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快乐飞艇计划群 FS-IGBT工艺流程设计

作者:海飞乐技术 时间:2019-03-08 15:16

  RC-IGBT具有小尺寸、高功率密度、低成本、高可靠性等诸多优点,广泛应用于消费、工业领域。600V逆导型FS-IGBT主要应用于消费电子,白色家电,汽车电子等中低压消费领域。

  RC-IGBT工艺包括正面工艺以及背面工艺。正面工艺包括终端环、场氧化层、栅氧化层、多晶硅栅、Pbody注入、NSD注入、孔刻蚀和正面金属等。背面工艺包括背部减薄、背部硼离子注入和背部磷离子注入等。本文FS-IGBT采用先正面后背面的工艺次序,这也是最常见的IGBT工艺次序。

RC-IGBT工艺流程图 
图1 RC-IGBT工艺流程图
 
  图1是主要的工艺步骤,FS层采用外延生长的方式制作,这主要是由于所设计RC-IGBT耐压级别较低,FS层和N型漂移区较薄。若是高压FS-IGBT,考虑到外延成本高,FS层常采用离子注入并推结的方式制作。采用外延和离子注入并推结的方法形成的FS层浓度分布差距极大,如图2所示。由于FS层影响IGBT的耐压和载流子分布形貌,相应的IGBT特性也差距较大。但是,不管FS层采用何种方法制作,其工艺次序都位于正面工艺之前,以防止制作FS层的热过程影响正面工艺。
外延和离子注入并推结形成的FS浓度分布对比 
图2 外延和离子注入并推结形成的FS浓度分布对比
 
  所开发工艺流程,终端制作紧跟于第二次外延之后,采用独立的光刻、离子注入和推结工艺。该流程制作的场限环结构易于控制,浓度可由注入剂量精确控制,结深可由注入能量和推结时间控制,环宽可由光刻工艺精确控制。终端制作先于场氧生长,需要增加额外的零层光刻版以实现对准和套刻。
 
  由图1可知,氧化层制作贯穿整个工艺流程,可采用热氧化和淀积两种方式。热氧化需要消耗体硅材料,而淀积不需要。热氧化生长的SiO2质量更好。场氧和栅氧化层采用热氧化工艺,BPSG和钝化采用淀积工艺。热氧化层可分为干氧、湿氧和干湿干等。其中干氧生长的SiO2质量好,但是生长速度缓慢,因此多用于生长栅氧化层;而场氧化层由于厚度较大,采用湿氧工艺。场氧厚度是关键参数,太厚制作成本高,并且不利于后续的刻蚀和终端场板结构,其厚度的设置需要丰富的经验指导。栅氧化层的厚度,影响器件的阈值电压、导通压降、栅极正负击穿电压等,是一个十分关键的参数。
 
  所设计工艺,为节约成本,不增加额外的PSD光刻版,而是采用孔注入的方式形成PSD层。孔注入分两次,一次采用二氟化硼,另一次采用硼注入。对于600V电压等级IGBT,由于芯片厚度较。ㄔ?0µm),国内背部减薄工艺难度较大。背部硼离子注入用以形成P型集电区,随后进行集电极N+短路孔光刻。背部光刻过程可以采用双面光刻机,以实现与正面图形对准;也可以使用传统的单面光刻机,其对准精度较差,但可以满足常规RC-IGBT结构的光刻过程。光刻完成后,进行磷离子注入以形成集电极N+短路孔。由于国内尚无激光退火工艺,因此背部杂质激活采用低温退火工艺。由于退火温度受到表面AL金属熔点限制,因此背部杂质激活率较低,实际生产过程中需要适量增大背部离子注入剂量。背金工艺对IGBT的泄漏电流和正向导通压降都存在影响,背面金属包含多种金属薄膜。IGBT的制作过程需要关注很多工艺细节,任何一个细节出现问题,都可能对器件造成致命的缺陷。
 
  整个工艺流程共用8张光刻版,分别是终端RING版、有源区版、多晶硅版、NSD版、孔版、金属AL版、PAD版和集电极N+孔版。




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