IGBT器件的制备方法技术

本发明专利技术的IGBT器件的制备方法，其包括如下步骤：1)采用光刻工艺，在衬底背面定义出间隔排列的图形；2)刻蚀衬底背面至预定深度形成槽或孔，在衬底背面形成间隔排列的孔或槽图形；3)采用淀积工艺，在衬底背面的孔或槽图形中填充硅材料，硅材料中掺杂杂质的体浓度在1×1013个原子每立方厘米至1×1020个原子每立方厘米之间；4)对衬底进行退火处理，使掺杂杂质扩散，从而在衬底背面形成掺杂杂质分布均匀的场阻挡层。采用本发明专利技术的方法，能在衬底背面形成较厚的场阻挡层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种IGBT器件的制备方法。
技术介绍
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是一种大功率的电力电子器件。对于大于1200伏以上的IGBT器件来讲，通常需要增加背面场阻挡层以提高器件耐压，减少空穴的发射效率， 降低拴锁效应的风险。现在业界主要是在4英寸或6英寸的硅片上制备IGBT器件，由于4英寸或6英寸的硅片本身厚度就很薄，没有大的工艺风险。而对于8英寸的硅片来说，由于工艺设备所允许的硅片较厚，而带场阻挡层的IGBT器件的制备要求硅片较薄。如在8英寸上制备IGBT 器件，要求背面的场阻挡层的深度在100多微米，而目前的高温推阱工艺达不到这个深度。 因此，这是一个很大的挑战。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种IGBT器件的制备方法，其能在衬底背面形成结深大于100微米以上的场阻挡层。为解决上述技术问题，本专利技术的IGBT器件的制备方法，包括如下步骤步骤一，采用光刻工艺，在衬底背面定义出间隔排列的图形；步骤二，刻蚀所述衬底背面至预定深度形成槽或孔，在衬底背面形成间隔排列的孔或槽图形；步骤三，采用淀积工艺，在衬底背面的孔或槽图形中填充硅材料，所述硅材料中的掺杂杂质的体浓度在IXIO13个原子每立方厘米至IXlO^1个原子每立方厘米之间，且所述掺杂杂质的导电类型与所述衬底的导电类型相反；步骤四，对所述衬底进行退火处理，使所述掺杂杂质热扩散，从而在所述衬底背面形成掺杂杂质分布均勻的场阻挡层。进一步地，上述步骤三中的硅材料为单晶硅、多晶硅或非晶硅。进一步地，上述步骤二中刻蚀形成的为槽，其中槽的侧壁与水平面的夹角为 87° 90°。进一步地，上述步骤二中预定深度为大于100微米。进一步地，上述步骤四中退火处理中处理工艺的温度大于1100度，退火时间大于 5小时。本专利技术的IGBT器件的制备方法，可在硅片背面刻蚀深达100微米以上的孔或槽， 然后用在孔或槽内填充硅材料，并进行高温长时间的推阱，形成较厚的背面场阻挡层。如采用8英寸硅片制备IGBT器件，可先保持硅片原来的厚度，这样也能保持继续作前道工艺，当作完前道器件后，再翻转到硅片背面进行硅片研削至所需的厚度，接着淀积背面电极，这样形成了一个新的IGBT器件结构。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为本专利技术的IGBT器件的制备方法流程图；图2为本专利技术的方法中衬底背面的孔的图形示意图；图3为采用本专利技术的方法制备流程中衬底背面槽刻蚀后的截面结构示意图；图4为硅材料填充衬底背面后的截面结构示意图；图5为退火处理后的衬底背面的截面结构示意图；图6为在衬底背面退火处理后硅切片的SEM图；图7为采用SRP方法表征退火之后衬底背面的结深示意图。具体实施例方式本专利技术的提供出的IGBT器件的制备工艺，即在衬底背面形成结深大100微米以上的场阻挡层。实施例1在该实施例中，IGBT器件的制备工艺，包括如下步骤(参见图1)1、采用光刻工艺，在衬底背面定义出规则排列的孔图形。具体为先设计出规则排列的孔图形，而后制作具有该图形的光刻掩膜版(见图幻；接着在衬底背面旋涂光刻胶，而后采用上述光刻掩膜版进行曝光，在衬底背面形成光刻胶的孔图形。上述光刻工艺和光刻掩膜版的制备工艺，在业界均为成熟技术。在本实施例中，可使用任何已有的光刻技术。2、刻蚀所述衬底背面至预定深度，在衬底背面形成规则排列的孔图形(见图3)。 刻蚀过程中，光刻胶为刻蚀阻挡层。预定深度通常取决于衬底的厚度，如8英寸的衬底较厚，刻蚀深度相应的就深些，以形成整个IGBT的器件。3、在衬底背面的孔内填充硅材料(见图4)，硅材料中的掺杂杂质的体浓度在 IX IOw个原子每立方厘米，且掺杂杂质的导电类型与衬底的导电类型相反。硅材料的淀积工艺一般采用外延生长法，可用同时掺杂外延工艺，具体可为逐步高掺杂的外延工艺，上述硅材料可以是多晶硅，也可以是单晶硅或者非晶硅。4、对衬底进行退火处理，使硅材料内的掺杂杂质扩散，从而在衬底背面形成掺杂杂质分布均勻的场阻挡层(见图幻。退火处理可采用常规的推阱工艺参数，以达到形成杂质均勻分布的场阻挡层。一个具体的设置可为退火腔的温度大于1100度，退火时间大于 5小时。实施例2在该实施例中，IGBT器件的制备，包括如下步骤1、先在衬底(硅片)背面制备刻蚀阻挡层，可以是厚度大于0. 5微米的二氧化硅或氮化硅。二氧化硅的制备方法可为高温氧化工艺。2、采用光刻工艺，在刻蚀阻挡层上的光刻胶上形成规则排列的槽图形。具体的工艺方法和上述实施例中的步骤一相同。3、对刻蚀阻挡层进行刻蚀，形成槽图形。4、接着从硅片背面刻蚀硅片至预定深度，形成槽。槽的深度由硅片的厚度决定，一个具体实例中，槽深度可为100微米以上，槽的侧壁与水平面的夹角可为87° 90°。5、去除硅片背面的刻蚀阻挡层。当刻蚀阻挡层为二氧化硅时，可采用湿法刻蚀去除，即采用化学药液将背面的二氧化硅腐蚀掉。6、接着淀积硅材料，以填充硅片背面的槽。硅材料的淀积一般采用外延生长工艺， 在外延的同时进行自掺杂，其中掺杂杂质的导电类型与衬底的导电类型相反，在硅材料中掺杂杂质的体浓度为IX IO18个原子每立方厘米。外延生长是在外延腔内进行的，相关的工艺步骤和参数设定是本领域的一般技术人员所了解的，这里不再作详细介绍。7、而后对硅片进行退火处理，使掺杂杂质扩散而分布均勻，形成场阻挡层。该步退火处理与通常的离子注入后的退火处理相似，尤其和半导体工艺中的推阱工艺类似。具体的工艺参数同上。图6为在硅片背面退火处理后的硅切片SEM图，其中槽的深度30微米，而最终退火处理后可形成深度为32微米的场阻挡层。图7所示的SRP(扩展电阻探针测试方法)图谱显示，硅片背面的PN结深大于30微米。权利要求1.一种IGBT器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤一，采用光刻工艺，在衬底背面定义出间隔排列的图形；步骤二，刻蚀所述衬底背面至预定深度形成槽或孔，在衬底背面形成间隔排列的孔或槽图形；步骤三，采用淀积工艺，在所述衬底背面的孔或槽图形中填充硅材料，所述硅材料中掺杂杂质的体浓度在1 X IO13个原子每立方厘米至1 X IO20个原子每立方厘米之间；步骤四，对所述衬底进行退火处理，使所述掺杂杂质扩散，从而在所述衬底背面形成掺杂杂质分布均勻的场阻挡层。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤三中的硅材料为单晶硅、多晶硅或非晶硅。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤二中刻蚀形成的为槽，所述槽的侧壁与水平面的夹角为87° 90°。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤二中预定深度为大于100微米。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤四中退火处理中处理工艺的温度大于1100度，退火时间大于5小时。全文摘要本专利技术的IGBT器件的制备方法，其包括如下步骤1)采用光刻工艺，在衬底背面定义出间隔排列的图形；2)刻蚀衬底背面至预定深度形成槽或孔，在衬底背面形成间隔排列的孔或槽图形；3)采用淀积工艺，在衬底背面的孔或槽图形中填充硅材料，硅材料中掺杂杂质的体浓度在1×1013个原子每立方厘米至1×1020个原子每立方厘米之间；4)对衬底进行退火处理，使掺杂杂质扩散，从而在衬底背面形成掺杂杂质分布均匀的场阻挡层。采用本专利技术的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，王海军，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：