[發明專利]IGBT負阻問題的改善方法

有效

• 申請號: 201410307058.0
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN104576367B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 馬彪
• 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: 郭四華

本發明公開了一種IGBT負阻問題的改善方法，包括步驟：選擇襯底材料并進行背面減薄。進行背面第一次N型重摻雜離子注入形成第二N型場終止層。進行熱退火。完成IGBT的正面圖形工藝。對襯底背面進行濕法腐蝕。進行背面第二次N型重摻雜離子注入形成第二N型場終止層。進行背面P型重摻雜離子注入形成P型注入層。進行激光退火激活。形成背面金屬層。本發明能形成較厚的背面場終止層并能消除IGBT的負阻效應、提高產品的可靠性，能夠現有半導體工藝兼容、工藝成本低。

技術領域

本發明涉及一種半導體集成電路制造方法，特別是涉及一種IGBT負阻問題的改善方法。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)，是由雙極型三極管(BJT)和絕緣柵型場效應管(MOSFET)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和電力晶體管(GTR)即耐高電壓、大電流的雙極結型晶體管的低導通壓降兩方面的優點。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

對于高壓IGBT工藝來講，能夠形成較厚背面N+緩沖層對于IGBT產品的性能提升有重大的意義。目前業界有較多的厚N+緩沖層的形成方法，但是和一般半導體集成電路制造工廠(FAB)的工藝常常不兼容，需要另外新建FAB來生產。

如圖1所示，現有方法形成的IGBT的結構示意圖；現有方法中通過在N型摻雜的襯底材料如硅襯底101的正面形成正面圖形之前，對襯底101進行背面減薄，并進行注入、退火推阱的方法形成厚度為10微米～20微米的緩沖層即N型場終止層110。形成N型場終止層110之后才進行正面圖形工藝，所述正面圖形工藝包括元胞區和耐壓保護區，耐壓保護區圍繞在元胞區的周側。所述元胞區形成有IGBT的單元結構，所述IGBT的單元結構包括：

P阱104，P阱104形成在襯底101的正面。

多晶硅柵102，所述多晶硅柵102和所述P阱104之間隔離有柵氧化層103。

發射區105，由形成于所述P阱104表面的N型重摻雜區組成，被所述多晶硅柵102覆蓋的所述P阱104表面用于形成連接所述發射區105和所述N型漂移區的溝道。發射區105也即IGBT中的MOS器件的源區。

P阱引出區105，由P型重摻雜區組成；所述P阱引出區105穿過所述發射區105進入到所述P阱104中，所述P阱引出區105同時和所述發射區105和所述P阱104接觸。

正面金屬層109，柵極和發射極分別由正面金屬層109組成，柵極通過穿過層間膜107的接觸孔108和所述多晶硅柵102接觸，發射極通過接觸孔108和所述P阱引出區105接觸。

正面圖形工藝完成之后，進行背面P型重摻雜離子注入形成P型注入層111,由所述P型注入層111組成IGBT的集電區；對所述P型注入層111進行激光退火激活；并在所述襯底101的背面形成背面金屬層112，背面金屬層112作為集電極。

現有方法的缺點是，在形成N型場終止層110之后的正面圖形工藝過程中，背面非常容易引入雜質，導致背面P型注入不均勻，即P型注入層111的摻雜會不均勻，這會使得產品出現Vcesat負阻的問題，Vcesat為集電極和發射極飽和電壓。圖2是圖1所示IGBT的Vcesat曲線201；橫坐標為Vcesat，縱坐標是Ic，Ic為集電極電流；可以看出曲線201的虛線202所對應區域中存在電流增大而電壓會減小的負阻現象，原因是P型注入層111的摻雜會不均勻時，IGBT開啟后，在Vce即集電極和發射極電壓較小時，各位置處的P型注入層111注入到漂移區中的空穴效率會不均勻，隨著Vce的增加當各位置處的P型注入層111都開始進行空穴注入并導通時會對漂移區進行電導調制而使漂移區的導通電阻降低、集電極電流增加從而輸出負阻效應。