一种功率器件及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种功率器件及其制备方法、应用。该功率器件依次包括相互叠置的一第一氧化层、一氮化硅层、一第二氧化层、一硅片层和一第三氧化层；第一氧化层的厚度为3～5μm；氮化硅层的厚度为0.05～0.2μm；第二氧化层的厚度为0.5～2μm；硅片层的厚度为320～500μm；第三氧化层的厚度为3～5μm。本发明专利技术的功率器件动态性能优异，且能够有效降低薄硅片在淀积钝化层工艺中的翘曲度，工艺方便易行，适宜工业化大生产。

A power device and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种功率器件及其制备方法、应用
本专利技术涉及一种功率器件及其制备方法、应用。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有绝缘栅型场效应管的高输入阻抗和双极型的低导通压降两方面的优点。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。通常在高压3300V的条件下，IGBT可在500μm以上的硅片上制造流片。为了提高IGBT的可靠性和耐压性能，钝化层磷硅玻璃(PSG)的厚度在4μm以上。为了提高IGBT的动态性能(例如模块内部栅极电阻、外部栅极电阻、外部栅极电容、IGBT寄生电容参数、栅极充电电荷和IGBT开关时间等)，需要进一步降低衬底的厚度，例如以400μm薄片配合区熔衬底加离子注入的方式来形成场终止结构。然而，目前衬底的厚度一般为675μm，当采用厚度在350μm以上的薄片来形成场终止结构时，在淀积PSG工艺之后，薄片PSG翘曲太大，以致于后续光刻工艺无法进行。因此，如何克服薄片型功率器件(例如绝缘栅双极型晶体管)钝化后的翘曲问题，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中采用厚度小于675μm的薄片来提升功率器件(例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT))的动态性能时，薄片淀积钝化层(例如磷硅玻璃(PSG))之后，曲率≤150，翘曲太大，以致于后续光刻工艺无法进行的缺陷，而提供了一种功率器件及其制备方法、应用。本专利技术提供的功率器件(例如绝缘栅双极型晶体管)采用500μm以下的薄片形成场终止结构，动态性能优异。本专利技术提供了一种功率器件，其依次包括相互叠置的一第一氧化层、一氮化硅层、一第二氧化层、一硅片层和一第三氧化层；所述第一氧化层的厚度为3～5μm；所述氮化硅层的厚度为0.05～0.2μm；所述第二氧化层的厚度为0.5～2μm；所述硅片层的厚度为320～500μm；所述第三氧化层的厚度为3～5μm。本专利技术中，所述功率器件可为本领域常规的功率器件，一般是指用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件(通常指电流为数十至数百安，电压为数百伏至数千伏以上)，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。本专利技术中，所述第一氧化层的原料可为本领域常规的可作为氧化层的原料，优选为二氧化硅(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)和半绝缘多晶硅(SIPOS)中的一种或多种，例如硼磷硅玻璃和/或磷硅玻璃。本专利技术中，所述第一氧化层的厚度优选为3～4.2μm，例如3μm、3.8μm、4.2μm或5μm。本专利技术中，所述氮化硅层的厚度优选为(0.1～0.2μm)，例如(0.1μm)、(0.12μm)或(0.2μm)。本专利技术中，所述第二氧化层的原料可为本领域常规的可作为氧化层的原料，优选为二氧化硅(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)和半绝缘多晶硅(SIPOS)中的一种或多种，例如二氧化硅、硼磷硅玻璃和磷硅玻璃中的一种或多种，再例如二氧化硅、硼磷硅玻璃或磷硅玻璃。本专利技术中，所述第二氧化层的厚度优选为1～1.2μm，例如1μm或1.2μm。本专利技术中，所述硅片层的厚度优选为320～410μm，例如320μm、410μm或500μm。本专利技术中，所述第三氧化层的原料可为本领域常规的可作为氧化层的原料，优选为二氧化硅(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)和半绝缘多晶硅(SIPOS)中的一种或多种，例如硼磷硅玻璃和/或磷硅玻璃。本专利技术中，所述第三氧化层的厚度优选为3～4.2μm，例如3μm、3.8μm、4.2μm或5μm。在本专利技术一优选实施方式中，所述第一氧化层的厚度为3～4.2μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1～1.2μm，所述硅片的厚度为320～410μm，所述第三氧化层的厚度为3～4.2μm。在本专利技术一优选实施方式中，所述第一氧化层的厚度为3μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1μm，所述硅片的厚度为320μm，所述第三氧化层的厚度为3μm。在本专利技术一优选实施方式中，所述第一氧化层的厚度为3.8μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1.2μm，所述硅片的厚度为410μm，所述第三氧化层的厚度为3.8μm。在本专利技术一优选实施方式中，所述第一氧化层的厚度为5μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1μm，所述硅片的厚度为500μm，所述第三氧化层的厚度为5μm。在本专利技术一优选实施方式中，所述第一氧化层的厚度为4.2μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1μm，所述硅片的厚度为500μm，所述第三氧化层的厚度为4.2μm。本专利技术还提供了一种上述功率器件的制备方法，其包括下述步骤：(1)将能够形成氧化层的原料经气相沉积，淀积于硅片的一侧，得第二氧化层；(2)将能够形成氮化硅层的原料经气相沉积，淀积于步骤(1)中所述的第二氧化层上，得氮化硅层；(3)将能够形成氧化层的原料经气相沉积，淀积于步骤(3)中所述的氮化硅层上，得第一氧化层；将能够形成氧化层的原料经气相沉积，淀积于步骤(1)中所述硅片的另一侧，得第三氧化层；即可。步骤(1)中，所述气相沉积可为本领域常规的气相沉积，一般是指在气相中通过物理和/或化学过程，在工件表面形成功能性薄膜的方法。步骤(1)中，所述气相沉积的方式可为化学气相沉积或物理气相沉积。所述化学气相沉积可为等离子体化学气相沉积或低压化学气相沉积，优选为等离子体气相沉积。步骤(1)中，所述气相沉积的条件可为本领域常规的气相沉积条件，一般可根据气相沉积的方式进行选择。本领域技术人员知晓，所述气相沉积的过程中，可采用惰性气体作为保护气体或是维持一定的气压。所述惰性气体可为本领域常规的惰性气体，例如氮气和/或氩气。步骤(1)中，所述能够形成氧化层的原料可为本领域常规的可在气相中通过物理过程和/或化学过程形成氧化层薄膜的原料，所述能够形成氧化层的原料可根据所述气相沉积的方式进行选择。当所述气相沉积的方式为化学气相沉积，且所述第二氧化层为二氧化硅层时，所述能够形成氧化层的原料优选为硅源和氧源。其中，所述硅源可为本领域常规的可引入硅元素的原料，例如硅烷。其中，所述氧源可为本领域常规的可引入氧元素的原料，例如氧气和/或笑气(N2O)。当所述气相沉积的方式为化学气相沉积，且所述第二氧化层为硼磷硅玻璃层时，所述能够形成氧化层的原料优选为硅源、氧源、硼源和磷源。其中，所述硅源和所述氧源同前所述。其中，所述硼源可为本领域常规的可引入硼元素的原料，例如硼烷。其中，所述磷源可为本领域常规的可引入磷元素的原料，例如磷烷。当所述气相沉积的方式为化学气相沉积，且所述第二氧化层为磷硅玻璃层时，所述能够形成氧化层的原料优选为硅源、氧源和磷源。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率器件，其特征在于，其依次包括相互叠置的一第一氧化层、一氮化硅层、一第二氧化层、一硅片层和一第三氧化层；/n所述第一氧化层的厚度为3～5μm；/n所述氮化硅层的厚度为0.05～0.2μm；/n所述第二氧化层的厚度为0.5～2μm；/n所述硅片层的厚度为320～500μm；/n所述第三氧化层的厚度为3～5μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率器件，其特征在于，其依次包括相互叠置的一第一氧化层、一氮化硅层、一第二氧化层、一硅片层和一第三氧化层；
所述第一氧化层的厚度为3～5μm；
所述氮化硅层的厚度为0.05～0.2μm；
所述第二氧化层的厚度为0.5～2μm；
所述硅片层的厚度为320～500μm；
所述第三氧化层的厚度为3～5μm。


2.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述第一氧化层的原料为二氧化硅、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃和半绝缘多晶硅中的一种或多种，优选为硼磷硅玻璃和/或磷硅玻璃；
和/或，所述第一氧化层的厚度为3～4.2μm，优选为3μm、3.8μm、4.2μm或5μm。


3.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述氮化硅层的厚度为优选为或
和/或，所述硅片层的厚度为320～410μm，优选为320μm、410μm或500μm。


4.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述第二氧化层的原料为二氧化硅、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃和半绝缘多晶硅中的一种或多种，优选为二氧化硅、硼磷硅玻璃和磷硅玻璃中的一种或多种；
和/或，所述第二氧化层的厚度为1～1.2μm，优选为1μm或1.2μm。


5.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述第三氧化层的原料为二氧化硅、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃和半绝缘多晶硅中的一种或多种，优选为硼磷硅玻璃和/或磷硅玻璃；
和/或，所述第三氧化层的厚度为3～4.2μm，优选为3μm、3.8μm、4.2μm或5μm。


6.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述第一氧化层的厚度为3～4.2μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1～1.2μm，所述硅片的厚度为320～410μm，所述第三氧化层的厚度为3～4.2μm；
优选地，所述第一氧化层的厚度为3μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1μm，所述硅片的厚度为320μm，所述第三氧化层的厚度为3μm；或者，所述第一氧化层的厚度为3.8μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1.2μm，所述硅片的厚度为410μm，所述第三氧化层的厚度为3.8μm；或者，所述第一氧化层的厚度为5μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1μm，所述硅片的厚度为500μm，所述第三氧化层的厚度为5μm；或者，所述第一氧化层的厚度为4.2μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1μm，所述硅片的厚度为500μm，所述第三氧化层的厚度为4.2μm。


7.一种如权利要求1～6中任一项所述的功率器件的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：
(1)将能够形成氧化层的原料经气相沉积，淀积于硅片的一侧，得第二氧化层；
(2)将能够形成氮化硅层的原料经气相沉积，淀积于步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘奇斌，陈倩，
申请(专利权)人：上海先进半导体制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31