[發明專利]一種場截止絕緣柵雙極型晶體管器件的制作方法

在審

• 申請號: 201710860228.1
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107464754A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 朱旭強;張俊
• 申請（專利權）人: 江蘇東晨電子科技有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L29/739
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司11614
• 代理人: 王堯

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域的功率半導體器件，具體為一種適用于場截止絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)的制作方法。

背景技術

IGBT是由BJT和MOSFET組成的電壓驅動式復合型電力電子器件，同時具備MOS管與雙極型晶體管的特點，具有良好的開關速度、較小的導通壓降等特點，廣泛用于電力電子應用電路中。但是IGBT在關斷時候存在拖尾電流，極大地增大了器件的關斷損耗。如何改善IGBT導通壓降與關斷損耗之間的折中關系成為目前國際上的研究熱點。

目前，IGBT的主流技術是Trench gate(溝槽柵)+FS(場截止)技術，很好地改善了IGBT導通壓降與關斷損耗之間的折中關系。對于常見的以N型Si襯底為主的IGBT來說，實現FS技術的關鍵在于背面P集電極和N-漂移區之間形成一層N緩沖層，使器件內電場分布呈四邊形。傳統工藝一般采用磷元素作為施主摻雜，但由于FS層并不在芯片表面，而是需要在薄片的基礎上，在背面一般形成10um的結深，由于磷在Si中的擴散系數較低，因此，通過常規的注入和擴散工藝很難形成有效的FS層，通常需要特殊的減薄設備及激光退火等高端設備來實現，工藝成本較高，且實現難度較大。

發明內容

本發明的目的是針對用常規材料和傳統工藝難以在IGBT中形成FS層的問題，提出一種實現場截止型絕緣柵雙極型晶體管的工藝制作方法，N-buffer層在器件中起到FS電場截止的作用，所以也叫FS層。

本發明的技術方案是：

本發明提供一種場截止絕緣柵雙極型晶體管器件的制作方法，該方法包括以下步驟：

步驟1、基于IGBT工藝平臺，在Si單晶片的一面形成基本的金屬氧化物半導體的MOS結構，包括N-drift上熱生長的柵氧化層以及柵氧化層上淀積的poly-si層，所述Si單晶片為n型的單晶硅片，所述的MOS結構一側定義為Si單晶片的正面，另一側定義為背面；

步驟2：對Si單晶片的背面即N-buffer層進行第一次減薄，通過機械方法或化學腐蝕方法將單晶片減薄至160um-250um，再對Si單晶片進行清洗；

步驟3：選擇施主元素作為離子注入源，通過離子注入方式，在單晶片的背面注入一層施主離子；

步驟4：通過擴散爐對背面注入后的硅單晶片進行高溫擴散，形成厚度為50um至150um的N-buffer層，作為FS-IGBT的場截止層；

步驟5：選擇受主元素作為離子注入源，通過離子注入方式，在單晶片的正面注入一層受主離子，經過高溫擴散形成IGBT的P-base區；

步驟6：選擇施主元素作為離子注入源，通過離子注入方式，在單晶片的正面注入一層施主離子，并經過高溫擴散形成IGBT的n+源區；

步驟7：通過低壓化學氣相淀積LPCVD在硅單晶片正面淀積金屬前介質層，并進行孔刻蝕，形成IGBT金屬電極區即metal區；

步驟8：通過光刻、濺射或蒸發金屬的方法，制作Si單晶片正面電極，所述正面金屬電極的金屬材料為Al或Al-Si-Cu；

步驟9：對Si單晶片的背面進行第二次減薄，通過機械方法或化學腐蝕方法將單晶片減薄至80um至120um，再對Si單晶片進行清洗；

步驟10：選擇受主元素作為離子注入源，通過離子注入方式，在單晶片的背面注入一層受主離子；

步驟11：通過擴散爐對背面注入后的硅單晶片進行高溫退火，完成對背面注入離子的激活，形成FS-IGBT的P-collector層；

步驟12：通過蒸發金屬的方法，制作Si單晶片背面金屬電極，得到完整的FS-IGBT器件。

進一步地，所述步驟3中，常規施主元素為Se或Te元素；；Se注入能量為30Kev至1Mev，注入劑量為1E12cm^-2至1E16cm^-2。

進一步地，所述步驟4中，高溫擴散為800℃至1250℃，所述擴散時間為30min至15h。

進一步地，所述步驟5中，常規受主元素為B或Al元素；所述注入能量為60Kev至120Kev，劑量為1E13cm^-2至1E15cm^-2。

進一步地，所述步驟6中，施主元素為P或As元素，離子注入的能量為30Kev至160Kev，所述劑量為1E15cm^-2至2E16cm^-2。