本发明专利技术涉及电子器件领域，公开了一种制作IGBT器件的方法及其装置。本发明专利技术中，背面的FS区和集电极不是在完成IGBT的MOSFET制作和背面研磨后进行，而是穿插在MOSFET制作工序的前后和中间。通过先形成较厚的FS，在形成所需厚度的FS后再做正面MOSFET等器件，不影响之后制作的硅片正面MOSFET等器件特性。而硅片正面器件制作的高温过程对20～30μm厚的FS影响很小。背面集电极P型杂质是在正面MOSFET的侧壁氧化层淀积后离子注入的，激活则是靠制作正面MOSFET的热过程激活，激活率高，也可消除离子注入产生的损伤。从而可以制作出具有高击穿电压、低漏电、导通压降正温度系数、低开关损耗的IGBT。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子器件领域，特别涉及电子器件领域中的IGBT器件制作技术。
技术介绍
近年来绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称“IGBT”)技术发展很快，已成为电力电子领域最重要的大功率主流器件之一。最早IGBT种类有穿通型(punch through,简称 “PT”)和非穿通型(non-punch through,简称 “NPT”)。近年发展起来场终止(Field stop，简称“FS”)结构的IGBT，其中FS区是N型掺杂区，t匕IGBT中的N-区掺杂浓度高，其作用是高压下电场强度在该层迅速减少实现电场终止。FS 型IGBT的导通压降或导通损耗低、导通压降温度系数为正，便于大功率的并联使用。FS型IGBT的结构如图I所示，包括IGBT的硅衬底N-区01，FS区02，背面P型区(即集电极)03，背面金属层04，和正面的金属-氧化物-半导体场效应晶体管(metal-oxi de-semi conductor field effect transistor,简称 “M0SFET”)05。MOSFET 区05包括P阱区05-1，N+区05-2，P+区05_3，栅介质05_4，多晶硅栅极05_5，多晶硅栅的侧壁氧化层05-6，发射极引出金属05-7。IGBT硅片背面由FS 02和集电极03组成的PN结对FS型IGBT十分重要。集电极03要求是透明集电极，即P型区的厚度不能太厚(一般约0.5um)，浓度不能太高，使得集电极空穴注入效率低于50%。FS的掺杂浓度和厚度(或者杂质分布)和IGBT应用相关。FS浓度增高，击穿电压增加；厚度增加有利于降低关断损耗。但如果FS掺杂浓度太高或太厚，会引起温度特性变差。目前，制作FS型IGBT的最常用方法流程如图2所示。首先在硅衬底01正面上制作MOSFET器件05，然后用研磨的方法从硅片背面去掉制作MOSFET时留下的残留层和部分硅衬底。残留层一般包括SiN、Si02和多晶硅。研磨部分硅衬底的目的是使最终硅片厚度达到设计所需值，获得理想击穿电压和开关特性等。用离子注入机分别从硅片01的背面注入N型和P型杂质。采用热退火或者激光退火激活注入的杂质，形成FS区02和集电极极03。在P型区03的下表面淀积金属层04，形成欧姆接触。具体可参见相关专利“US6559023”、“US7776660”、“CN200810055627. I”。然而，本专利技术的专利技术人发现，目前的FS型IGBT的制作方法存在以下缺陷第一，离子注入FS和集电极所需的杂质后，退火温度不能太高(一般小于4500C )，否则会影响已经做在正面的MOSFET器件05的特性，低退火温度使得N型和P型杂质激活率低，而且离子注入产生的缺陷也不能充分消除，导致IGBT漏电较大。激光退火可以使背面短时间达到高温，提高激活率，但激光是依靠扫描方式实现整片退火，存在退火不均匀问题。第二，高击穿电压IGBT需要较宽(例如30um)和杂质浓度较淡的FS，靠离子注入机和温度低于450°C退火或激光退火无法形成高击穿电压需要的20um 30um的FS区
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制作IGBT器件的方法及其装置，以制作出具有高击穿电压、低漏电、导通压降正温度系数、低开关损耗的IGBT。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式提供了一种制作IGBT器件的方法，包含以下步骤在硅片正面制作金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFET之前，先在硅片背面制作场终止FS区；在硅片背面形成FS区后，在硅片正面开始进行MOSFET的制作；在完成MOSFET的侧壁氧化层淀积后，暂停MOSFET的后续制作，除去硅片背面的残 留层，在硅片背面离子注入集电极所需P型杂质；在完成P型杂质的注入后，进行MOSFET的后续制作，在MOSFET的后续制作中，同时完成P型杂质的激活。本专利技术的实施方式还提供了一种制作IGBT器件的装置，包含FS区制作模块、MOSFET制作模块、集电极制作模块；FS区制作模块用于在硅片背面制作场终止FS区，并在硅片背面形成FS区后，触发MOSFET制作模块；MOSFET制作模块用于在硅片正面制作金属-氧化物-半导体场效应晶体管M0SFET，其中，当完成MOSFET的侧壁氧化层淀积后，暂停MOSFET的后续制作，触发集电极制作模块；集电极制作模块用于除去硅片背面的残留层，在硅片背面离子注入集电极所需P型杂质；集电极制作模块在完成P型杂质的注入后，指示MOSFET制作模块进行MOSFET的后续制作，并在MOSFET的后续制作中，同时完成P型杂质的激活。本专利技术实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于背面的FS区和集电极不是在完成IG BT的MOSFET制作和背面研磨后进行，而是穿插在MOSFET制作工序的前后和中间。在制作MOSFET之前，先在硅片背面制作场终止FS区，形成所需厚度的FS后再做正面MOSFET等器件。由于先形成较厚的FS，不影响之后制作的硅片正面MOSFET等器件特性。而硅片正面器件制作的高温过程对20um 30um厚的FS影响很小。在制作正面MOSFET的侧壁氧化层淀积后，除去背面残留层，背面离子注入集电极所需P型杂质，背面集电极P型杂质激活是靠制作正面MOSFET的热过程激活，激活率高，也可消除离子注入产生的损伤。因此，可以制作出具有高击穿电压、低漏电、导通压降正温度系数、低开关损耗的IGBT。此外，没有特殊设备要求，适用于标准CMOS集成电路代工厂。进一步地，在硅片背面制作FS区之前，先在硅片正面和硅片背面形成保护层，以保证硅片正面和背面不会被制作过程划伤。开始进行MOSFET的制作之前，除去硅片正面的保护层，而背面保护层需一直保留到最后背面金属淀积前去除，以保护背面PN结不会被划伤。进一步地，可以通过背面离子注入N型杂质和高温扩散，形成所需厚度(20um 30um)的FS区，也可以用背面外延法代替离子注入和高温扩散形成所需厚度(20um 30um)的FS区，使得本专利技术的实施方式灵活多变。进一步地，在MOSFET的后续制作中，控制MOSFET的P+区和N+区退火温度大于850°C并且小于1100°C，退火时间小于2小时。当采用常规炉管退火时，温度较低；采用快速热退火(Rapid thermal anneal)时,温度较低，时间较短。这样可以保证同时完成杂质的激活前提下背面集电极13扩散较慢，对集电极13和FS12形成的PN结深影响较小。附图说明图I是根据现有技术中的FS型IGBT的结构示意图；图2是根据现有技术中的FS型IGBT的制作方法流程；图3是根据本专利技术第一实施方式的制作IGBT器件的方法流程图；图4是根据本专利技术第一实施方式中的在硅片正面和硅片背面形成保护层的示意图；图5是根据本专利技术第一实施方式中的在硅片背面制作FS区的示意图；图6是根据本专利技术第一实施方式中的FS区N型杂质分布的形状示意图；图7是根据本专利技术第一实施方式中的多晶硅侧壁用氧化层淀积后的IGBT的结构示意图；图8是根据本专利技术第一实施方式中的在硅片背面离子注入集电极所需P型杂质的示意图；图9是根据本专利技术第一实施方式中的完成MOSFET后续制作的示意图；图10是根据本专利技术第一实施方式中的除去本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种制作IGBT器件的方法，其特征在于，包含以下步骤 在硅片正面制作金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFET之前，先在硅片背面制作场终止FS区； 在所述硅片背面形成所述FS区后，在所述硅片正面开始进行所述MOSFET的制作； 在完成所述MOSFET的侧壁氧化层淀积后，暂停所述MOSFET的后续制作，除去硅片背面的残留层，在所述硅片背面离子注入集电极所需P型杂质； 在完成所述P型杂质的注入后，进行所述MOSFET的后续制作，在所述MOSFET的后续制作中，同时完成所述P型杂质的激活。2.根据权利要求I所述的制作IGBT器件的方法，其特征在于，还包含以下步骤 在硅片背面制作所述FS区之前，在所述硅片正面和所述硅片背面形成保护层； 在制作所述FS区时，制作的所述FS区透过所述硅片背面的保护层； 在所述硅片背面形成所述FS区后，开始进行所述MOS FET的制作之前，除去所述硅片正面的保护层； 在所述硅片背面离子注入集电极所需P型杂质时，注入的所述P型杂质透过所述硅片背面的保护层； 在完成所述MOSFET的后续制作后，除去所述硅片背面的保护层。3.根据权利要求2所述的制作IGBT器件的方法，其特征在于，所述保护层的材质为SiN或Si02与SiN的复合层，其中，所述保护层中的Si02通过热氧化法形成，所述保护层中的SiN通过低压化学汽相淀积法LPCVD形成。4.根据权利要求3所述的制作IGBT器件的方法，其特征在于，所述保护层的厚度大于或等于300A，并且小于或等于1500A。5.根据权利要求2所述的制作IGBT器件的方法，其特征在于，通过以下方式，制作所述FS区 在硅片背面注入N型离子，将所述N型离子穿过背面保护层，剂量大于或等于2E11/cm2并且小于或等于lE13/cm2，并在高温掺氧气氛中热退火，退火温度大于或等于1100°C并且小于或等于1250°C，时间大于或等于2小时并且小于或等于30小吋。6.根据权利要求2所述的制作IGBT器件的方法，其特征在于，通过以下方式，制作所述FS区 除去所述硅片背面的保护层； 在所述硅片背面外延N型硅，外延的N型硅的厚度和杂质浓度根据待制作的所述FS区的需求确定； 在所述硅片背面重新形成保护层。7.根据权利要求2至6中任一项所述的制作IGBT器件的方法，其特征在于，在所述硅片背面离子注入集电极所需P型杂质的步骤中，注入的P型杂质的剂量大于或等于1E12/cm2并且小于或等于5E15/cm2 ； 所述集电极和所述FS区形成的PN结深度大于或等于O. 3um并且小于或等于lum。8.根据权利要求2至6中任一项所述的制作IGBT器件的方法，其特征在干，所述MOSFET的后续制作中，包含以下子步骤 控制所述MOSFET的P+区和N+区退火温度大于850°C并且小于1100°C，退火时间小于2小时。9.ー种制作IGBT器件的装置，其特征在于，包含FS区制作模块、MOSFET制作模块、集电极制作模块； 所述FS区制作模块用于在硅片背面制作场终止FS区，并在所述硅片背面形成所述FS区后，触发所述MOSFET制作模块； ...
【专利技术属性】
技术研发人员：高文玉，马正焜，邹世昌，
申请(专利权)人：上海北车永电电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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