有效降低功耗的igbt器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种IGBT (绝缘栅双极晶体管)器件的制作方法，特别是涉及一种有效降低功耗的IGBT器件的制作方法。
【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飘移区(N型IGBT的N-层)之下增加一层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。
[0004]为了解决这个矛盾，在背面P型层与N-base区之间增加了一层N型缓冲层，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】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种有效降低功耗的IGBT (绝缘栅双极晶体管)器件的制作方法。该方法采用背面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。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的有效降低功耗的IGBT器件的制作方法，包括步骤:
[0007]I)在完成IGBT的正面工艺后，对晶圆的背面进行减薄，然后，通过对减薄的背面进行施主杂质离子注入掺杂，形成作为场终止作用(Field-Stop)的N型缓冲层；
[0008]2)对背面进行受主杂质离子注入掺杂，形成P型集电极层；
[0009]3)对背面进行激光退火，激活背面注入的N型缓冲层与P型集电极层。
[0010]所述步骤I)中，施主杂质离子注入的条件如下:
[0011]注入次数可为一次以上；注入的离子包括:磷；注入能量为400?500KeV ;注入剂量记为 M，该 M 的范围为:3 X 111CnT2 ^ M ^ I X 113CnT2 ；
[0012]步骤I)中，进行施主杂质离子注入掺杂后，还需进行激光退火，其中，激光退火的条件如下:
[0013]通过两束激光交替照射进行，激光波长500nm?600nm，激光能量1.9J?3.0J,两束激光的延迟时间为0.5?1.6微秒。
[0014]激光退火后的N型缓冲层的浓度不低于I X 115CnT3且需要大于15倍的N型衬底(N-base区)浓度。
[0015]另外，步骤I)中，进行一次施主杂质离子注入和激光退火，形成N型缓冲层注入时，可形成深度在0.2?1.0 μ m之间的且浓度变化不超过10%的N型缓冲层以及形成深度在1.0?2.0 μ m之间的且2.0 μ m处的浓度等于N型衬底(N-base区)浓度的N型缓冲层；
[0016]进行二次施主杂质离子注入和激光退火，形成N型缓冲层注入时，可形成深度在
0.2?0.4 μ m之间的且在0.4 μ m处的浓度超过2倍的0.8 μ m处的浓度的N型缓冲层、深度在0.4?1.7 μ m之间的且在1.7μπι处的浓度满足不高于IXlO16Cnr3的N型缓冲层；以及深度在1.7?2.0 μ m之间的且2.0 μ m处的浓度等于N型衬底(N-base区)浓度的N型缓冲层。
[0017]所述步骤2)中，受主杂质离子注入的条件如下:
[0018]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:5X 112CnT2 ^ Y ^ I X 1014cm_2，即注入的浓度范围(表面的浓度范围)控制在2X 116CnT3?2X 118CnT3之间且不低于10倍的N型缓冲层的浓度，并且至0.15?0.3 μ m的PN结交界处，浓度达到最低点。
[0019]步骤2)中，P型集电极层的深度为0.15?0.3 μ m。
[0020]所述步骤3)中，激光退火的条件如下:
[0021]通过两束激光交替照射进行，激光波长500nm?600nm，激光能量1.9J?3.0J,两束激光的延迟时间为0.5?1.6微秒。
[0022]本发明通过背面高能离子注入形成背面N型缓冲层以及通过背面低能量离子注入的方式形成背面P型集电极层，再通过激光退火的方式形成P型集电极层与N型缓冲层的激活，实现表面较高浓度的P型集电极层，与浓度由平缓到逐渐降低的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。
[0023]因此，本发明在保证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。
【附图说明】
[0024]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:
[0025]图1是沟槽栅场终止型IGBT正面工艺完成后的结构示意图；
[0026]图2是沟槽栅场终止型IGBT背面减薄后的结构示意图；
[0027]图3是沟槽栅场终止型IGBT背面施主杂质离子注入示意图；
[0028]图4是沟槽栅场终止型IGBT背面受主杂质离子注入示意图；
[0029]图5是沟槽栅场终止型IGBT背面激光退火激活注入的施主与受主杂质离子示意图；
[0030]图6是沟槽栅场终止型IGBT背面金属化示意图；
[0031]图7是平面栅场终止型IGBT正面工艺完成后的结构示意图；
[0032]图8是平面栅场终止型IGBT背面减薄后的结构示意图；
[0033]图9是平面栅场终止型IGBT背面施主杂质离子注入示意图；
[0034]图10是平面栅场终止型IGBT背面受主杂质离子注入示意图；
[0035]图11是平面栅场终止型IGBT背面激光退火激活注入的施主与受主杂质离子示意图；
[0036]图12是平面栅场终止型IGBT背面金属化示意图；
[0037]图13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；其中，A线表示:一次硼注入+两次磷注入；B表示:一次硼注入+ —次磷注入。
[0038]图中附图标记说明如下:
[0039]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】
[0040]实施例1
[0041]本实施例中的有效降低功耗的沟槽(Trench)栅场终止型IGBT的制作方法，包括步骤:
[0042]I)按照常规工艺进行IGBT的正面工艺
[0043]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，从而完成IGBT的正面工艺(如图1所示)；
[0044]2)在完成IGBT的正面工艺后，将晶圆反转，对晶圆的背面进行减薄(如图2所示)，并且进行背面硅腐蚀，使得背面表面平整，其中，减薄厚度根据不同的耐压等级决定；
[0045]然后，通过对减薄的背面进行高能量的施主杂质离子注入掺杂，形成作为场终止作用的N型缓冲层2 (如图3所示)；
[0046]其中，施主杂质离子注入的条件如下:
[0047]注入次数可为一次以上(如一次或两次)；注入的离子可为磷；注入能量为400?500KeV ;注入剂量记为 M，该 M 的范围为:3 X 111CnT2 ^ M ^ I X 113CnT2 ；
[0048]本步骤中，进行施主杂质离子注入掺杂后，还需进行激光退火，其中，激光退火的条件如下:
[0049]通过两束激光交替照射进行，激光波长500nm?600nm，激光能量1.9J?3.0J,两束激光的延迟时间为0.5?1.6微秒。
[0050]激光退火后的N型缓冲层的浓度不低于I X 115CnT3且需要大于15倍的N型衬底(N-base区)浓度。
[0051]例如，该N型缓冲层2的注入能量采用450KeV的注入可形成2 μ m的结深。
[0052]该N型缓冲层2的形貌根据不同IGBT器件应用的要求以及成本方面的考虑，可以通过一次或两次注入形成，具体如下:
[0053]1、一次注入可形成深度在0.2?1.0ym之间的、满足不低于IXlO15Cnr3且需要大于15倍的N型衬底(N-base区)浓度要求的浓度、并且浓度变化不超过10%的N型缓冲层2;以及
[0054]深度在1.0?2.0 μ m之间的、由1.0 μ m处的浓度满足不低于I X 115CnT3且大于15倍的N-base区浓度的要求降低到2.0 μ m处的浓度等于N-base区浓度的N型缓冲层2。
[0055]I1、两次注入可形成深度在0.2?0.4μπι之间的、由0.2μπι处的满足不低于I X 116CnT3的要求的浓度升高到0.4 μ m处的浓度超过2倍的0.8 μ m处的浓度的N型缓冲层2 ;和
[0056]深度在0.4?1.7 μ m之间的、由0.4 μ m处的浓度满足超过2倍的0.8 μ m处的浓度的要求且0.8 μ m处的浓度满足不低于I X 116CnT3的要求降低到1.7 μ m处的浓度满足不高于I X 116CnT3且不低于I X 115CnT3且大于15倍的N-base区浓度的要求的N型缓冲层2;以及
[0057]深度在1.7?2.Ομπι之间的、由1.7 μ m处的浓度满足不高于I X 1016cm_3且不低于I X 115CnT3且大于15倍的N-base区浓度的要求降低到2.0 μ m处的浓度等于N_base区浓度的N型缓冲层2。
[0058]3)对背面进行低能量的受主杂质离子注入掺杂，形成深度为0.15?0.3 μ m的P型集电极层9 (如图4所示)；
[0059]其中，受主杂质离子注入的条件如下:
[0060]注入次数为一次注入；注入的离子可为硼或者二氟化硼；注入能量为10?30KeV ；注入剂量记为Y，该Y的范围为:5X 112CnT2 ^ Y ^ 1父1014011_2，即注入的浓度范围(表面的浓度范围)控制在2 X 116CnT3?2 X 118CnT3之间且不低于10倍的N型缓冲层2的浓度，并且至0.15?0.3 μ m的PN结交界处，浓度达到最低点。
[0061]4)对背面进行激光退火12，激活背面注入的N型缓冲层与P型集电极层(如图5所示)。
[0062]其中，激光退火12的条件如下:
[0063]通过两束激光交替照射进行，激光波长500nm?600nm，激光能量1.9J?3.0J,两束激光的延迟时间为0.5?1.6微秒。
[0064]通过该激光退火12工艺的调节控制和P型集电极层9与N型缓冲层2注入工艺的调节控制，得到如前描述的P型集电极层