?30KeV之间，注入剂量记为Y，该Y的范围为:5X 112CnT2 ^ Y ^ 5X1013cnT2。
[0065](6)通过背面laser激光退火的方式，激活背面注入的P型集电极层9 (如图6所示)。该激光退火通过两束激光交替照射的方式进行背面受主杂质离子的激活，激光波长控制在500nm?600nm，激光能量控制在1.5J?2.5J之间，两束激光的延迟时间控制在
0.8 μ s ?1.6 μ s 之间。
[0066]通过该激光工艺的激活，形成如下的P型集电极层9的浓度分布:
[0067]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2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。
[0068]此处的深度X0，通常为0.Ιμ??到0.4μπι之间。
[0069]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 11W3之间的、且满足不低于10倍的N型缓冲层2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9的浓度分布。
[0070]此处的深度XI，通常为0.2μπι至Ij 0.5μπι之间。
[0071 ] (7)完成背面金属化工艺，形成背面集电极的金属接触(如图7所示)。
[0072]实施例2
[0073]本实施例中的提高平面(Planar)栅场终止型IGBT性能的先进背面工艺制作方法，步骤如下:
[0074](I)按照常规工艺进行IGBT的正面工艺
[0075]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，平面栅极的制作，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8所示)。
[0076](2)完成正面工艺后，将晶圆反转，进行背面的减薄(如图9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。
[0077](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10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2ym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
[0078](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11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。
[0079]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:
[0080]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。
[0081]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。
[0082]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。
[0083]此处的深度X3，通常为1.6 μ m到2.2 μ m之间。
[0084]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。
[0085](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12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?30KeV之间，注入剂量记为Y，该Y的范围为=SXlO1W2 ^ Y ^ SXlO1W20
[0086](6)通过背面laser激光退火的方式，激活背面注入的P型集电极层9 (如图13所示)。该激光退火通过两束激光交替照射的方式进行背面受主杂质离子的激活，激光波长控制在500nm?600nm，激光能量控制在1.5J?2.5J之间，两束激光的延迟时间控制在0.8 μ s ?1.6 μ s 之间。
[0087]通过该激光工艺的激活，形成如下的P型集电极层9的浓度分布:
[0088]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2的浓度的要求；c)浓度变化不超过20%的P型集电极层9的浓度分布。
[0089]此处的深度X0，通常为0.Ιμ??到0.4μπι之间。
[0090]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 11W3之间的、且满足不低于10倍的N型缓冲层2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9的浓度分布。
[0091]此处的深度XI,通常为0.2 μ m至Ij 0.5 μ m之间。
[0092](7)完成背面金属化工艺，形成背面集电极的金属接触(如图14所示)。
[0093]另外，按照上述实施例得到的背面P型集电极层9与场终止作用的N型缓冲层2的SRP形貌示意图，如图15所示。其中，图15适用于实施例1与实施例2，并且横轴为从背面向内的P型集电极与N型缓冲层的深度，纵轴为P型集电极与N型缓冲层的浓度分布。
[0094]本发明提出了一种形成IGBT的背面FS层与P型集电极层的先进的制作工艺，首先通过两次注入施主杂质离子,并通过背面激光退火激活施主杂质离子的方式形成用于做FS场终止的N型缓冲层；然后再通过注入受主杂质离子，并通过背面激光退火激活受主杂质离子的方式形成用于做集电极的P型集电极层。本发明中的工艺制作方法大大的降低了IGBT器件的功耗，并且节省了芯片的面积，实现了 IGBT器件的更高的性能。
【主权项】
1.一种提高绝缘栅双极晶体管IGBT性能的背面工艺制作方法，其特征在于，包括步骤: (1)在完成绝缘栅双极晶体管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； (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的N型缓冲层；(3)对晶圆的背面进行受主杂质离子注入； (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。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(I)中，施主杂质离子注入的条件为: 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
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于:所述两次施主杂质离子注入的方法如下: 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，形成结深为4 μ 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，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。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(2)中，激光退火的条件如下: 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。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(2)中，N型缓冲层的浓度分布如下: 1)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IX 115CnT3且大于10倍的N型衬底浓度的要求的浓度分布；其中，深度Xl为0.2?0.5μπι之间；深度Χ2为0.5?LOym之间； 2)深度由从Χ2处到Χ3处之间的浓度满足不低于IX 115CnT3且大于10倍的N型衬底浓度的要求的、且浓度变化的深度Χ2处高于或等于Χ3处的N型缓冲层浓度分布；深度Χ3为1.6?2.2 μ m之间； 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N型衬底浓度的要求、降低到X4处的浓度等同于N型衬底浓度的N型缓冲层；深度X4为4.0?4.5 μ m之间。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(3)中，受主杂质离子注入的条件如下: 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 ^ 5 X 1013cnT2。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(4)中，激光退火的条件如下: 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。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(4)中，P型集电极层的浓度分布如下: 1)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2X116CnT3?5X 11W3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； 深度XO为0.1?0.4 μ m之间； 2)深度由XO处到Xl处之间的、浓度由在XO处满足范围在2X116CnT3?5X 117CnT3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； 深度Xl为0.2?0.5 μ m之间。
【专利摘要】本发明公开了一种提高IGBT性能的先进背面工艺制作方法，包括步骤：（1）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；（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的N型缓冲层；（3）对晶圆的背面进行受主杂质离子注入；（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。本发明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。
【IPC分类】H01L21-331, H01L21-265
【公开号】CN104716039
【申请号】CN201310684349
【发明人】李娜, 马彪, 斯海国
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月13日