一種功率器件的背面buffer層制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率器件制作方法，具體涉及一種功率器件的背面buffer層制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種變頻電路，斬波電路的應用不斷擴大，在這些電力電子電路中的主回路不論是采用換流關斷的晶閘管，還是采用自關斷能力的新型電力電子器件，都需要一個與之并聯(lián)的快速恢復二極管。尤其是以IGBT，IGCT為代表的電力電子器件的廣泛應用，對快恢復二極管又提出新的要求，即具有短的反向恢復時間的同時還要具有軟恢復特性。
[0003]需要注意的是，快恢復二極管并非普通二極管加少子壽命控制技術(shù)那么簡單，與普通二極管的陰極N+淺結(jié)結(jié)構(gòu)不同，快恢復二極管由于恢復速度快通常需要在背面增加buffer層來提高軟度。
[0004]目前在二極管陽極側(cè)具有較多的軟度改善措施:如EMC0N、局域壽命控制等等，并已經(jīng)得到實際應用。陰極側(cè)目前已經(jīng)實用的軟度改善措施即增加buffer層，一般常用的結(jié)構(gòu)有三種，一是外延雙基區(qū)，通過兩次以上外延來實現(xiàn)，二是深擴散雙基區(qū)，通過一次磷的深擴散形成，三是兩次擴散雙基區(qū)，通過兩次磷的深擴散來形成。外延形成buffer層多用于對二極管壓降要求較高，頻率較低的應用，其軟度通常較擴散形成buffer層的二極管要差，擴散形成的buffer層通常應用于對二極管軟度要求較高，頻率較高，對壓降不敏感的應用。
[0005]對于3300V以上器件，上述實現(xiàn)方式均存在一些不足盡如人意的方面:對于外延方式，3300V器件的N-區(qū)厚度通常要達到300um以上，這樣的厚度通過外延來形成是相當困難的，因此目前對于3300V以上器件均用單晶片作為材料片，也就不存在雙外延形成buffer層的方式。對于擴散方式，受限于濃度梯度的存在，buffer層形成后，為了保證形成良好的歐姆接觸及背面buffer層效果，背面不可減薄過多。目前實際是采用背面通過硅腐蝕液腐蝕硅的方式，此種方式腐蝕速度及均勻性控制較難，并且不能保證在前面加工過程中在硅片背面形成的副產(chǎn)物會全部被腐蝕掉，因此，存在金屬粘附性差的可能，嚴重會導致金屬脫落。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種功率器件的背面buffer層制作方法，該方法從結(jié)構(gòu)上保證buffer層的完整及背面良好的歐姆接觸。
[0007]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明提供一種功率器件的背面buffer層制作方法，所述功率器件包括依次在單晶娃片N-層背面設置的buffer層、外延N+層和減薄區(qū)域,依次在單晶娃片N-層正面設置的金屬電極、鈍化層和氧化層，其改進之處在于，外延N+層在功率器件正面熱過程作用下向單晶硅片N-層進行推結(jié)形成buffer層，所述方法包括下述步驟:
[0009](I)單晶硅片處理:對單晶硅片背面進行拋光和清洗，形成單晶硅片N-層；
[0010](2)形成外延N+層:通過外延的方式在單晶硅片的背面形成外延N+層，濃度最低要求118Cm3以上，以確保在背面金屬淀積時形成歐姆接觸，在背面減薄及正面熱過程會形成濃度梯度雙重作用下，減薄最厚區(qū)域表面濃度能形成歐姆接觸；
[0011](3)正面工藝:完成全部正面工藝，從激光打標到終端鈍化完成，正面工藝加工過程中的熱過程同時對外延N+層進行推結(jié)形成buffer層；
[0012](4)背面減薄:正面工藝同時會造成背面表面殘留副產(chǎn)物，氧化層影響背面金屬工藝的過程，對背面進行減薄，背面減薄15um，去掉正面工藝加工過程中背面形成的副產(chǎn)物，露出新鮮硅層，通過硅腐蝕液進行背面腐蝕，用于邊緣倒角及去除背面減薄時產(chǎn)生的應力；
[0013](5)背面金屬；形成背面金屬，形成Al/Ti/Ni/Ag或Ti/Ni/Ag背面金屬電極。
[0014]進一步地，所述步驟(I)中，單晶硅片為3300V以上材料的單晶硅片。
[0015]進一步地,所述步驟(2)中，減薄區(qū)域厚度為20_100um。
[0016]進一步地，所述步驟(3)中，正面工藝都包括通過氧化，光刻，刻蝕，注入，推結(jié)形成限定區(qū)域摻雜，通過金屬蒸發(fā)或濺射配合光刻、刻蝕與合金形成正面金屬電極，通過涂覆或淀積與光刻，刻蝕形成鈍化層。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達到的有益效果是:
[0018]1.通過外延N+層,在實現(xiàn)buffer層(buffer層即為緩沖層)的同時保留現(xiàn)有功率器件背面成熟工藝，避免金屬粘附性問題；從結(jié)構(gòu)上保證buffer層的完整及背面良好的歐姆接觸。
[0019]2.由于功率器件硅片本身厚度均勻性，加工過程中高溫造成的芯片翹曲以及減薄機本身的減薄誤差，通常分立器件廠家減薄最小厚度設定需要15um，原工藝由于buffer層厚度及濃度梯度問題，無法在減薄機上實現(xiàn)減薄，而此工藝背面生產(chǎn)完全與現(xiàn)有工藝兼容。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明提供的單晶硅片N-層示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明提供的單晶硅片N-層背面經(jīng)過拋光，清洗，外延N+層示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明提供的單晶硅片經(jīng)過正面工藝過程，同時背面N+形成buffer層示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明提供的單晶硅片圖2過程電阻率縱向分布示意圖；
[0024]圖5是本發(fā)明提供的單晶硅片圖3過程電阻率縱向分布示意圖；
[0025]其中:1.表示材料片N-層；2.表示外延N+層；3.表示buffer層；4.表示氧化層；5.表示金屬電極；6.表示鈍化層；7表示減薄區(qū)域。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0027]本發(fā)明提供一種功率器件的背面buffer層制作方法，功率器件包括所述功率器件包括依次在單晶硅片N-層背面設置的buffer層、外延N+層和減薄區(qū)域，依次在單晶硅片N-層正面設置的金屬電極、鈍化層和氧化層，外延N+層在功率器件正面熱過程作用下向單晶硅片N-層進行擴散形成buffer層，所述方法包括:在3300V以上單晶硅片背面外延一層摻磷濃度高的外延N+層，然后進行背封，防止磷溢出及對相鄰片正面造成自摻雜。進行芯片正面工藝，背面的外延N+層會在正面熱過程作用下向N-單晶片進行擴散形成buffer層，在N+層濃度確定后，buffer層厚度決定于正面熱過程，如厚度不足可在芯片正面工藝前增加一步熱過程。
[0028]具體包括下述步驟:
[0029](I)單晶硅片處理:對單晶硅片背面進行拋光和清洗，形成單晶硅片N-層；單晶硅片為3300V以上材料的單晶硅片。
[0030](2)形成外延N+層:通過外延的方式在單晶硅片的背面形成外延N+層，濃度最低要求118Cm3以上，以確保在背面金屬淀積時形成良好的歐姆接觸，在背面減薄及正面熱過程會形成濃度梯度雙重作用下，減薄最厚區(qū)域表面濃度能形成歐姆接觸，減薄區(qū)域厚度為20-100um。背面外延N+層也可以是雙層或多層外延。
[0031](3)正面工藝:完成全部正面工藝，從激光打標到終端鈍化完成，包括但不限于通過氧化，光刻，刻蝕，注入，推結(jié)形成限定區(qū)域摻雜，通過金屬蒸發(fā)或濺射配合光刻，刻蝕與合金形成正面金屬電極，通過涂覆或淀積與光刻，刻蝕形成鈍化層，正面工藝加工過程中的熱過程同時對外延N+層進行推結(jié)形成buffer層；
[0032](4)背面減薄:正面工藝同時會造成背面表面殘留副產(chǎn)物，氧化層影響背面金屬工藝的過程，對背面進行減薄，背面減薄15um，去掉正面工藝加工過程中背面形成的副產(chǎn)物，露出新鮮硅層，通過硅腐蝕液進行背面腐蝕，用于邊緣倒角及去除背面減薄時產(chǎn)生的應力；
[0033](5)背面金屬；形成背面金屬，形成Al/Ti/Ni/Ag或Ti/Ni/Ag背面金屬電極。
[0034]通過背面外延方式形成摻磷外延N+層，通過熱過程的反擴散來實現(xiàn)buffer層，從而與現(xiàn)有背面減薄背金成熟工藝完全兼容。
[0035]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術(shù)人員應當理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1.一種功率器件的背面buffer層制作方法，所述功率器件包括依次在單晶硅片N-層背面設置的buffer層、外延N+層和減薄區(qū)域，依次在單晶硅片N-層正面設置的金屬電極、鈍化層和氧化層，其特征在于，外延N+層在功率器件正面熱過程作用下向單晶硅片N-層進行推結(jié)形成buffer層，所述方法包括下述步驟: (1)單晶硅片處理:對單晶硅片背面進行拋光和清洗，形成單晶硅片N-層； (2)形成外延N+層:通過外延的方式在單晶硅片的背面形成外延N+層，濃度最低要求118Cm3以上，以確保在背面金屬淀積時形成歐姆接觸，在背面減薄及正面熱過程會形成濃度梯度雙重作用下，減薄最厚區(qū)域表面濃度能形成歐姆接觸； (3)正面工藝:完成全部正面工藝，從激光打標到終端鈍化完成，正面工藝加工過程中的熱過程同時對外延N+層進行推結(jié)形成buffer層； (4)背面減薄:正面工藝同時會造成背面表面殘留副產(chǎn)物，氧化層影響背面金屬工藝的過程，對背面進行減薄，背面減薄15um，去掉正面工藝加工過程中背面形成的副產(chǎn)物，露出新鮮硅層，通過硅腐蝕液進行背面腐蝕，用于邊緣倒角及去除背面減薄時產(chǎn)生的應力； (5)背面金屬；形成背面金屬，形成Al/Ti/Ni/Ag或Ti/Ni/Ag背面金屬電極。2.如權(quán)利要求1所述的功率器件的背面buffer層制作方法，其特征在于，所述步驟(1)中，單晶硅片為3300V以上材料的單晶硅片。3.如權(quán)利要求1所述的功率器件的背面buffer層制作方法，其特征在于，所述步驟(2)中，減薄區(qū)域厚度為20-100um。4.如權(quán)利要求1所述的功率器件的背面buffer層制作方法，其特征在于，所述步驟(3)中，正面工藝都包括通過氧化，光刻，刻蝕，注入，推結(jié)形成限定區(qū)域摻雜，通過金屬蒸發(fā)或濺射配合光刻、刻蝕與合金形成正面金屬電極，通過涂覆或淀積與光刻，刻蝕形成鈍化層。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種功率器件制作方法，具體涉及一種功率器件的背面buffer層制作方法。在3300V以上單晶硅片背面外延一層摻磷濃度高的外延N+層，然后進行背封，防止磷溢出及對相鄰片正面造成自摻雜。進行芯片正面工藝，背面的外延N+層會在正面熱過程作用下向單晶硅片N-層進行擴散形成buffer層，在外延N+層濃度確定后，buffer層厚度決定于正面熱過程，如厚度不足可在芯片正面工藝前增加一步熱過程。本發(fā)明通過外延N+層，在實現(xiàn)buffer層的同時保留現(xiàn)有功率器件背面成熟工藝，避免金屬粘附性問題；從結(jié)構(gòu)上保證buffer層的完整及背面良好的歐姆接觸。
【IPC分類】H01L21/283
【公開號】CN105023836
【申請?zhí)枴緾N201410169697
【發(fā)明人】吳迪, 劉鉞楊, 何延強, 包海龍, 張宇
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)上海市電力公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2014年4月25日