[发明专利]一种带FS层的PT型功率器件的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及制作方法技术领域，主要适用于带FS层的PT型功率器件的制作方法。

背景技术

IGBT和FRD等功率器件作为必需的开关器件被广泛应用在变频器和逆变器等电路结构中。随着其结构及性能的不断优化，其静态损耗和关断损耗都不断的减小，电路的拓扑结构对其开关损耗的要求越来越苛刻。高性能的功率器件对折中特性的要求也更加严格，即不仅要求具有较好的正向特性，还要求具有很快的关断速度。FS型IGBT和FRD在折中特性上就远远优于PT型及NPT型功率器件。

FS型功率器件，即场截止型功率器件，一般是以区熔单晶硅片为衬底，并进行正面工艺。在进行背面工艺时，首先需将衬底减得很薄，FS型功率半导体器件对衬底的减薄厚度要求可谓是极为苛刻的。比如说600V-1200VFS型IGBT要求厚度为60μm-120μm,跟纸张的厚度差不多，减薄后很容易发生翘曲，且在后续的工艺过程中存在碎片的风险。减薄后再通过各种方法形成的N⁺场截止层，即FS层。FS层可以通过离子注入并进行高温退火深扩散形成，也可以通过质子注入并退火的方法形成。FS型功率半导体器件具有更低的导通压降和更快的开关频率。FS层使得功率半导体芯片可以做得更薄，因此可以获得较低的导通压降；也由于FS层对衬底载流子的复合作用和对电场的缓冲作用，使得功率器件关断时会有更快的关断速度。

超薄片FS工艺目前只被少数几家国际顶尖的半导体器件制造商掌握，在国内尚无能力制备超薄片FS型功率半导体芯片。

虽然选择PT型功率器件，再选择好P⁺或N⁺衬底，然后通过化学气相淀积等外延方式可以外延出N^-型FS层。但PT型的FS层是单一掺杂，N⁺FS层与N^-漂移区形成一个近乎突变的浓度梯度。当IGBT或FRD关断时，电场扩展到N⁺N^-结处也会被迅速的截止，同时在电路中产生一个瞬间很大的dv/dt,极易引起开关震荡，对器件也很容易造成损伤。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种带FS层的PT型功率器件的制作方法，它经过多次外延N型FS层形成一个浓度渐变的厚FS层区域，成功避免了理想FS型功率器件的超薄片制备过程，大大降低了碎片等风险。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种带FS层的PT型功率器件的制作方法包括：

步骤一：制备衬底；

步骤二：从所述衬底外延出第一N型FS层；

步骤三：对所述第一N型FS层进行局域寿命控制；

步骤四：重复所述步骤二和所述步骤三，从第一N型FS层外延出多个N型FS层，且N型FS层的掺杂浓度逐层下降，所述局域寿命控制注入的剂量也逐层下降，使N型FS层的缺陷浓度也逐层下降；

步骤五：在N型FS层上外延出N^-漂移区；

步骤六：制备PT型功率器件的正面结构，再对所述PT型功率器件的背面减薄，并与金属层形成欧姆接触。

进一步地，在所述步骤一中，制备衬底包括：对于不同的功率器件选择不同类型的衬底。

进一步地，所述对于不同的功率器件选择不同类型的衬底包括：对于FRD，选择参杂磷离子的衬底；而对于IGBT，则选择参杂硼离子的衬底。

进一步地，所述衬底的厚度在300-500μm之间。

进一步地，在所述步骤二中，从衬底外延出第一N型FS层包括：采用PECVD外延设备从所述衬底外延出一层N型FS层作为第一N型FS层。

进一步地，所述第一N型FS层的厚度在5-10μm之间,掺杂浓度在1e15-1e16cm^-2之间。

进一步地，在所述步骤三中，对第一N型FS层进行局域寿命控制包括：对所述第一N型FS层进行氦离子注入进行局域寿命控制，使第一N型FS层形成的缺陷浓度在1e13-5e13cm^-2之间。

进一步地，在所述步骤四中，从所述第一N型FS层外延出的第二N型FS层的厚度在5-10μm之间,掺杂浓度在1e14-1e15cm^-2之间，经所述局域寿命控制后形成的缺陷浓度为5e12-1e13cm^-2。

进一步地，在所述步骤四中，从所述第一N型FS层外延出多个N型FS层形成一个厚度在20-30μm之间的总的N型FS层。