[发明专利]一种场终止型IGBT器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

近年来，绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate 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2×10¹³～2×10¹⁵/cm³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21和背面区域集电极区22。正面元胞区21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22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21一起做，不影响对现有技术和本发明的实质。

现有技术制造FS型IGBT的方法有三大类。现有技术1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21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22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所示，是仙童（Fairchild Semiconductor）US7645659采用的方法。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21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22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21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22的制造。

现有技术1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。

发明内容