提高IGBT性能的背面工艺制作方法技术

本发明专利技术公开了一种提高IGBT性能的先进背面工艺制作方法，包括步骤：（1）在完成IGBT的正面工艺后，对晶圆的背面进行减薄，然后，对晶圆的背面进行施主杂质离子注入；（2）对晶圆的背面进行激光退火，激活背面注入的施主杂质离子，形成作为场终止作用的N型缓冲层；（3）对晶圆的背面进行受主杂质离子注入；（4）对晶圆的背面进行激光退火，激活背面注入的受主杂质离子，形成作为集电极的P型集电极层。本发明专利技术实现了其耐压与导通压降的更佳的“优值”匹配，并且由于其电流密度的提高，使得其器件尺寸可以相应的缩小，实现了其成本的降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种IGBT(绝缘栅双极晶体管)的制备工艺，特别是涉及一种提高IGBT性能的先进背面工艺制作方法。
技术介绍
IGBT (绝缘栅双极晶体管)是在VDMOS的基础上，在其承受高压的N_base (N型衬底)背面增加一层P型薄层，引入了电导调制效应，从而大大提高了器件的电流处理能力。此类IGBT称为NPT型IGBT，即非穿通型IGBT。对于NPT型IGBT (绝缘栅双极晶体管)，为了实现高耐压的要求，需要一定厚度的低浓度N base区，而N-base的低浓度决定了一定的导通压降，器件的性能受到限制。为了解决这个矛盾，在背面P型集电极层与N-base区之间增加了一层N型缓冲层，也就是说，为了降低IGBT产品的总体功耗，IGBT由NPT型(非穿通型)发展到FS型(场终止型)，即在背面集电极P型集电极层与N-base层之间增加一层N型缓冲层，该层被称为场终止层，即使得IGBT器件以更薄的N-base耐压区厚度，获得同样的耐压。为了实现此N型缓冲层，一般的技术是通过背面的离子注入与炉管退火形成，但此技术存在激活效率不高的问题，使得N型缓冲层的浓度与深度都难以达到要求，对器件性能的改善作用较小。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种提高IGBT (绝缘栅双极晶体管)性能的先进背面工艺制作方法。本专利技术采用背面高能离子注入与激光退火，并且控制P型集电极层与N型缓冲层达到一定的浓度与深度分布，使得器件性能得到优化。为解决上述技术问题，本专利技术的提高绝缘栅双极晶体管(IGBT)性能的背面工艺制作方法(先进背面工艺制作方法)，包括步骤:(I)在完成IGBT的正面工艺后，对晶圆的背面进行减薄，然后，对晶圆的背面进行施主杂质离子注入；(2)对晶圆的背面进行激光退火，激活背面注入的施主杂质离子，形成作为场终止作用(Field-Stop)的N型缓冲层；(3)对晶圆的背面进行受主杂质离子注入；(4)对晶圆的背面进行激光退火，激活背面注入的受主杂质离子，形成作为集电极的P型集电极层。所述步骤(I)中，施主杂质离子注入的条件为:注入次数为两次；注入的离子包括:磷；注入能量为450KeV?2MeV ;每次注入剂量不低于3X 111Cm 2O其中，采用两次施主杂质离子注入时，分别进行一次2MeV的施主杂质离子注入，对晶圆的背面进行激光退火后，可形成结深为4μ m的N型缓冲层；进行另一次450KeV的离子注入，对晶圆的背面进行激光退火，可保持2 μ m以内的浓度不低于2MeV离子注入的峰值浓度的N型缓冲层。所述步骤(2)中，激光退火的条件如下:通过两束激光交替照射进行，激光波长500nm?600nm，激光能量2.5?4.0J,两束激光的延迟时间为0.5?1.6微秒。所述步骤(2)中，N型缓冲层的浓度分布如下:I)由PN结处的浓度最低点的深度Xl处上升到深度在X2处的满足不低于I X 115CnT3且大于10倍的N型衬底(N-base区)浓度的要求的浓度分布；其中，深度Xl通常为0.2?0.5μπι之间；深度Χ2通常为0.5?1.0ym之间；2)深度由从Χ2处到Χ3处之间的浓度满足不低于I X 115CnT3且大于10倍的N型衬底(N-base区)浓度的要求的、且浓度变化的深度X2处高于或等于X3处的N型缓冲层浓度分布；深度X3通常为1.6?2.2μπι之间；3)深度由Χ3处到Χ4处之间的浓度由在Χ3处满足不低于I X 115CnT3且大于N型衬底(N-base区)浓度的要求、降低到X4处的浓度等同于N型衬底(N_base区)浓度的N型缓冲层；深度X4通常为4.0?4.5 μ m之间。所述步骤(3)中，受主杂质离子注入的条件如下:注入次数为一次注入；注入的离子包括:硼或者二氟化硼；注入能量为10?30KeV ;注入剂量记为Y，该Y的范围为:5 X 112CnT2 ^ Y ^ SXlO1W20所述步骤(4)中，激光退火的条件如下:通过两束激光交替照射进行，激光波长500nm?600nm，激光能量1.5?2.5J，两束激光的延迟时间为0.8?1.6微秒。所述步骤(4)中，P型集电极层的浓度分布如下:I)由背面硅表面到深度在XO之间的，浓度满足三个条件:a)浓度范围在2X 11W3?5X 117CnT3之间的；b)浓度满足不低于10倍的N型缓冲层的浓度的要求；c)浓度变化不超过20%的P型集电极层的浓度分布；深度XO通常为0.1?0.4 μ m之间。2)深度由XO处到Xl处之间的、浓度由在XO处满足范围在2X 116CnT3?5X 117Cm-3之间的且满足不低于10倍的N型缓冲层的浓度的要求降低到PN结浓度的最低点Xl处的P型集电极层的浓度分布；深度Xl通常为0.2?0.5 μ m之间。本专利技术通过背面高能离子注入形成背面N型缓冲层，并通过激光退火的方式激活此N型缓冲层，同时，通过背面低能量离子注入的方式形成背面P型集电极层，并通过激光退火的方式激活此P型集电极层，实现表面较高浓度的P型集电极层，与浓度由维持稳定到逐渐降低的N型缓冲层的浓度梯度，从而有效地降低了 IGBT器件的功耗，缩小了器件尺寸，使得IGBT器件性能得到很好的优化。本专利技术在保证满足IGBT器件耐压等参数的基础上实现了更薄的N-base区，从而降低了器件的导通压降，实现了其耐压与导通压降的更佳的“优值”匹配，并且由于其电流密度的提高，使得其器件尺寸可以相应的缩小，实现了其成本的降低，即缩减了成本。【附图说明】下面结合附图与【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细的说明:图1是沟槽栅场终止型IGBT正面工艺完成后的结构示意图；图2是沟槽栅场终止型IGBT背面减薄后的结构示意图；图3是沟槽栅场终止型IGBT背面施主杂质离子注入示意图；图4是在沟槽栅场终止型IGBT背面对施主杂质离子进行激光退火的示意图；图5是沟槽栅场终止型IGBT背面受主杂质离子注入示意图；图6是在沟槽栅场终止型IGBT背面对受主杂质离子进行激光退火的示意图；图7是沟槽栅场终止型IGBT背面金属化示意图；图8是平面栅场终止型IGBT正面工艺完成后的结构示意图；图9是平面栅场终止型IGBT背面减薄后的结构示意图；图10是平面栅场终止型IGBT背面施主杂质离子注入示意图；图11是在平面栅场终止型IGBT背面对施主杂质离子进行激光退火的示意图；图12是平面栅场终止型IGBT背面受主杂质离子注入示意图；图13是在平面栅场终止型IGBT背面对受主杂质离子进行激光退火的示意图；图14是平面栅场终止型IGBT背面金属化示意图；图15是背面P型集电极与场终止作用的N型缓冲层的SRP形貌示意图。图中附图标记说明如下:11为N型衬底，I为减薄的N型衬底，2为N型缓冲层，3为轻掺杂P阱，4为重掺杂P型，5为N+发射极，6为沟槽栅极，61为平面栅极，7为层间介质(ILD)，8为第一金属，9为P型集电极，10为第二金属，12为激光退火。【具体实施方式】实施例1本实施例中的提高沟槽(Trench)栅场终止型IGBT性能的先进背面工艺制作方法，步骤如下:(I)按照常规工艺进行IGBT的正面工艺准备一片气相掺杂或者中子辐照的轻掺杂衬底材料，该衬底材料根据不同的IGBT器件耐压要求选择不同的掺杂浓度或者电阻率。对衬底材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高绝缘栅双极晶体管IGBT性能的背面工艺制作方法，其特征在于，包括步骤：（1）在完成绝缘栅双极晶体管IGBT的正面工艺后，对晶圆的背面进行减薄，然后，对晶圆的背面进行施主杂质离子注入；（2）对晶圆的背面进行激光退火，激活背面注入的施主杂质离子，形成作为场终止作用的N型缓冲层；（3）对晶圆的背面进行受主杂质离子注入；（4）对晶圆的背面进行激光退火，激活背面注入的受主杂质离子，形成作为集电极的P型集电极层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，马彪，斯海国，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31