有效降低功耗的igbt器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種IGBT (絕緣柵雙極晶體管)器件的制作方法，特別是涉及一種有效降低功耗的IGBT器件的制作方法。
【背景技術】
[0002]IGBT (絕緣柵雙極晶體管)，是在VDMOS的基礎上，在其承受高壓的N_base飄移區(N型IGBT的N-層)之下增加一層P型薄層，引入了電導調制效應，從而大大提高了器件的電流處理能力。此類IGBT稱為NPT型IGBT，即非穿通型IGBT。
[0003]對于NPT型IGBT (絕緣柵雙極晶體管)，為了實現高耐壓的要求，需要一定厚度的低濃度N-base區，而N-base的低濃度決定了一定的導通壓降，器件的性能受到限制。
[0004]為了解決這個矛盾，在背面P型層與N-base區之間增加了一層N型緩沖層，為了實現此N型緩沖層，一般的技術是通過背面的離子注入與爐管退火形成，但此技術存在激活效率不高的問題，使得N型緩沖層的濃度與深度都難以達到要求，對器件性能的改善作用較小。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種有效降低功耗的IGBT (絕緣柵雙極晶體管)器件的制作方法。該方法采用背面離子注入與激光退火，并且控制P型集電極層與N型緩沖層達到一定的濃度與深度分布，使得器件性能得到優化。
[0006]為解決上述技術問題，本發明的有效降低功耗的IGBT器件的制作方法，包括步驟:
[0007]I)在完成IGBT的正面工藝后，對晶圓的背面進行減薄，然后，通過對減薄的背面進行施主雜質離子注入摻雜，形成作為場終止作用(Field-Stop)的N型緩沖層；
[0008]2)對背面進行受主雜質離子注入摻雜，形成P型集電極層；
[0009]3)對背面進行激光退火，激活背面注入的N型緩沖層與P型集電極層。
[0010]所述步驟I)中，施主雜質離子注入的條件如下:
[0011]注入次數可為一次以上；注入的離子包括:磷；注入能量為400?500KeV ;注入劑量記為 M，該 M 的范圍為:3 X 111CnT2 ^ M ^ I X 113CnT2 ；
[0012]步驟I)中，進行施主雜質離子注入摻雜后，還需進行激光退火，其中，激光退火的條件如下:
[0013]通過兩束激光交替照射進行，激光波長500nm?600nm，激光能量1.9J?3.0J,兩束激光的延遲時間為0.5?1.6微秒。
[0014]激光退火后的N型緩沖層的濃度不低于I X 115CnT3且需要大于15倍的N型襯底(N-base區)濃度。
[0015]另外，步驟I)中，進行一次施主雜質離子注入和激光退火，形成N型緩沖層注入時，可形成深度在0.2?1.0 μ m之間的且濃度變化不超過10%的N型緩沖層以及形成深度在1.0?2.0 μ m之間的且2.0 μ m處的濃度等于N型襯底(N-base區)濃度的N型緩沖層；
[0016]進行二次施主雜質離子注入和激光退火，形成N型緩沖層注入時，可形成深度在
0.2?0.4 μ m之間的且在0.4 μ m處的濃度超過2倍的0.8 μ m處的濃度的N型緩沖層、深度在0.4?1.7 μ m之間的且在1.7μπι處的濃度滿足不高于IXlO16Cnr3的N型緩沖層；以及深度在1.7?2.0 μ m之間的且2.0 μ m處的濃度等于N型襯底(N-base區)濃度的N型緩沖層。
[0017]所述步驟2)中，受主雜質離子注入的條件如下:
[0018]注入次數為一次注入；注入的離子包括:硼或者二氟化硼；注入能量為10?30KeV ;注入劑量記為Y，該Y的范圍為:5X 112CnT2 ^ Y ^ I X 1014cm_2，即注入的濃度范圍(表面的濃度范圍)控制在2X 116CnT3?2X 118CnT3之間且不低于10倍的N型緩沖層的濃度，并且至0.15?0.3 μ m的PN結交界處，濃度達到最低點。
[0019]步驟2)中，P型集電極層的深度為0.15?0.3 μ m。
[0020]所述步驟3)中，激光退火的條件如下:
[0021]通過兩束激光交替照射進行，激光波長500nm?600nm，激光能量1.9J?3.0J,兩束激光的延遲時間為0.5?1.6微秒。
[0022]本發明通過背面高能離子注入形成背面N型緩沖層以及通過背面低能量離子注入的方式形成背面P型集電極層，再通過激光退火的方式形成P型集電極層與N型緩沖層的激活，實現表面較高濃度的P型集電極層，與濃度由平緩到逐漸降低的N型緩沖層的濃度梯度，從而有效地降低了 IGBT器件的功耗，縮小了器件尺寸，使得IGBT器件性能得到很好的優化。
[0023]因此，本發明在保證耐壓等參數的基礎上實現了更薄的N-base區，從而降低了器件的導通壓降，實現了其耐壓與導通壓降的更佳的“優值”匹配，并且由于其電流密度的提高，使得其器件尺寸可以相應的縮小，實現了其成本的降低。
【附圖說明】
[0024]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
[0025]圖1是溝槽柵場終止型IGBT正面工藝完成后的結構示意圖；
[0026]圖2是溝槽柵場終止型IGBT背面減薄后的結構示意圖；
[0027]圖3是溝槽柵場終止型IGBT背面施主雜質離子注入示意圖；
[0028]圖4是溝槽柵場終止型IGBT背面受主雜質離子注入示意圖；
[0029]圖5是溝槽柵場終止型IGBT背面激光退火激活注入的施主與受主雜質離子示意圖；
[0030]圖6是溝槽柵場終止型IGBT背面金屬化示意圖；
[0031]圖7是平面柵場終止型IGBT正面工藝完成后的結構示意圖；
[0032]圖8是平面柵場終止型IGBT背面減薄后的結構示意圖；
[0033]圖9是平面柵場終止型IGBT背面施主雜質離子注入示意圖；
[0034]圖10是平面柵場終止型IGBT背面受主雜質離子注入示意圖；
[0035]圖11是平面柵場終止型IGBT背面激光退火激活注入的施主與受主雜質離子示意圖；
[0036]圖12是平面柵場終止型IGBT背面金屬化示意圖；
[0037]圖13是背面P型集電極與場終止作用的N型緩沖層的SRP形貌示意圖；其中，A線表示:一次硼注入+兩次磷注入；B表示:一次硼注入+ —次磷注入。
[0038]圖中附圖標記說明如下:
[0039]11為N型襯底，I為減薄的N型襯底，2為N型緩沖層，3為輕摻雜P阱，4為重摻雜P型，5為N+發射極，6為溝槽柵極，61為平面柵極，7為層間介質(ILD)，8為第一金屬，9為P型集電極，10為第二金屬，12為激光退火。
【具體實施方式】
[0040]實施例1
[0041]本實施例中的有效降低功耗的溝槽(Trench)柵場終止型IGBT的制作方法，包括步驟:
[0042]I)按照常規工藝進行IGBT的正面工藝
[0043]準備一片氣相摻雜或者中子輻照的輕摻雜襯底材料，該襯底材料根據不同的IGBT器件耐壓要求選擇不同的摻雜濃度或者電阻率。對襯底材料進行正面IGBT工藝的制作，主要工藝包括:耐壓環與場版的制作、Trench溝槽柵的制作、導通溝道以及P型層的制作、發射極或者源區的制作、正面接觸孔、金屬、鈍化層的制作，從而完成IGBT的正面工藝(如圖1所示)；
[0044]2)在完成IGBT的正面工藝后，將晶圓反轉，對晶圓的背面進行減薄(如圖2所示)，并且進行背面硅腐蝕，使得背面表面平整，其中，減薄厚度根據不同的耐壓等級決定；
[0045]然后，通過對減薄的背面進行高能量的施主雜質離子注入摻雜，形成作為場終止作用的N型緩沖層2 (如圖3所示)；
[0046]其中，施主雜質離子注入的條件如下:
[0047]注入次數可為一次以上(如一次或兩次)；注入的離子可為磷；注入能量為400?500KeV ;注入劑量記為 M，該 M 的范圍為:3 X 111CnT2 ^ M ^ I X 113CnT2 ；
[0048]本步驟中，進行施主雜質離子注入摻雜后，還需進行激光退火，其中，激光退火的條件如下:
[0049]通過兩束激光交替照射進行，激光波長500nm?600nm，激光能量1.9J?3.0J,兩束激光的延遲時間為0.5?1.6微秒。
[0050]激光退火后的N型緩沖層的濃度不低于I X 115CnT3且需要大于15倍的N型襯底(N-base區)濃度。
[0051]例如，該N型緩沖層2的注入能量采用450KeV的注入可形成2 μ m的結深。
[0052]該N型緩沖層2的形貌根據不同IGBT器件應用的要求以及成本方面的考慮，可以通過一次或兩次注入形成，具體如下:
[0053]1、一次注入可形成深度在0.2?1.0ym之間的、滿足不低于IXlO15Cnr3且需要大于15倍的N型襯底(N-base區)濃度要求的濃度、并且濃度變化不超過10%的N型緩沖層2;以及
[0054]深度在1.0?2.0 μ m之間的、由1.0 μ m處的濃度滿足不低于I X 115CnT3且大于15倍的N-base區濃度的要求降低到2.0 μ m處的濃度等于N-base區濃度的N型緩沖層2。
[0055]I1、兩次注入可形成深度在0.2?0.4μπι之間的、由0.2μπι處的滿足不低于I X 116CnT3的要求的濃度升高到0.4 μ m處的濃度超過2倍的0.8 μ m處的濃度的N型緩沖層2 ;和
[0056]深度在0.4?1.7 μ m之間的、由0.4 μ m處的濃度滿足超過2倍的0.8 μ m處的濃度的要求且0.8 μ m處的濃度滿足不低于I X 116CnT3的要求降低到1.7 μ m處的濃度滿足不高于I X 116CnT3且不低于I X 115CnT3且大于15倍的N-base區濃度的要求的N型緩沖層2;以及
[0057]深度在1.7?2.Ομπι之間的、由1.7 μ m處的濃度滿足不高于I X 1016cm_3且不低于I X 115CnT3且大于15倍的N-base區濃度的要求降低到2.0 μ m處的濃度等于N_base區濃度的N型緩沖層2。
[0058]3)對背面進行低能量的受主雜質離子注入摻雜，形成深度為0.15?0.3 μ m的P型集電極層9 (如圖4所示)；
[0059]其中，受主雜質離子注入的條件如下:
[0060]注入次數為一次注入；注入的離子可為硼或者二氟化硼；注入能量為10?30KeV ；注入劑量記為Y，該Y的范圍為:5X 112CnT2 ^ Y ^ 1父1014011_2，即注入的濃度范圍(表面的濃度范圍)控制在2 X 116CnT3?2 X 118CnT3之間且不低于10倍的N型緩沖層2的濃度，并且至0.15?0.3 μ m的PN結交界處，濃度達到最低點。
[0061]4)對背面進行激光退火12，激活背面注入的N型緩沖層與P型集電極層(如圖5所示)。
[0062]其中，激光退火12的條件如下:
[0063]通過兩束激光交替照射進行，激光波長500nm?600nm，激光能量1.9J?3.0J,兩束激光的延遲時間為0.5?1.6微秒。
[0064]通過該激光退火12工藝的調節控制和P型集電極層9與N型緩沖層2注入工藝的調節控制，得到如前描述的P型集電極層