提高igbt性能的先进背面工艺制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种IGBT(绝缘栅双极晶体管)的制备工艺，特别是涉及一种提高IGBT性能的先进背面工艺制作方法。
【背景技术】
[0002]IGBT (绝缘栅双极晶体管)是在VDMOS的基础上，在其承受高压的N_base (N型衬底)背面增加一层P型薄层，引入了电导调制效应，从而大大提高了器件的电流处理能力。此类IGBT称为NPT型IGBT，即非穿通型IGBT。
[0003]对于NPT型IGBT (绝缘栅双极晶体管)，为了实现高耐压的要求，需要一定厚度的低浓度N base区，而N-base的低浓度决定了一定的导通压降，器件的性能受到限制。为了解决这个矛盾，在背面P型集电极层与N-base区之间增加了一层N型缓冲层，也就是说，为了降低IGBT产品的总体功耗，IGBT由NPT型(非穿通型)发展到FS型(场终止型)，即在背面集电极P型集电极层与N-base层之间增加一层N型缓冲层，该层被称为场终止层，即使得IGBT器件以更薄的N-base耐压区厚度，获得同样的耐压。为了实现此N型缓冲层，一般的技术是通过背面的离子注入与炉管退火形成，但此技术存在激活效率不高的问题，使得N型缓冲层的浓度与深度都难以达到要求，对器件性能的改善作用较小。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种提高IGBT (绝缘栅双极晶体管)性能的先进背面工艺制作方法。本发明采用背面高能离子注入与激光退火，并且控制P型集电极层与N型缓冲层达到一定的浓度与深度分布，使得器件性能得到优化。
[0005]为解决上述技术问题，本发明的提高绝缘栅双极晶体管(IGBT)性能的背面工艺制作方法(先进背面工艺制作方法)，包括步骤:
[0006](I)在完成IGBT的正面工艺后，对晶圆的背面进行减薄，然后，对晶圆的背面进行施主杂质离子注入；
[0007](2)对晶圆的背面进行激光退火，激活背面注入的施主杂质离子，形成作为场终止作用(Field-Stop)的N型缓冲层；
[0008](3)对晶圆的背面进行受主杂质离子注入；
[0009](4)对晶圆的背面进行激光退火，激活背面注入的受主杂质离子，形成作为集电极的P型集电极层。
[0010]所述步骤(I)中，施主杂质离子注入的条件为:
[0011]注入次数为两次；注入的离子包括:磷；注入能量为450KeV?2MeV ;每次注入剂量不低于3X 111Cm 2O
[0012]其中，采用两次施主杂质离子注入时，分别进行一次2MeV的施主杂质离子注入，对晶圆的背面进行激光退火后，可形成结深为4μ m的N型缓冲层；进行另一次450KeV的离子注入，对晶圆的背面进行激光退火，可保持2 μ m以内的浓度不低于2MeV离子注入的峰值浓度的N型缓冲层。
[0013]所述步骤(2)中，激光退火的条件如下:
[0014]通过两束激光交替照射进行，激光波长500nm?600nm，激光能量2.5?4.0J,两束激光的延迟时间为0.5?1.6微秒。
[0015]所述步骤(2)中，N型缓冲层的浓度分布如下:
[0016]I)由PN结处的浓度最低点的深度Xl处上升到深度在X2处的满足不低于I X 115CnT3且大于10倍的N型衬底(N-base区)浓度的要求的浓度分布；
[0017]其中，深度Xl通常为0.2?0.5μπι之间；深度Χ2通常为0.5?1.0ym之间；
[0018]2)深度由从Χ2处到Χ3处之间的浓度满足不低于I X 115CnT3且大于10倍的N型衬底(N-base区)浓度的要求的、且浓度变化的深度X2处高于或等于X3处的N型缓冲层浓度分布；
[0019]深度X3通常为1.6?2.2μπι之间；
[0020]3)深度由Χ3处到Χ4处之间的浓度由在Χ3处满足不低于I X 115CnT3且大于N型衬底(N-base区)浓度的要求、降低到X4处的浓度等同于N型衬底(N_base区)浓度的N型缓冲层；
[0021]深度X4通常为4.0?4.5 μ m之间。
[0022]所述步骤(3)中，受主杂质离子注入的条件如下:
[0023]注入次数为一次注入；注入的离子包括:硼或者二氟化硼；注入能量为10?30KeV ;注入剂量记为Y，该Y的范围为:5 X 112CnT2 ^ Y ^ SXlO1W20
[0024]所述步骤(4)中，激光退火的条件如下:
[0025]通过两束激光交替照射进行，激光波长500nm?600nm，激光能量1.5?2.5J，两束激光的延迟时间为0.8?1.6微秒。
[0026]所述步骤(4)中，P型集电极层的浓度分布如下:
[0027]I)由背面硅表面到深度在XO之间的，浓度满足三个条件:a)浓度范围在2X 11W3?5X 117CnT3之间的；b)浓度满足不低于10倍的N型缓冲层的浓度的要求；c)浓度变化不超过20%的P型集电极层的浓度分布；
[0028]深度XO通常为0.1?0.4 μ m之间。
[0029]2)深度由XO处到Xl处之间的、浓度由在XO处满足范围在2X 116CnT3?5X 117Cm-3之间的且满足不低于10倍的N型缓冲层的浓度的要求降低到PN结浓度的最低点Xl处的P型集电极层的浓度分布；
[0030]深度Xl通常为0.2?0.5 μ m之间。
[0031]本发明通过背面高能离子注入形成背面N型缓冲层，并通过激光退火的方式激活此N型缓冲层，同时，通过背面低能量离子注入的方式形成背面P型集电极层，并通过激光退火的方式激活此P型集电极层，实现表面较高浓度的P型集电极层，与浓度由维持稳定到逐渐降低的N型缓冲层的浓度梯度，从而有效地降低了 IGBT器件的功耗，缩小了器件尺寸，使得IGBT器件性能得到很好的优化。
[0032]本发明在保证满足IGBT器件耐压等参数的基础上实现了更薄的N-base区，从而降低了器件的导通压降，实现了其耐压与导通压降的更佳的“优值”匹配，并且由于其电流密度的提高，使得其器件尺寸可以相应的缩小，实现了其成本的降低，即缩减了成本。
【附图说明】
[0033]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0034]图1是沟槽栅场终止型IGBT正面工艺完成后的结构示意图；
[0035]图2是沟槽栅场终止型IGBT背面减薄后的结构示意图；
[0036]图3是沟槽栅场终止型IGBT背面施主杂质离子注入示意图；
[0037]图4是在沟槽栅场终止型IGBT背面对施主杂质离子进行激光退火的示意图；
[0038]图5是沟槽栅场终止型IGBT背面受主杂质离子注入示意图；
[0039]图6是在沟槽栅场终止型IGBT背面对受主杂质离子进行激光退火的示意图；
[0040]图7是沟槽栅场终止型IGBT背面金属化示意图；
[0041]图8是平面栅场终止型IGBT正面工艺完成后的结构示意图；
[0042]图9是平面栅场终止型IGBT背面减薄后的结构示意图；
[0043]图10是平面栅场终止型IGBT背面施主杂质离子注入示意图；
[0044]图11是在平面栅场终止型IGBT背面对施主杂质离子进行激光退火的示意图；
[0045]图12是平面栅场终止型IGBT背面受主杂质离子注入示意图；
[0046]图13是在平面栅场终止型IGBT背面对受主杂质离子进行激光退火的示意图；
[0047]图14是平面栅场终止型IGBT背面金属化示意图；
[0048]图15是背面P型集电极与场终止作用的N型缓冲层的SRP形貌示意图。
[0049]图中附图标记说明如下:
[0050]11为N型衬底，I为减薄的N型衬底，2为N型缓冲层，3为轻掺杂P阱，4为重掺杂P型，5为N+发射极，6为沟槽栅极，61为平面栅极，7为层间介质(ILD)，8为第一金属，9为P型集电极，10为第二金属，12为激光退火。
【具体实施方式】
[0051]实施例1
[0052]本实施例中的提高沟槽(Trench)栅场终止型IGBT性能的先进背面工艺制作方法，步骤如下:
[0053](I)按照常规工艺进行IGBT的正面工艺
[0054]准备一片气相掺杂或者中子辐照的轻掺杂衬底材料，该衬底材料根据不同的IGBT器件耐压要求选择不同的掺杂浓度或者电阻率。对衬底材料进行正面IGBT工艺的制作，主要工艺包括:耐压环与场版的制作，Trench沟槽栅的制作，导通沟道以及P型集电极层的制作，发射极或者源区的制作，正面接触孔、金属、钝化层的制作(如图1所示)。
[0055](2)完成正面工艺后，将晶圆反转，进行背面的减薄(如图2所示)，并且进行背面硅腐蚀使得背面表面平整。减薄厚度根据不同的耐压等级决定。
[0056](3)通过背面高能量离子注入的方式，如注入磷，形成背面的N型缓冲层2 (如图3所示)。注入能量采用高能量2MeV与450KeV两次注入，一次2MeV的高能量离子注入经过退火后可形成结深为4 μ m的N型缓冲层，另一次450KeV的离子注入经过退火后可保持2 μ m以内的浓度不低于2MeV离子注入的峰值浓度。该两次施主杂质离子注入的剂量每次不低于 3X 111Cm 2O
[0057](4)通过背面激光退火的方式，激活背面注入的N型缓冲层2 (如图4所示)。该激光退火是通过两束激光交替照射进行，激光波长控制在500nm?600nm，激光能量控制在2.5J?4.0J之间，两束激光的延迟时间控制在0.5?1.6微秒之间。
[0058]通过该激光工艺的激活，形成如下N型缓冲层2的浓度分布:
[0059]I)由PN结处的浓度最低点Xl处上升到深度在X2处的满足不低于I X 115CnT3且大于10倍的N-base区浓度的要求的浓度分布。
[0060]此处的深度XI,通常为0.2 μ m到0.5 μ m之间。此处的深度X2,通常为0.5 μ m到
1.0 μ m之间。
[0061]2)深度由X2处到X3处之间的、浓度满足不低于IXlO15Cnr3且大于10倍的N_base区浓度的要求的且浓度变化X2处高于或等于X3处的N型缓冲层2浓度分布。
[0062]此处的深度X3，通常为1.6 μ m到2.2 μ m之间。
[0063]3)深度由X3处到X4处之间的、浓度由在X3处满足不低于IX 115CnT3且大于10倍的N-base区浓度的要求降低到X4处的浓度等同于N-base区浓度的N型缓冲层2。此处的深度X4,通常为4.0 μ m至Ij 4.5 μ m之间。
[0064](5)通过一次背面低能量离子注入的方式，形成背面的P型集电极层9 (如图5所示)。该受主杂质离子通常为硼或者二氟化硼，该受主杂质离子注入能量控制在1KeV