功率半導(dǎo)體器件背面制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種IGBT器件背面制造方法，至少包括下述步驟：a)將正面結(jié)構(gòu)加工完畢的硅片背面減??；b)在硅片背面用高能離子注入機(jī)注入質(zhì)子H+；c)對硅片進(jìn)行低溫退火；d)在硅片背面用離子注入機(jī)注入磷和/或硼雜質(zhì)；e)以激光退火工藝完成硅片背面表層的晶格修復(fù)，并激活雜質(zhì)。其利用離子注入缺陷產(chǎn)生的復(fù)合中心形成少子控制區(qū)，有效降低少子壽命，且當(dāng)IGBT正向關(guān)斷時，其通過提高載流子的復(fù)合效率，有效降低IGBT的關(guān)斷時間和功耗，該方法簡單而有效、便于推廣。
【專利說明】功率半導(dǎo)體器件背面制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工制造【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種功率半導(dǎo)體器件背面制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT是少子器件，其不但具有良好的導(dǎo)通特性，也具有功率MOSFET的許多特性，如容易驅(qū)動、安全工作區(qū)寬，峰值電流大、堅(jiān)固耐用等。
[0003]IGBT關(guān)斷速度的最大限制是N外延層(即PNP管的基區(qū))中的少子壽命。因這個基區(qū)不受外電路影響，所以不能用外部驅(qū)動電路來縮短IGBT開關(guān)時間?；鶇^(qū)內(nèi)的存儲電荷，會引起IGBT關(guān)斷時電流波形出現(xiàn)顯著的延遲脈沖，IGBT的電流不能迅速降低到空穴復(fù)合電流，從而增加了關(guān)斷損耗，而且在半橋式電路中，為了避免兩只IGBT同時導(dǎo)通，還需增加兩只IGBT導(dǎo)通時間之間的死區(qū)時間，因此，必須設(shè)法減少少子壽命以縮短復(fù)合時間。
[0004]PT-1GBT (平面穿通型IGBT)為了解決導(dǎo)通電壓和開關(guān)時間的矛盾，通常需要采用高能電子幅照來減小少子的壽命，以降低關(guān)斷拖尾電流，但其會對少子壽命控制區(qū)的質(zhì)子及其缺陷產(chǎn)生影響。而對于1700V以上的高壓NPT-1GBT(非穿通型IGBT)，為降低正向?qū)柡碗妷?，需要提高背面發(fā)射極的注入效率，此時少子壽命控制技術(shù)也是必需的。此外，最近隨著RC-1GBT (逆導(dǎo)型IGBT)的開發(fā)，雖然采用了 FS-TRENCH (場截止溝槽)的結(jié)構(gòu)，IGBT本身不需減小少子壽命，但與IGBT器件并聯(lián)集成在一起的二極管在限定的區(qū)域內(nèi)也有縮短少子壽命的要求。
[0005]因此，業(yè)內(nèi)需要其他簡單而有效地縮短少子壽命、降低IGBT器件的關(guān)斷時間和功耗的IGBT器件的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種IGBT器件背面制造方法，以縮短少子壽命、降低IGBT器件的關(guān)斷時間和功耗。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一技術(shù)方案如下:
[0008]一種IGBT器件背面制造方法，至少包括下述步驟:a)、將正面結(jié)構(gòu)加工完畢的硅片背面減薄山)、在硅片背面用高能離子注入機(jī)注入質(zhì)子H+ ；c)、對硅片進(jìn)行低溫退火；d)、在硅片背面用離子注入機(jī)注入磷和/或硼雜質(zhì)；e)、以激光退火工藝完成硅片背面表層的晶格修復(fù)，并激活雜質(zhì)。
[0009]優(yōu)選地，步驟b)具體包括:在硅片的背面用兆電子伏離子注入機(jī)進(jìn)行H+質(zhì)子注入，注入劑量在IO12CnT2至IO15CnT2之間，深度達(dá)十微米以上。
[0010]優(yōu)選地,對硅片背面進(jìn)行兩次所述質(zhì)子注入,注入能量分別為1.0MeV和600KeV，注入劑量同為IXlO12Cm'
[0011]優(yōu)選地，步驟d)中，在硅片背面1-2微米深度內(nèi)用離子注入機(jī)注入:磷和硼的雜質(zhì)；或者，硼雜質(zhì)。[0012]優(yōu)選地，步驟e)中，以激光退火工藝處理硅片背面，使硅片背面1-2微米深度內(nèi)的雜質(zhì)全部或者部分激活以恢復(fù)晶格。
[0013]本發(fā)明提供的IGBT器件的背面制造方法，利用離子注入缺陷產(chǎn)生的復(fù)合中心在硅片背面形成少子控制區(qū)，可有效降低少子壽命；當(dāng)IGBT正向關(guān)斷時，其通過提高載流子的復(fù)合效率，有效降低IGBT的關(guān)斷時間和功耗，該方法簡單而有效，適用于本領(lǐng)域內(nèi)多種功率器件的生產(chǎn)制造。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1示出本發(fā)明第一實(shí)施例提供的IGBT器件背面制造方法流程示意圖；
[0015]圖2示出本發(fā)明上述實(shí)施例提供的IGBT器件背面制造方法得到的IGBT器件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明第一實(shí)施例提供的IGBT器件背面制造方法，包括下述步驟:
[0018]步驟S10、將正面結(jié)構(gòu)加工完畢的硅片背面減薄。
[0019]其中，正面結(jié)構(gòu)至少包括IGBT器件的發(fā)射極與柵極。
[0020]步驟SI 1、在硅片背面用高能離子注入機(jī)注入質(zhì)子H+。
[0021]因質(zhì)子質(zhì)量輕，離子注入穿透力強(qiáng)，本發(fā)明基于這一特性采用了注入質(zhì)子的方式，具體地，該步驟具體包括:在硅片的背面用兆電子伏離子注入機(jī)進(jìn)行H+質(zhì)子注入，注入劑量在IO12CnT2至IO15CnT2之間，深度達(dá)十微米以上。
[0022]進(jìn)一步地，該步驟中，可對硅片背面連續(xù)進(jìn)行兩次質(zhì)子注入，注入能量分別為
1.0MeV 和 600KeV，注入劑量同為 IXlO12Cm'
[0023]步驟S12、對硅片進(jìn)行低溫退火。
[0024]具體地，可在250°C -300°C的溫度下進(jìn)行低溫退火。退火時間例如為30分鐘，退火溫度例如為300°C。
[0025]低溫退火使得注入的質(zhì)子及其殘余缺陷形成載流子復(fù)合中心。
[0026]步驟S13、在硅片背面用離子注入機(jī)注入磷和/或硼雜質(zhì)。
[0027]具體地，在該硅片背面1-2微米深度內(nèi)用離子注入機(jī)注入:磷和硼的雜質(zhì)；或者，砸雜質(zhì)。
[0028]優(yōu)選情況下，注入雜質(zhì)為硼雜質(zhì)，注入能量為60KeV，注入劑量為5E14cm_2。
[0029]步驟S14、以激光退火工藝完成硅片背面表層的晶格修復(fù)，并激活雜質(zhì)。
[0030]該步驟S14中，以激光退火工藝處理硅片背面，使硅片背面1-2微米深度內(nèi)的雜質(zhì)全部或者部分激活以恢復(fù)晶格。其中，激光波長范圍可為500-600nm，優(yōu)選為532nm。
[0031]在該步驟之后，可形成IGBT器件的背面集電極，其與硅片正面的發(fā)射極與柵極一起組成IGBT器件。
[0032]應(yīng)理解，激光退火有如下特點(diǎn):適當(dāng)選擇激光波長可以控制硅片的退火深度。在該實(shí)施例中，退火深度控制在1-2微米的深度內(nèi)，使得該深度內(nèi)的摻雜離子注入損傷得到理想的恢復(fù)，離子注入雜質(zhì)得到充分的激活，以便形成高注入效率的背面集電結(jié)；而具有相當(dāng)深度的質(zhì)子及其250°C _300°C的溫度作用后的殘余缺陷不會受到激光退火的影響，保證了載流子復(fù)合中心的存在，起到少子壽命控制的作用。
[0033]因此，通過該步驟中的激光退火工藝，既能修復(fù)1-2微米內(nèi)離子注入缺陷并激活雜質(zhì)，形成高注入效率的背面集電極，又不會對少子壽命控制區(qū)中的質(zhì)子及其缺陷產(chǎn)生影響。當(dāng)IGBT正向關(guān)斷時，少子壽命控制區(qū)可有效提高載流子復(fù)合效率，縮短少子壽命，降低關(guān)斷時間和功耗；當(dāng)IGBT正向?qū)〞r，高注入效率的背面集電極又可獲得低的導(dǎo)通電壓，降低IGBT的通態(tài)功耗。
[0034]本發(fā)明上述實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式及采用參數(shù)為，在將硅片的正面結(jié)構(gòu)全部加工完成之后，將硅片減薄至一定厚度；用高能離子注入機(jī)對硅片背面進(jìn)行兩次質(zhì)子注入，能量為分別為1.0MeV和600KeV，注入劑量都為IX IO12CnT2 ;在300°C溫度下進(jìn)行30分鐘的低溫退火，使離子注入質(zhì)子和其殘余缺陷形成載流子復(fù)合中心；在硅片背面離子注入硼，能量為60KeV，劑量為5E14cm-2 ;最后用532nm激光對硅片背面進(jìn)行退火，使注入的缺陷得到修復(fù)，并使硼得到激活。
[0035]根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例提供的IGBT器件的背面制造方法，其采用的硅片的正面結(jié)構(gòu)已加工完畢，如圖2所示，其正面結(jié)構(gòu)至少包括發(fā)射極I和柵3，通過以上依次進(jìn)行的背面注入質(zhì)子、低溫退火、背面注入雜質(zhì)和激光退火工藝步驟，可在硅片背面獲得深度達(dá)十微米以上的少子控制區(qū)4，以及在背面表層0.5um內(nèi)獲得P+層2。
[0036]本發(fā)明上述實(shí)施例提供的IGBT器件的背面制造方法，利用離子注入缺陷產(chǎn)生的復(fù)合中心在硅片背面形成少子控制區(qū)，可有效降低少子壽命；當(dāng)IGBT正向關(guān)斷時，其通過提高載流子的復(fù)合效率，有效降低IGBT的關(guān)斷時間和功耗，該方法簡單而有效，適用于本領(lǐng)域內(nèi)多種功率器件的生產(chǎn)制造。
[0037]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種IGBT器件背面制造方法，至少包括下述步驟: a)、將正面結(jié)構(gòu)加工完畢的硅片背面減??； b)、在所述硅片背面用高能離子注入機(jī)注入質(zhì)子H+； c)、對所述硅片進(jìn)行低溫退火； d)、在所述硅片背面用離子注入機(jī)注入磷和/或硼雜質(zhì)； e)、以激光退火工藝完成所述硅片背面表層的晶格修復(fù)，并激活所述雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步驟b)具體包括:在所述硅片的背面用兆電子伏離子注入機(jī)進(jìn)行H+質(zhì)子注入，注入劑量在IO12CnT2至IO15CnT2之間，深度達(dá)十微米以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述步驟b)中，對所述硅片背面進(jìn)行兩次所述質(zhì)子注入，注入能量分別為1.0MeV和600KeV，注入劑量同為lX1012cnT2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步驟c)中用250°C_300°C進(jìn)行低溫退火。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述步驟c)中，退火時間為30分鐘，退火溫度為300°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步驟d)中，在所述硅片背面1-2微米深度內(nèi)用離子注入機(jī)注入: 磷和硼的雜質(zhì)；或者， 砸雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步驟d)中，注入雜質(zhì)為硼雜質(zhì)，注入能量為60KeV，注入劑量為5E14cm_2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步驟e)中，以激光退火工藝處理所述硅片背面，使所述硅片背面1-2微米深度內(nèi)的雜質(zhì)全部或者部分激活以恢復(fù)晶格。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述激光波長為500-600nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，所述正面結(jié)構(gòu)至少包括發(fā)射極與柵極。
【文檔編號】H01L21/265GK103730356SQ201310753735
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】周偉, 張偉, 嚴(yán)利人, 劉志弘, 許平, 王全 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司, 清華大學(xué)