[發明專利]提高IGBT性能的先進背面工藝制作方法

在審

• 申請號: 201310684349.7
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN104716039A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 李娜;馬彪;斯海國
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L21/265
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 高月紅

技術領域

本發明涉及一種IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的制備工藝，特別是涉及一種提高IGBT性能的先進背面工藝制作方法。

背景技術

IGBT（絕緣柵雙極晶體管）是在VDMOS的基礎上，在其承受高壓的N-base（N型襯底）背面增加一層P型薄層，引入了電導調制效應，從而大大提高了器件的電流處理能力。此類IGBT稱為NPT型IGBT，即非穿通型IGBT。

對于NPT型IGBT（絕緣柵雙極晶體管），為了實現高耐壓的要求，需要一定厚度的低濃度N?base區，而N-base的低濃度決定了一定的導通壓降，器件的性能受到限制。為了解決這個矛盾，在背面P型集電極層與N-base區之間增加了一層N型緩沖層，也就是說，為了降低IGBT產品的總體功耗，IGBT由NPT型（非穿通型）發展到FS型（場終止型），即在背面集電極P型集電極層與N-base層之間增加一層N型緩沖層，該層被稱為場終止層，即使得IGBT器件以更薄的N-base耐壓區厚度，獲得同樣的耐壓。為了實現此N型緩沖層，一般的技術是通過背面的離子注入與爐管退火形成，但此技術存在激活效率不高的問題，使得N型緩沖層的濃度與深度都難以達到要求，對器件性能的改善作用較小。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種提高IGBT（絕緣柵雙極晶體管）性能的先進背面工藝制作方法。本發明采用背面高能離子注入與激光退火，并且控制P型集電極層與N型緩沖層達到一定的濃度與深度分布，使得器件性能得到優化。

為解決上述技術問題，本發明的提高絕緣柵雙極晶體管（IGBT）性能的背面工藝制作方法（先進背面工藝制作方法），包括步驟：

（1）在完成IGBT的正面工藝后，對晶圓的背面進行減薄，然后，對晶圓的背面進行施主雜質離子注入；

（2）對晶圓的背面進行激光退火，激活背面注入的施主雜質離子，形成作為場終止作用（Field-Stop）的N型緩沖層；

（3）對晶圓的背面進行受主雜質離子注入；

（4）對晶圓的背面進行激光退火，激活背面注入的受主雜質離子，形成作為集電極的P型集電極層。

所述步驟（1）中，施主雜質離子注入的條件為：

注入次數為兩次；注入的離子包括：磷；注入能量為450KeV～2MeV；每次注入劑量不低于3×10¹¹cm^-2。

其中，采用兩次施主雜質離子注入時，分別進行一次2MeV的施主雜質離子注入，對晶圓的背面進行激光退火后，可形成結深為4μm的N型緩沖層；進行另一次450KeV的離子注入，對晶圓的背面進行激光退火，可保持2μm以內的濃度不低于2MeV離子注入的峰值濃度的N型緩沖層。

所述步驟（2）中，激光退火的條件如下：

通過兩束激光交替照射進行，激光波長500nm～600nm，激光能量2.5～4.0J，兩束激光的延遲時間為0.5～1.6微秒。

所述步驟（2）中，N型緩沖層的濃度分布如下：

1）由PN結處的濃度最低點的深度X1處上升到深度在X2處的滿足不低于1×10¹⁵cm^-3且大于10倍的N型襯底（N-base區）濃度的要求的濃度分布；

其中，深度X1通常為0.2～0.5μm之間；深度X2通常為0.5～1.0μm之間；

2）深度由從X2處到X3處之間的濃度滿足不低于1×10¹⁵cm^-3且大于10倍的N型襯底（N-base區）濃度的要求的、且濃度變化的深度X2處高于或等于X3處的N型緩沖層濃度分布；

深度X3通常為1.6～2.2μm之間；

3）深度由X3處到X4處之間的濃度由在X3處滿足不低于1×10¹⁵cm^-3且大于N型襯底（N-base區）濃度的要求、降低到X4處的濃度等同于N型襯底（N-base區）濃度的N型緩沖層；

深度X4通常為4.0～4.5μm之間。

所述步驟（3）中，受主雜質離子注入的條件如下：

注入次數為一次注入；注入的離子包括：硼或者二氟化硼；注入能量為10～30KeV；注入劑量記為Y，該Y的范圍為：5×10¹²cm^-2≦Y≦5×10¹³cm^-2。

所述步驟（4）中，激光退火的條件如下：