一种提高IGBT静态与动态雪崩能力的制备方法与流程

一种提高igbt静态与动态雪崩能力的制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种功率半导体器件的制备工艺，尤其涉及一种提高igbt静态与动态雪崩能力的制备方法。


背景技术：

2.功率半导体器件又称为电力电子器件，是电力电子装置实现电能转换，电路控制的核心器件。主要用途包括变频，整流，变压，功率放大，功率控制等，同时具有节能功效。功率半导体器件广泛应用与移动通讯，消费电子，新能源交通，轨道交通，工业控制，发电与配电等电力电子领域，涵盖低，中，高各个功率层级。
3.功率半导体种类众多，以igbt为代表的新型电力电子器件，在能源，交通，工业，消费电子等领域有着不可替代的核心作用。自从1988年第一代igbt产品问世以来，目前已经进展到第七代产品，性能方面有显著的提升。其中必不可少氢注入实现背面缓冲层工艺，在高性能igbt中得到了广泛应用，能够得到动静态参数一致性更好的器件。由于氢注入无法推结，其注入位置主要受注入能量影响，峰值浓度受注入剂量及退火温度影响，受限于注入粒子固有的分布形态，其前端陡峭，易形成明显的nn 结，因此，需要多次注入，逐渐拉低电场，避免nn 结静态及动态雪崩。同时，高能氢注入设备属于低能核物理范畴，目前能够供应该设备的厂家较少，设备昂贵，多次注入又导致设备的产能较低，单片成本高。
4.现有技术中，如2014年1月1日公布的一篇专利号为2013104258516的发明专利，公开了一种实现场截止型绝缘双极型晶体管的工艺方法；包括以下步骤：步骤1：在n型si单晶片的正面形成基本的金属氧化物半导体场效应晶体管结构（mosfet），包括由多晶硅和氧化硅组成的栅极、p基区、n 发射区以及栅极和发射区上方的正面金属电极，所述的si单镜片为n型的单晶si片，所述的si单晶片的n-漂移区一侧定义为si单晶片的正面，其相对的一面定义为背面；步骤2：对si单晶片的背面进行简薄，通过机械方法或化学腐蚀的方法将si单晶片减薄至80um至150um，再用对si单晶片进行清洗；步骤3：选择施主元素作为离子注入的源材料，并注入能量和选取计量，通过离子注入的方式，在晶片背面注入一层离子，所述施主元素为se元素，所述注入能量为10kev至500kev，所述注入剂量为1e12至1e15；该案中选取在si中扩散系数较大的施主元素（se元素）作为fs层离子的注入源，是利用其掺杂后呈现n型且扩散速度快的特点。目前利用se做为n型掺杂实现缓冲层，仅在英飞凌快恢复二极管emcon4系列上出现，片厚约400-500um，缓冲层深度约70um，明显是利用炉管工艺实现。而其薄片特指120um以下的，因为薄片无产品化工艺进行后续的正金及钝化加工，目前的成熟工艺是正面完成，背面减薄后采用高能氢注入的方式实现背面缓冲层。该案仍然是采用se注入加炉管退火的方式，此种方式只能在金属前进行，存在后续正面工艺加工困难的问题。并且，se的扩散速度快，因此，炉管工艺需要选择合适的深度工艺窗口，不能推结太浅，否则存在工艺波动大的问题。


技术实现要素：

5.本发明针对以上问题，提供了一种制备工艺简单、成本低、比氢注入具有更好的nn 结动静态雪崩能力的一种提高igbt静态与动态雪崩能力的制备方法。
6.本发明的技术方案是：一种提高igbt静态与动态雪崩能力的制备方法，包括以下步骤：s1：在n-衬底上进行igbt正面工艺，形成igbt正面结构；s2：正面贴膜后，对背面进行减薄，并利用硅腐蚀液对硅片背面进行去应力和倒角清洗；s3：采用离子注入的方式，在背面注入一层se元素，注入能量为20~100kev，注入剂量为1e11~1e14；s4：se元素注入后采用激光退火，利用不同波长退火深度不同，将se元素推结到设定的深度，形成igbt背面缓冲层；s5：通过离子注入工艺，在igbt背面缓冲层进行硼离子注入，并通过炉管退火或激光退火的方式进行激活，形成igbt集电极层；s6：通过溅射或蒸发方式，制作晶片背面金属，形成集电极金属电极。
7.igbt结构包含多晶硅层、氧化硅组成的栅极层、pbody基区、n 发射区以及正面金属电极。
8.步骤s2中，背面减薄后厚度为50um~600um。
9.步骤s6中背面金属的材料为表面银的多层金属结构。
10.步骤s4中se元素推结到的深度为1um~15um。
11.本发明通过背面注入se元素，利用se元素推结温度低，推结速度快等特点，并结合激光退火技术，实现背面缓冲层，其缓冲层n型分布主要受激光退火温度影响，激光退火有明显表面高，垂直硅片向内逐渐降低的温度场分布，形成的n型缓冲层较氢注入更为理想，更接近推结效果，有利于在保持现有芯片动静态参数能力情况下，提高其静态和动态雪崩能力，进而实现更好的坚固性。
附图说明
12.图1是本发明步骤s1的结构示意图，图2是本发明步骤s4的结构示意图，图3是本发明步骤s5的结构示意图。
具体实施方式
13.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
14.本发明如图1-3所示；一种提高igbt静态与动态雪崩能力的制备方法，包括以下步骤：s1：在n-衬底上进行igbt正面工艺，形成igbt正面结构，如图1所示；并贴膜保护；s2：正面贴膜后，利用磨片机对背面进行减薄工艺，并利用硅腐蚀液对硅片背面即
减薄面进行去应力和倒角清洗；s3：采用离子注入的方式，在晶片背面注入一层se元素，注入能量为20~100kev，注入剂量为1e11~1e14；s4：se元素注入后采用激光退火，利用不同波长退火深度不同，将se元素推结到设定的深度，形成igbt背面缓冲层，见图2；s5：通过离子注入工艺，在igbt背面缓冲层进行硼离子注入，并通过炉管退火或激光退火的方式进行激活，形成igbt集电极层，见图3；s6：通过溅射或蒸发方式，制作晶片背面金属，形成集电极金属电极。
15.igbt结构包含多晶硅层（poly）、氧化硅（ox）组成的栅极层、pbody基区、n 发射区以及栅极和发射区上方的正面金属电极。
16.步骤s2中，背面减薄后厚度为50um~600um。减薄后最终厚度取决于产品的耐压等级。
17.步骤s6中背面金属的材料为表面银的多层金属结构。
18.步骤s4中se元素推结到的深度为1um~15um。
19.本案在产品的厚度利用率上采用激光退火方式，激光退火只受波长和脉宽的影响，波长限定退火深度，脉宽定义退火时间，工艺窗口控制更加容易。且退火温度场形成的缓冲层更符合器件实际需求，无明显nn 缓变。


技术特征：
1.一种提高igbt静态与动态雪崩能力的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在n-衬底上进行igbt正面工艺，形成igbt正面结构；s2：正面贴膜后，对背面进行减薄，并利用硅腐蚀液对硅片背面进行去应力和倒角清洗；s3：采用离子注入的方式，在背面注入一层se元素，注入能量为20~100kev，注入剂量为1e11~1e14；s4：se元素注入后采用激光退火，利用不同波长退火深度不同，将se元素推结到设定的深度，形成igbt背面缓冲层；s5：通过离子注入工艺，在igbt背面缓冲层进行硼离子注入，并通过炉管退火或激光退火的方式进行激活，形成igbt集电极层；s6：通过溅射或蒸发方式，制作晶片背面金属，形成集电极金属电极。2.根据权利要求1所述的一种提高igbt静态与动态雪崩能力的制备方法，其特征在于，igbt结构包含多晶硅层、氧化硅组成的栅极层、pbody基区、n 发射区以及正面金属电极。3.根据权利要求1所述的一种提高igbt静态与动态雪崩能力的制备方法，其特征在于，步骤s2中，背面减薄后厚度为50um~600um。4.根据权利要求1所述的一种提高igbt静态与动态雪崩能力的制备方法，其特征在于，步骤s6中背面金属的材料为表面银的多层金属结构。5.根据权利要求1所述的一种提高igbt静态与动态雪崩能力的制备方法，其特征在于，步骤s4中se元素推结到的深度为1um~15um。

技术总结
一种提高IGBT静态与动态雪崩能力的制备方法。涉及一种功率半导体器件的制备工艺，尤其涉及一种提高IGBT静态与动态雪崩能力的制备方法。本发明通过背面注入Se元素，利用Se元素推结温度低，推结速度快等特点，并结合激光退火技术，实现背面缓冲层，其缓冲层N型分布主要受激光退火温度影响，激光退火有明显表面高，垂直硅片向内逐渐降低的温度场分布，形成的N型缓冲层较氢注入更为理想，更接近推结效果，有利于在保持现有芯片动静态参数能力情况下，提高其静态和动态雪崩能力，进而实现更好的坚固性。的坚固性。的坚固性。


技术研发人员：吴迪 王毅
受保护的技术使用者：扬州扬杰电子科技股份有限公司
技术研发日：2021.12.27
技术公布日：2022/5/17