[發明專利]一種功率器件及其制備方法、應用

在審

• 申請號: 201811513136.7
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN111312813A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 劉奇斌;陳倩
• 申請（專利權）人: 上海先進半導體制造股份有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L21/331
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;王衛彬

本發明公開了一種功率器件及其制備方法、應用。該功率器件依次包括相互疊置的一第一氧化層、一氮化硅層、一第二氧化層、一硅片層和一第三氧化層；第一氧化層的厚度為3～5μm；氮化硅層的厚度為0.05～0.2μm；第二氧化層的厚度為0.5～2μm；硅片層的厚度為320～500μm；第三氧化層的厚度為3～5μm。本發明的功率器件動態性能優異，且能夠有效降低薄硅片在淀積鈍化層工藝中的翹曲度，工藝方便易行，適宜工業化大生產。

技術領域

本發明涉及一種功率器件及其制備方法、應用。

背景技術

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是由雙極型三極管和絕緣柵型場效應管組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有絕緣柵型場效應管的高輸入阻抗和雙極型的低導通壓降兩方面的優點。

IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。通常在高壓3300V的條件下，IGBT可在500μm以上的硅片上制造流片。為了提高IGBT的可靠性和耐壓性能，鈍化層磷硅玻璃(PSG)的厚度在4μm以上。

為了提高IGBT的動態性能(例如模塊內部柵極電阻、外部柵極電阻、外部柵極電容、IGBT寄生電容參數、柵極充電電荷和IGBT開關時間等)，需要進一步降低襯底的厚度，例如以400μm薄片配合區熔襯底加離子注入的方式來形成場終止結構。

然而，目前襯底的厚度一般為675μm，當采用厚度在350μm以上的薄片來形成場終止結構時，在淀積PSG工藝之后，薄片PSG翹曲太大，以致于后續光刻工藝無法進行。

因此，如何克服薄片型功率器件(例如絕緣柵雙極型晶體管)鈍化后的翹曲問題，是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術中采用厚度小于675μm的薄片來提升功率器件(例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT))的動態性能時，薄片淀積鈍化層(例如磷硅玻璃(PSG))之后，曲率≤150，翹曲太大，以致于后續光刻工藝無法進行的缺陷，而提供了一種功率器件及其制備方法、應用。本發明提供的功率器件(例如絕緣柵雙極型晶體管)采用500μm以下的薄片形成場終止結構，動態性能優異。

本發明提供了一種功率器件，其依次包括相互疊置的一第一氧化層、一氮化硅層、一第二氧化層、一硅片層和一第三氧化層；

所述第一氧化層的厚度為3～5μm；

所述氮化硅層的厚度為0.05～0.2μm；

所述第二氧化層的厚度為0.5～2μm；

所述硅片層的厚度為320～500μm；

所述第三氧化層的厚度為3～5μm。

本發明中，所述功率器件可為本領域常規的功率器件，一般是指用于電力設備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件(通常指電流為數十至數百安，電壓為數百伏至數千伏以上)，例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。

本發明中，所述第一氧化層的原料可為本領域常規的可作為氧化層的原料，優選為二氧化硅(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)和半絕緣多晶硅(SIPOS)中的一種或多種，例如硼磷硅玻璃和/或磷硅玻璃。

本發明中，所述第一氧化層的厚度優選為3～4.2μm，例如3μm、3.8μm、4.2μm或5μm。

本發明中，所述氮化硅層的厚度優選為(0.1～0.2μm)，例如(0.1μm)、(0.12μm)或(0.2μm)。

本發明中，所述第二氧化層的原料可為本領域常規的可作為氧化層的原料，優選為二氧化硅(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)和半絕緣多晶硅(SIPOS)中的一種或多種，例如二氧化硅、硼磷硅玻璃和磷硅玻璃中的一種或多種，再例如二氧化硅、硼磷硅玻璃或磷硅玻璃。