提高igbt性能的先進(jìn)背面工藝制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(jìn)背面工藝制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT (絕緣柵雙極晶體管)是在VDMOS的基礎(chǔ)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(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，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。
[0003]對(duì)于NPT型IGBT (絕緣柵雙極晶體管)，為了實(shí)現(xiàn)高耐壓的要求，需要一定厚度的低濃度N base區(qū)，而N-base的低濃度決定了一定的導(dǎo)通壓降，器件的性能受到限制。為了解決這個(gè)矛盾，在背面P型集電極層與N-base區(qū)之間增加了一層N型緩沖層，也就是說(shuō)，為了降低IGBT產(chǎn)品的總體功耗，IGBT由NPT型(非穿通型)發(fā)展到FS型(場(chǎng)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(chǎng)終止層，即使得IGBT器件以更薄的N-base耐壓區(qū)厚度，獲得同樣的耐壓。為了實(shí)現(xiàn)此N型緩沖層，一般的技術(shù)是通過(guò)背面的離子注入與爐管退火形成，但此技術(shù)存在激活效率不高的問(wèn)題，使得N型緩沖層的濃度與深度都難以達(dá)到要求，對(duì)器件性能的改善作用較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種提高IGBT (絕緣柵雙極晶體管)性能的先進(jìn)背面工藝制作方法。本發(fā)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(dá)到一定的濃度與深度分布，使得器件性能得到優(yōu)化。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)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(jìn)背面工藝制作方法)，包括步驟:
[0006](I)在完成IGBT的正面工藝后，對(duì)晶圓的背面進(jìn)行減薄，然后，對(duì)晶圓的背面進(jìn)行施主雜質(zhì)離子注入；
[0007](2)對(duì)晶圓的背面進(jìn)行激光退火，激活背面注入的施主雜質(zhì)離子，形成作為場(chǎng)終止作用(Field-Stop)的N型緩沖層；
[0008](3)對(duì)晶圓的背面進(jìn)行受主雜質(zhì)離子注入；
[0009](4)對(duì)晶圓的背面進(jìn)行激光退火，激活背面注入的受主雜質(zhì)離子，形成作為集電極的P型集電極層。
[0010]所述步驟(I)中，施主雜質(zhì)離子注入的條件為:
[0011]注入次數(shù)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3X 111Cm 2O
[0012]其中，采用兩次施主雜質(zhì)離子注入時(shí)，分別進(jìn)行一次2MeV的施主雜質(zhì)離子注入，對(duì)晶圓的背面進(jìn)行激光退火后，可形成結(jié)深為4μ m的N型緩沖層；進(jìn)行另一次450KeV的離子注入，對(duì)晶圓的背面進(jìn)行激光退火，可保持2 μ m以內(nèi)的濃度不低于2MeV離子注入的峰值濃度的N型緩沖層。
[0013]所述步驟(2)中，激光退火的條件如下:
[0014]通過(guò)兩束激光交替照射進(jìn)行，激光波長(zhǎng)500nm?600nm，激光能量2.5?4.0J,兩束激光的延遲時(shí)間為0.5?1.6微秒。
[0015]所述步驟(2)中，N型緩沖層的濃度分布如下:
[0016]I)由PN結(jié)處的濃度最低點(diǎn)的深度Xl處上升到深度在X2處的滿足不低于I X 115CnT3且大于10倍的N型襯底(N-base區(qū))濃度的要求的濃度分布；
[0017]其中，深度Xl通常為0.2?0.5μπι之間；深度Χ2通常為0.5?1.0ym之間；
[0018]2)深度由從Χ2處到Χ3處之間的濃度滿足不低于I X 115CnT3且大于10倍的N型襯底(N-base區(qū))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；
[0019]深度X3通常為1.6?2.2μπι之間；
[0020]3)深度由Χ3處到Χ4處之間的濃度由在Χ3處滿足不低于I X 115CnT3且大于N型襯底(N-base區(qū))濃度的要求、降低到X4處的濃度等同于N型襯底(N_base區(qū))濃度的N型緩沖層；
[0021]深度X4通常為4.0?4.5 μ m之間。
[0022]所述步驟(3)中，受主雜質(zhì)離子注入的條件如下:
[0023]注入次數(shù)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 X 112CnT2 ^ Y ^ SXlO1W20
[0024]所述步驟(4)中，激光退火的條件如下:
[0025]通過(guò)兩束激光交替照射進(jìn)行，激光波長(zhǎng)500nm?600nm，激光能量1.5?2.5J，兩束激光的延遲時(shí)間為0.8?1.6微秒。
[0026]所述步驟(4)中，P型集電極層的濃度分布如下:
[0027]I)由背面硅表面到深度在XO之間的，濃度滿足三個(gè)條件:a)濃度范圍在2X 11W3?5X 117CnT3之間的；b)濃度滿足不低于10倍的N型緩沖層的濃度的要求；c)濃度變化不超過(guò)20%的P型集電極層的濃度分布；
[0028]深度XO通常為0.1?0.4 μ m之間。
[0029]2)深度由XO處到Xl處之間的、濃度由在XO處滿足范圍在2X 116CnT3?5X 117Cm-3之間的且滿足不低于10倍的N型緩沖層的濃度的要求降低到PN結(jié)濃度的最低點(diǎn)Xl處的P型集電極層的濃度分布；
[0030]深度Xl通常為0.2?0.5 μ m之間。
[0031]本發(fā)明通過(guò)背面高能離子注入形成背面N型緩沖層，并通過(guò)激光退火的方式激活此N型緩沖層，同時(shí)，通過(guò)背面低能量離子注入的方式形成背面P型集電極層，并通過(guò)激光退火的方式激活此P型集電極層，實(shí)現(xiàn)表面較高濃度的P型集電極層，與濃度由維持穩(wěn)定到逐漸降低的N型緩沖層的濃度梯度，從而有效地降低了 IGBT器件的功耗，縮小了器件尺寸，使得IGBT器件性能得到很好的優(yōu)化。
[0032]本發(fā)明在保證滿足IGBT器件耐壓等參數(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了更薄的N-base區(qū)，從而降低了器件的導(dǎo)通壓降，實(shí)現(xiàn)了其耐壓與導(dǎo)通壓降的更佳的“優(yōu)值”匹配，并且由于其電流密度的提高，使得其器件尺寸可以相應(yīng)的縮小，實(shí)現(xiàn)了其成本的降低，即縮減了成本。
【附圖說(shuō)明】
[0033]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
[0034]圖1是溝槽柵場(chǎng)終止型IGBT正面工藝完成后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2是溝槽柵場(chǎng)終止型IGBT背面減薄后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3是溝槽柵場(chǎng)終止型IGBT背面施主雜質(zhì)離子注入示意圖；
[0037]圖4是在溝槽柵場(chǎng)終止型IGBT背面對(duì)施主雜質(zhì)離子進(jìn)行激光退火的示意圖；
[0038]圖5是溝槽柵場(chǎng)終止型IGBT背面受主雜質(zhì)離子注入示意圖；
[0039]圖6是在溝槽柵場(chǎng)終止型IGBT背面對(duì)受主雜質(zhì)離子進(jìn)行激光退火的示意圖；
[0040]圖7是溝槽柵場(chǎng)終止型IGBT背面金屬化示意圖；
[0041]圖8是平面柵場(chǎng)終止型IGBT正面工藝完成后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖9是平面柵場(chǎng)終止型IGBT背面減薄后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖10是平面柵場(chǎng)終止型IGBT背面施主雜質(zhì)離子注入示意圖；
[0044]圖11是在平面柵場(chǎng)終止型IGBT背面對(duì)施主雜質(zhì)離子進(jìn)行激光退火的示意圖；
[0045]圖12是平面柵場(chǎng)終止型IGBT背面受主雜質(zhì)離子注入示意圖；
[0046]圖13是在平面柵場(chǎng)終止型IGBT背面對(duì)受主雜質(zhì)離子進(jìn)行激光退火的示意圖；
[0047]圖14是平面柵場(chǎng)終止型IGBT背面金屬化示意圖；
[0048]圖15是背面P型集電極與場(chǎng)終止作用的N型緩沖層的SRP形貌示意圖。
[0049]圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0050]11為N型襯底，I為減薄的N型襯底，2為N型緩沖層，3為輕摻雜P阱，4為重?fù)诫sP型，5為N+發(fā)射極，6為溝槽柵極，61為平面柵極，7為層間介質(zhì)(ILD)，8為第一金屬，9為P型集電極，10為第二金屬，12為激光退火。
【具體實(shí)施方式】
[0051]實(shí)施例1
[0052]本實(shí)施例中的提高溝槽(Trench)柵場(chǎng)終止型IGBT性能的先進(jìn)背面工藝制作方法，步驟如下:
[0053](I)按照常規(guī)工藝進(jìn)行IGBT的正面工藝
[0054]準(zhǔn)備一片氣相摻雜或者中子輻照的輕摻雜襯底材料，該襯底材料根據(jù)不同的IGBT器件耐壓要求選擇不同的摻雜濃度或者電阻率。對(duì)襯底材料進(jìn)行正面IGBT工藝的制作，主要工藝包括:耐壓環(huán)與場(chǎng)版的制作，Trench溝槽柵的制作，導(dǎo)通溝道以及P型集電極層的制作，發(fā)射極或者源區(qū)的制作，正面接觸孔、金屬、鈍化層的制作(如圖1所示)。
[0055](2)完成正面工藝后，將晶圓反轉(zhuǎn)，進(jìn)行背面的減薄(如圖2所示)，并且進(jìn)行背面硅腐蝕使得背面表面平整。減薄厚度根據(jù)不同的耐壓等級(jí)決定。
[0056](3)通過(guò)背面高能量離子注入的方式，如注入磷，形成背面的N型緩沖層2 (如圖3所示)。注入能量采用高能量2MeV與450KeV兩次注入，一次2MeV的高能量離子注入經(jīng)過(guò)退火后可形成結(jié)深為4 μ m的N型緩沖層，另一次450KeV的離子注入經(jīng)過(guò)退火后可保持2 μ m以內(nèi)的濃度不低于2MeV離子注入的峰值濃度。該兩次施主雜質(zhì)離子注入的劑量每次不低于 3X 111Cm 2O
[0057](4)通過(guò)背面激光退火的方式，激活背面注入的N型緩沖層2 (如圖4所示)。該激光退火是通過(guò)兩束激光交替照射進(jìn)行，激光波長(zhǎng)控制在500nm?600nm，激光能量控制在2.5J?4.0J之間，兩束激光的延遲時(shí)間控制在0.5?1.6微秒之間。
[0058]通過(guò)該激光工藝的激活，形成如下N型緩沖層2的濃度分布:
[0059]I)由PN結(jié)處的濃度最低點(diǎn)Xl處上升到深度在X2處的滿足不低于I X 115CnT3且大于10倍的N-base區(qū)濃度的要求的濃度分布。
[0060]此處的深度XI,通常為0.2 μ m到0.5 μ m之間。此處的深度X2,通常為0.5 μ m到
1.0 μ m之間。
[0061]2)深度由X2處到X3處之間的、濃度滿足不低于IXlO15Cnr3且大于10倍的N_base區(qū)濃度的要求的且濃度變化X2處高于或等于X3處的N型緩沖層2濃度分布。
[0062]此處的深度X3，通常為1.6 μ m到2.2 μ m之間。
[0063]3)深度由X3處到X4處之間的、濃度由在X3處滿足不低于IX 115CnT3且大于10倍的N-base區(qū)濃度的要求降低到X4處的濃度等同于N-base區(qū)濃度的N型緩沖層2。此處的深度X4,通常為4.0 μ m至Ij 4.5 μ m之間。
[0064](5)通過(guò)一次背面低能量離子注入的方式，形成背面的P型集電極層9 (如圖5所示)。該受主雜質(zhì)離子通常為硼或者二氟化硼，該受主雜質(zhì)離子注入能量控制在1KeV