一种场终止型IGBT器件的制造方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件技术领域的制造方法，具体涉及一种场终止型IGBT器件的制造方法。该方法包括下述步骤：选择N型掺杂FZ单晶硅片，厚度根据电压等级确定；从硅片背面离子注入磷杂质并实施高温退火，形成厚度15～70um和掺杂浓度2×1013～2×1015/cm3的N型掺杂缓冲层；腐蚀掉背面保护层，采用腐蚀或喷砂方法将背面打毛，形成吸杂源；去除正面保护层，在硅片正面进行IGBT元胞区的制作；从硅片背面研磨5～30um厚度的硅衬底，背面再腐蚀～2um厚度，留下厚度10～65um的N型缓冲层作为场终止区；完成背面集电极区的制作。本发明专利技术不需要昂贵的高能离子注入设备或外延设备可形成10～65um的场终止区，适合1700～6500V?场终止型?IGBT器件制造。

【技术实现步骤摘要】
一种场终止型IGBT器件的制造方法
本专利技术涉及半导体器件
的制造方法，具体涉及一种场终止型IGBT器件的制造方法。
技术介绍
近年来，绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)技术发展很快，已成为节能减排和电能智能化管理的核心器件。电压等级大于2500V的IGBT已经在智能电网的高压直流输电和灵活交流输电电力系统中开始广泛应用。阻断电压大于2500V的IGBT最早是非穿通型(non-punch through,简称NPT型)，近年来开发成功了场终止型(Field stop，简称FS型)结构的IGBT。FS型IGBT比NPT型IGBT总厚度薄，在集电极和基区之间增加一层厚度15?40um、N型掺杂、杂质浓度为2X IO13?2X IO1Vcm3的缓冲层。其作用是高压下电场强度在该层迅速减少实现电场终止，因此被称作场终止区或电场截止区。比起NPT型IGBT，FS型IGBT具有导通压降低、关断损耗低和不需要降低载流子寿命就可以快速关断的优点。也正因为通态损耗和关断损耗低，FS型IGBT具有更高的可靠性。FS型IGBT的结构如图1所示，包括:IGBT的硅衬底或N-基区01，FS区02，正面元胞区和背面区域集电极区益。正面元胞区红包括:载流子存储层N区03，场氧化层04，栅氧化层05，多晶硅栅极06，P阱07，N+区08，P+区09，隔离介质10和发射极金属11。背面区域集电极区益包括:集电极P型掺杂区12和集电极金属13。实际上还有终端保护区的制造工序，因不是本文重点，可视作和正面元胞区红一起做，不影响对现有技术和本专利技术的实质。现有技术制造FS型IGBT的方法有三大类。现有技术I如图2所示，是英飞凌(Infineon)US7538412 和国际整流器公司(International Rectifier, IR) CN01811704.X采用的方法。结合图1解释如下:步骤101，选择硅衬底，例如N型掺杂FZ硅衬底01 ;步骤102，在硅衬底01的正面完成IGBT元胞区红的制造；步骤103，从硅片背面研磨硅片至所需要厚度；步骤104，从硅片背面注入H+离子退火激活形成FS区02 ;步骤105，完成背面集电极区益的制造，即从硅片背面注入P型杂质，采用热退火或者激光退火激活注入的P杂质，形成集电极掺杂区12，淀积集电极金属层13，形成欧姆接触。现有技术2如图3所不，是仙童(Fairchild Semiconductor)US7645659米用的方法。步骤201，选择硅衬底，掺杂浓度与FS相当，N型掺杂；步骤202，在硅衬底上外延IGBT基区01 ;步骤203，完成IGBT元胞区的工制造；步骤204，从背面研磨N型硅片衬底，保留一定厚度的N型硅片作为FS层02 ;步骤205，完成背面集电极区益的制造。现有技术3 如图 4 所示，是富士(Fuji) US7776660 和瑞萨(Renesas) US6559023采用的方法。步骤301，选择硅衬底；步骤302，完成IGBT元胞区红的制造；步骤303，从背面研磨硅片至所需要厚度；步骤304，从硅片背面注入磷离子并采用常规热退火或激光退火激活，形成较薄的(2um左右)FS区02 ;步骤305，完成背面集电极区益的制造。现有技术I的缺点是需要高能量H+注入机，这种设备昂贵、占地面积大。现有技术2适合做低阻断电压的IGBT(例如600V)，因为电压等级1200V以上的IGBT需要外延层厚度120um以上，制造成本高。现有技术3的缺点是FS区太薄，工艺难控制，有潜在漏电风险；另外，激光还存在退火不均匀问题，而且设备昂贵。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种场终止型IGBT器件的制造方法，本专利技术不需要昂贵的高能离子注入设备或外延设备可形成10?65um的场终止区，适合1700?6500V场终止型IGBT器件制造。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的:本专利技术提供一种场终止型IGBT器件的制造方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤:步骤001，选择N型掺杂FZ (区熔法)单晶硅片，厚度根据电压等级确定；步骤002，从硅片背面离子注入杂质并实施高温退火，形成厚度15?70um和掺杂浓度2 X IO13?2 X IO1Vcm3的N型掺杂缓冲层；步骤003，腐蚀掉背面保护层，采用腐蚀或喷砂方法将背面打毛，形成吸杂源；步骤004，去除硅片正面的保护层，在硅片正面进行IGBT器件元胞区的制造；步骤005，从硅片背面研磨5?30um厚度的硅衬底，背面再腐蚀2um厚度，留下厚度10?65um的N型缓冲层作为场终止区；步骤006，完成背面集电极区的制造。优选的，在硅片背面制造N型掺杂缓冲层之前，先在硅片正面和硅片背面形成保护层；IGBT器件正面元胞区制造开始前，除去硅片正面的保护层。较优选的，硅片正面保护层包括两层，一层为二氧化硅Si02，厚度为IOnm?200nm，采用常规热氧化法形成或低压化学汽相淀积法形成；另一层为氮化硅，采用低压化学汽相淀积法形成；硅片背面保护层为二氧化硅Si02，厚度为IOnm?200nm，是和正面保护层二氧化硅采用常规热氧化法或低压化学汽相淀积法同时形成。优选的，所述步骤001中，所述电压等级为1700V?6500V。较优选的，对于1700V场终止型IGBT器件，选择厚度为160?240um的硅片；对于2500V场终止型IGBT器件，选择厚度为260?340um的硅片；对于3300V场终止型IGBT器件，选择厚度为360?440um的硅片；对于4500V场终止型IGBT，选择厚度为500?600um的硅片；对于6500V场终止型IGBT，选择厚度为620?720um的硅片。优选的，所述步骤002中，硅片背面形成N型掺杂缓冲层时，所用离子注入的杂质是磷或砷，剂量为5 X IO1Vcm2?5 X IO1Vcm2 ;退火温度在1100°C?1280°C范围，退火时间30分钟?240小时。较优选的，所述N型掺杂缓冲层最高浓度为IXlO14?2 XlO1Vcm3, N型掺杂缓冲层宽度为15?70um。优选的，所述步骤003中，硅片背面吸杂源采用腐蚀背面形成，或通过对背面喷砂并将背面打毛实现。较优选的，硅片背面采用腐蚀或喷砂方式将背面打毛后，淀积厚度为0.5~3um的非掺杂多晶硅。优选的，所述步骤004中，当完成IGBT器件硅片正面元胞区制造时，在N型掺杂缓冲层上留有残留层。优选的，所述步骤005中，从硅片背面研磨掉残留层以及5~30um厚度的硅衬底；所述场终止区的厚度为10~65um。优选的，所述步骤006中，完成背面集电极区的制造包括:从硅片背面注入P型杂质，采用热退火或者激光退火激活注入的磷杂质，形成0.4~1.0um的集电极掺杂区，淀积集电极金属层，形成欧姆接触。与现有技术比，本专利技术达到的有益效果是:本专利技术没有特殊设备要求，具有制造成本低和易推广的优点。不需要昂贵的高能离子注入设备或外延设备可形成10~65um的场终止区,适合1700~6500V场终止型IGBT器件制造。具体的:与现有技术I相比较，不需要昂贵的高能离子注入设备可形成10~65um的场终止区；与现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：步骤001，选择N型掺杂区熔法单晶硅片，厚度根据电压等级确定；步骤002，从硅片背面离子注入杂质并实施高温退火，形成厚度15～70um和掺杂浓度2×1013～2×1015/cm3的N型掺杂缓冲层；步骤003，腐蚀掉背面保护层，采用腐蚀或喷砂方法将背面打毛，形成吸杂源；步骤004，去除硅片正面的保护层，在硅片正面进行IGBT器件元胞区的制造；步骤005，从硅片背面研磨5～30um厚度的硅衬底，背面再腐蚀2um左右厚度的硅衬底，留下厚度10～65um的N型缓冲层作为场终止区；步骤006，完成背面集电极区的制造。

【技术特征摘要】
1.一种场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤: 步骤001，选择N型掺杂区熔法单晶硅片，厚度根据电压等级确定； 步骤002，从硅片背面离子注入杂质并实施高温退火，形成厚度15~70um和掺杂浓度2 X IO13~2 X IO1Vcm3的N型掺杂缓冲层； 步骤003，腐蚀掉背面保护层，采用腐蚀或喷砂方法将背面打毛，形成吸杂源； 步骤004，去除硅片正面的保护层，在硅片正面进行IGBT器件元胞区的制造； 步骤005，从硅片背面研磨5~30um厚度的硅衬底，背面再腐蚀2um左右厚度的硅衬底，留下厚度10~65um的N型缓冲层作为场终止区； 步骤006，完成背面集电极区的制造。2.如权利要求1所述的场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于，在硅片背面制造N型掺杂缓冲层之前，先在硅片正面和硅片背面形成保护层；IGBT器件正面元胞区制造开始前，除去硅片正面的保护层。3.如权利要求2所述的场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于，硅片正面保护层包括两层，一层为二氧化硅Si02，厚度为IOnm~200nm，采用常规热氧化法形成或低压化学气相淀积法形成；另一层为氮化硅，采用低压化学气相淀积法。 硅片背面保护层为二氧化硅Si02，厚度为IOnm~200nm，是和正面保护层二氧化硅采用常规热氧化法或低压化学汽相淀积法同时形成。4.如权利要求1所述的场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于，所述步骤001中，所述电压等级为1700V~6500V。·5.如权利要求4所述的场终止型IGBT器件的制造方法，其特征在于，对于1700V场终止型IGBT器件，选择厚度为160~240um的硅片；对于2500V场终止型IGBT器件，选择厚度为260~340um的硅片；对于33...

【专利技术属性】
技术研发人员：高文玉，刘隽，王耀华，刘钺杨，刘江，于坤山，张宇，包海龙，车家杰，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网智能电网研究院，国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：