[发明专利]一种场截止绝缘栅双极型晶体管器件的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域的功率半导体器件，具体为一种适用于场截止绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)的制作方法。

背景技术

IGBT是由BJT和MOSFET组成的电压驱动式复合型电力电子器件，同时具备MOS管与双极型晶体管的特点，具有良好的开关速度、较小的导通压降等特点，广泛用于电力电子应用电路中。但是IGBT在关断时候存在拖尾电流，极大地增大了器件的关断损耗。如何改善IGBT导通压降与关断损耗之间的折中关系成为目前国际上的研究热点。

目前，IGBT的主流技术是Trench gate(沟槽栅)+FS(场截止)技术，很好地改善了IGBT导通压降与关断损耗之间的折中关系。对于常见的以N型Si衬底为主的IGBT来说，实现FS技术的关键在于背面P集电极和N-漂移区之间形成一层N缓冲层，使器件内电场分布呈四边形。传统工艺一般采用磷元素作为施主掺杂，但由于FS层并不在芯片表面，而是需要在薄片的基础上，在背面一般形成10um的结深，由于磷在Si中的扩散系数较低，因此，通过常规的注入和扩散工艺很难形成有效的FS层，通常需要特殊的减薄设备及激光退火等高端设备来实现，工艺成本较高，且实现难度较大。

发明内容

本发明的目的是针对用常规材料和传统工艺难以在IGBT中形成FS层的问题，提出一种实现场截止型绝缘栅双极型晶体管的工艺制作方法，N-buffer层在器件中起到FS电场截止的作用，所以也叫FS层。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种场截止绝缘栅双极型晶体管器件的制作方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、基于IGBT工艺平台，在Si单晶片的一面形成基本的金属氧化物半导体的MOS结构，包括N-drift上热生长的栅氧化层以及栅氧化层上淀积的poly-si层，所述Si单晶片为n型的单晶硅片，所述的MOS结构一侧定义为Si单晶片的正面，另一侧定义为背面；

步骤2：对Si单晶片的背面即N-buffer层进行第一次减薄，通过机械方法或化学腐蚀方法将单晶片减薄至160um-250um，再对Si单晶片进行清洗；

步骤3：选择施主元素作为离子注入源，通过离子注入方式，在单晶片的背面注入一层施主离子；

步骤4：通过扩散炉对背面注入后的硅单晶片进行高温扩散，形成厚度为50um至150um的N-buffer层，作为FS-IGBT的场截止层；

步骤5：选择受主元素作为离子注入源，通过离子注入方式，在单晶片的正面注入一层受主离子，经过高温扩散形成IGBT的P-base区；

步骤6：选择施主元素作为离子注入源，通过离子注入方式，在单晶片的正面注入一层施主离子，并经过高温扩散形成IGBT的n+源区；

步骤7：通过低压化学气相淀积LPCVD在硅单晶片正面淀积金属前介质层，并进行孔刻蚀，形成IGBT金属电极区即metal区；

步骤8：通过光刻、溅射或蒸发金属的方法，制作Si单晶片正面电极，所述正面金属电极的金属材料为Al或Al-Si-Cu；

步骤9：对Si单晶片的背面进行第二次减薄，通过机械方法或化学腐蚀方法将单晶片减薄至80um至120um，再对Si单晶片进行清洗；

步骤10：选择受主元素作为离子注入源，通过离子注入方式，在单晶片的背面注入一层受主离子；

步骤11：通过扩散炉对背面注入后的硅单晶片进行高温退火，完成对背面注入离子的激活，形成FS-IGBT的P-collector层；

步骤12：通过蒸发金属的方法，制作Si单晶片背面金属电极，得到完整的FS-IGBT器件。

进一步地，所述步骤3中，常规施主元素为Se或Te元素；；Se注入能量为30Kev至1Mev，注入剂量为1E12cm^-2至1E16cm^-2。

进一步地，所述步骤4中，高温扩散为800℃至1250℃，所述扩散时间为30min至15h。

进一步地，所述步骤5中，常规受主元素为B或Al元素；所述注入能量为60Kev至120Kev，剂量为1E13cm^-2至1E15cm^-2。

进一步地，所述步骤6中，施主元素为P或As元素，离子注入的能量为30Kev至160Kev，所述剂量为1E15cm^-2至2E16cm^-2。