[發(fā)明專利]一種FS-IGBT器件的制備方法

無效

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• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN102800591A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李澤宏;楊文韜;單亞東;夏小軍;李長安;張蒙;張金平;任敏;張波
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及絕緣柵雙極性晶體管（IGBT），尤其是場截止型絕緣柵雙極性晶體管（FS-IGBT）的制備方法。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體技術(shù)是電力電子技術(shù)的核心，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，柵控功率器件為代表的現(xiàn)代功率半導(dǎo)體技術(shù)從20世紀(jì)80年代得到了迅速發(fā)展，進(jìn)而極大地推動了電力電子技術(shù)的進(jìn)步。

功率MOS管是電壓控制型器件，可以通過控制柵壓來控制器件的開關(guān)，驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，單一載流子導(dǎo)電特性使其開關(guān)特性優(yōu)異。然而多子器件無法在漂移區(qū)產(chǎn)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，不適合應(yīng)用于高壓領(lǐng)域中。目前中壓大功率的電力電子器件已經(jīng)形成GTO、IGCT、IGBT、IEGT相互競爭不斷創(chuàng)新的技術(shù)市場。IGBT與GTO相比，通過器件柵端電壓控制器件開關(guān)，使驅(qū)動電路簡單，IGBT與功率MOS相比，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)可以降低正向?qū)▔航担沟渺o態(tài)功率損耗較小。因而，IGBT在中高壓應(yīng)用中占據(jù)了很大的市場份額。

自上世紀(jì)90年代以來，經(jīng)過不斷的發(fā)展，國際上IGBT制作已經(jīng)步入成熟，目前已經(jīng)商業(yè)量產(chǎn)的IGBT電壓范圍涵蓋從370V至6500V，電流從2A到4000A不等，形式包括單管及模塊。從結(jié)構(gòu)上面來講，IGBT在縱向電場分布上經(jīng)歷了PT（穿通型）、NPT（非穿通型）及FS（場截止型），在溝道結(jié)構(gòu)上主要有Planer（平面型）和Trench（溝槽型）。

第一代PT（穿通型）運(yùn)用P+型CZ硅片為襯底，外延N-層作為漂移區(qū)，由于襯底P+集電極摻雜濃度很高，發(fā)射效率過大，導(dǎo)致拖尾時間長，關(guān)斷損耗無法接受。因而，PT型IGBT需要使用載流子壽命控制技術(shù)來減少載流子壽命，減小關(guān)斷損耗，但這種方法會使器件呈現(xiàn)出電壓負(fù)溫系數(shù)，無法并聯(lián)使用。NPT型IGBT使用FZ硅片，讓襯底直接作為漂移區(qū)，使用透明陽極技術(shù)，擁有低發(fā)射效率的特點，從而免去了使用壽命控制技術(shù)，使得器件擁有電壓正溫系數(shù)。這使得IGBT可以并聯(lián)使用，大幅擴(kuò)展了器件的應(yīng)用范圍。但NPT-IGBT由于漂移區(qū)過長，有正向?qū)▔航递^大的缺點。FS-IGBT利用N型場截止層使得電場分布由NPT型的三角形分布轉(zhuǎn)為了類梯形分布，縮短了器件的厚度，大幅降低了器件的導(dǎo)通壓降和損耗。但這給工藝增加了難度，目前通常采用先做正面工藝，背部薄片后背注的方式來引入FS層，由于要保護(hù)正面金屬圖形，退火溫度不能過高，此時雜質(zhì)激活率很低，影響器件性能。部分廠家采用激光退火的方式來解決這一問題，雖然這種先進(jìn)的工藝技術(shù)可以解決雜質(zhì)激活率過低的問題，但無法使雜質(zhì)推進(jìn)，并且由于波長的限制，退火深度有一定限制，只能在背部集電區(qū)處獲得一層較薄的FS層，該FS層無法使器件的耐壓水平達(dá)到最大，此外較薄的FS層會對器件的可靠性造成影響，關(guān)斷時容易產(chǎn)生振蕩。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種FS-IGBT器件的制備方法，該方法直接在襯底硅片上注入N型雜質(zhì)并退火形成場截止層，然后生長外延，使用外延層作為漂移區(qū)，并在外延層表面制作器件表面圖形，然后背部減薄硅片，背部注入P型雜質(zhì)并退火形成P型集電區(qū)，最后背部金屬化形成金屬化集電極。該工藝過程可以避免使用薄片加工工藝，在保證硅片完整性的前提下，降低了工藝難度。背部場截止層雜質(zhì)的激活無需使用激光退火，降低了工藝過程對設(shè)備的要求，節(jié)約了成本。此外，該工藝過程可以根據(jù)背部減薄程度來調(diào)整FS層的位置，獲得更優(yōu)異的器件性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種FS-IGBT器件的制備方法，如圖2所示，包括以下步驟：

步驟1：選取半導(dǎo)體襯底；

步驟2：去除半導(dǎo)體襯底表面氧化層并注入N型雜質(zhì)并高溫推結(jié)形成場截止層（FS層）；

步驟3：生長外延層；

步驟4：在外延層中制作IGBT器件所需的正面結(jié)構(gòu)；

步驟5：半導(dǎo)體襯底背面減薄；

步驟6：半導(dǎo)體襯底背面注入P型雜質(zhì)并高溫推結(jié)形成P型集電區(qū)；

步驟7：背部金屬化形成金屬化集電極。

本發(fā)明提供的FS-IGBT器件的制備方法與現(xiàn)有的FS-IGBT器件的制備方法不同之處在于：