所示。偏移角α的大小需要根據(jù)圓片正面芯片的尺寸及圓片背面圖形單元的尺寸確定，具體可通過數(shù)學(xué)方法或借助數(shù)學(xué)軟件計(jì)算求得最優(yōu)值。
[0042]從數(shù)學(xué)上參數(shù)一致性和α有很大的關(guān)系，只要α選擇合適，芯片的參數(shù)一致性可得達(dá)到較好的水平。最優(yōu)的偏轉(zhuǎn)角α是個(gè)硅片正面的芯片長和寬及硅片背面圖形元胞長和寬的函數(shù)，不同的情況最優(yōu)角不同，但可以通過數(shù)學(xué)方法求得。
[0043]實(shí)施例3:
[0044]參見圖10，為了進(jìn)一步提高參數(shù)的一致性可以在設(shè)計(jì)時(shí)將芯片的尺寸與背面圖形的元胞尺寸進(jìn)行匹配。通常情況下不同電壓、電流等級(jí)的芯片共用同一塊背面掩膜板，也就是說圓片背面掩膜板的圖形單元尺寸是確定的，這樣，圓片正面的芯片尺寸設(shè)定為圖形單元的元胞尺寸的整數(shù)倍。為了便于說明，假設(shè)圓片背面的圖形單元為矩形，且尺寸為aXb。如果芯片的尺寸設(shè)計(jì)為maXnb(m，η為自然數(shù))，那么雖然背面圖形未與正面圖形套準(zhǔn)，但每個(gè)芯片背面包含的N+集電區(qū)數(shù)量完全相同，而且不同芯片背面N+集區(qū)電的位置完全相同，從而最大程度地提高了整個(gè)圓片內(nèi)不同芯片之間參數(shù)的一致性。
[0045]本發(fā)明實(shí)施例提供的T1-1GBT芯片背面結(jié)構(gòu)的加工方法，可以降低芯片的制造成本，使產(chǎn)品更具競爭力。具體是從三個(gè)方面降低成本，如下:
[0046]⑴對(duì)于不同電壓、電流等級(jí)的芯片可使用同一塊背面掩膜板，甚至對(duì)于不同尺寸的圓片也可共用同一塊背面掩膜板，節(jié)省了大量的制版成本。
[0047]⑵避免使用先進(jìn)的加工設(shè)備。由于無需與圓片的正面圖形套準(zhǔn)，使用普通的光刻機(jī)加工背面工藝即可。如果用傳統(tǒng)方法需要使用先進(jìn)的加工設(shè)備，一方面先進(jìn)的設(shè)備較昂貴，另一方面先進(jìn)的設(shè)備機(jī)時(shí)成本較高。
[0048]⑶提高了加工效率。由于可以同時(shí)為數(shù)十到上百個(gè)芯片的背面圖形曝光，曝光速度成倍增加，減小了對(duì)光刻設(shè)備的占用機(jī)時(shí)，提高了生產(chǎn)率。
[0049]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實(shí)施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種T1-1GBT芯片背面結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，具體包括如下步驟: 圓片正面結(jié)構(gòu)加工完后，在所述圓片的背面注入P型摻雜； 對(duì)所述圓片的背面涂光刻膠，然后根據(jù)背面掩膜板對(duì)所述圓片的背面劃分不同區(qū)域，依次進(jìn)行曝光，根據(jù)所述背面掩膜板形成的掩膜板圖形，最后形成背面圖形； 其中，所述掩膜板圖形包含有多個(gè)圖形單元，所述多個(gè)圖形單元平移對(duì)稱地排列，依次控制曝光區(qū)域間的相對(duì)位置，使整個(gè)所述圓片的曝光圖形基于圖形單元連續(xù)并平移對(duì)稱；顯影后對(duì)所述圓片的背面注入N型摻雜，然后將所述光刻膠去除，最終退火激活摻雜后進(jìn)行背面金屬化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于，多個(gè)所述圓片背面的圖形單元的排列方向與所述圓片正面的芯片的排列方向平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于，多個(gè)所述圓片背面的圖形單元的排列方向與所述圓片正面的芯片的排列方向之間形成一偏轉(zhuǎn)角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述圓片正面的芯片尺寸為所述圓片背面的圖形單元尺寸的整數(shù)倍。
5.根據(jù)權(quán)利 要求1-4任一所述的加工方法，其特征在于，所述T1-1GBT結(jié)構(gòu)為N溝道T1-1GBT 或 P 溝道 T1-1GBT。
【文檔編號(hào)】H01L21/027GK104022033SQ201410274412
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】張文亮, 朱陽軍, 高君宇 申請(qǐng)人:江蘇中科君芯科技有限公司