CN209029385U

CN209029385U - 一种功率器件

Info

Publication number: CN209029385U
Application number: CN201822080082.1U
Authority: CN
Inventors: 刘奇斌; 陈倩
Original assignee: Shanghai Advanced Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI ADVANCED SEMICONDUCTO
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2019-06-25
Anticipated expiration: 2028-12-11

Abstract

本实用新型提供了一种功率器件。该功率器件依次包括相互叠置的一第一氧化层、一氮化硅层、一第二氧化层、一硅片层和一第三氧化层；第一氧化层的厚度为3～5μm；氮化硅层的厚度为0.05～0.2μm；第二氧化层的厚度为0.5～2μm；硅片层的厚度为320～500μm；第三氧化层的厚度为3～5μm。本实用新型的功率器件动态性能优异，翘曲度低，后续光刻工艺可顺利进行。

Description

一种功率器件

技术领域

本实用新型涉及一种功率器件。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有绝缘栅型场效应管的高输入阻抗和双极型的低导通压降两方面的优点。

IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。通常在高压3300V的条件下，IGBT可在500μm以上的硅片上制造流片。为了提高IGBT的可靠性和耐压性能，钝化层磷硅玻璃(PSG)的厚度在4μm以上。

为了提高IGBT的动态性能(例如模块内部栅极电阻、外部栅极电阻、外部栅极电容、IGBT寄生电容参数、栅极充电电荷和IGBT开关时间等)，需要进一步降低衬底的厚度，例如以400μm薄片配合区熔衬底加离子注入的方式来形成场终止结构。

然而，目前衬底的厚度一般为675μm，当采用厚度在350μm以上的薄片来形成场终止结构时，在淀积PSG工艺之后，薄片PSG翘曲太大，以致于后续光刻工艺无法进行。

因此，如何克服薄片型功率器件(例如绝缘栅双极型晶体管)钝化后的翘曲问题，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中采用厚度小于675μm的薄片来提升功率器件(例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT))的动态性能时，薄片淀积钝化层(例如磷硅玻璃(PSG))之后，曲率≤150，翘曲太大，以致于后续光刻工艺无法进行的缺陷，而提供了一种功率器件。本实用新型提供的功率器件(例如绝缘栅双极型晶体管)采用500μm以下的薄片形成场终止结构，动态性能优异。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题。

本实用新型提供了一种功率器件，其依次包括相互叠置的一第一氧化层、一氮化硅层、一第二氧化层、一硅片层和一第三氧化层；

所述第一氧化层的厚度为3～5μm；

所述氮化硅层的厚度为0.05～0.2μm；

所述第二氧化层的厚度为0.5～2μm；

所述硅片层的厚度为320～500μm；

所述第三氧化层的厚度为3～5μm。

本实用新型中，所述功率器件可为本领域常规的功率器件，一般是指用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件(通常指电流为数十至数百安，电压为数百伏至数千伏以上)，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。

本实用新型中，所述第一氧化层的原料可为本领域常规的可作为氧化层的原料，优选为二氧化硅(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)和半绝缘多晶硅(SIPOS)中的一种或多种，例如硼磷硅玻璃和/或磷硅玻璃。

本实用新型中，所述第一氧化层的厚度优选为3～4.2μm，例如3μm、3.8μm、4.2μm或5μm。

本实用新型中，所述氮化硅层的厚度优选为(0.1～0.2μm)，例如(0.1μm)、(0.12μm)或(0.2μm)。

本实用新型中，所述第二氧化层的原料可为本领域常规的可作为氧化层的原料，优选为二氧化硅(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)和半绝缘多晶硅(SIPOS)中的一种或多种，例如二氧化硅、硼磷硅玻璃和磷硅玻璃中的一种或多种，再例如二氧化硅、硼磷硅玻璃或磷硅玻璃。

本实用新型中，所述第二氧化层的厚度优选为1～1.2μm，例如1μm或1.2μm。

本实用新型中，所述硅片层的厚度优选为320～410μm，例如320μm、410μm或500μm。

本实用新型中，所述第三氧化层的原料可为本领域常规的可作为氧化层的原料，优选为二氧化硅(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)和半绝缘多晶硅(SIPOS)中的一种或多种，例如硼磷硅玻璃和/或磷硅玻璃。

本实用新型中，所述第三氧化层的厚度优选为3～4.2μm，例如3μm、3.8μm、4.2μm或5μm。

在本实用新型一优选实施方式中，所述第一氧化层的厚度为3～4.2μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1～1.2μm，所述硅片的厚度为320～410μm，所述第三氧化层的厚度为3～4.2μm。

在本实用新型一优选实施方式中，所述第一氧化层的厚度为3μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1μm，所述硅片的厚度为320μm，所述第三氧化层的厚度为3μm。

在本实用新型一优选实施方式中，所述第一氧化层的厚度为3.8μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1.2μm，所述硅片的厚度为410μm，所述第三氧化层的厚度为3.8μm。

在本实用新型一优选实施方式中，所述第一氧化层的厚度为5μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1μm，所述硅片的厚度为500μm，所述第三氧化层的厚度为5μm。

在本实用新型一优选实施方式中，所述第一氧化层的厚度为4.2μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1μm，所述硅片的厚度为500μm，所述第三氧化层的厚度为4.2μm。

本实用新型中，所述功率器件的制备方法包括下述步骤：

(1)将能够形成氧化层的原料经气相沉积，淀积于硅片的一侧，得第二氧化层；

(2)将能够形成氮化硅层的原料经气相沉积，淀积于步骤(1)中所述的第二氧化层上，得氮化硅层；

(3)将能够形成氧化层的原料经气相沉积，淀积于步骤(3)中所述的氮化硅层上，得第一氧化层；将能够形成氧化层的原料经气相沉积，淀积于步骤(1)中所述硅片的另一侧，得第三氧化层；即可。

步骤(1)中，所述气相沉积可为本领域常规的气相沉积，一般是指在气相中通过物理和/或化学过程，在工件表面形成功能性薄膜的方法。

步骤(1)中，所述气相沉积的方式可为化学气相沉积或物理气相沉积。所述化学气相沉积可为等离子体化学气相沉积或低压化学气相沉积，优选为等离子体气相沉积。

步骤(1)中，所述气相沉积的条件可为本领域常规的气相沉积条件，一般可根据气相沉积的方式进行选择。

本领域技术人员知晓，所述气相沉积的过程中，可采用惰性气体作为保护气体或是维持一定的气压。所述惰性气体可为本领域常规的惰性气体，例如氮气和/或氩气。

步骤(1)中，所述能够形成氧化层的原料可为本领域常规的可在气相中通过物理过程和/或化学过程形成氧化层薄膜的原料，所述能够形成氧化层的原料可根据所述气相沉积的方式进行选择。

当所述气相沉积的方式为化学气相沉积，且所述第二氧化层为二氧化硅层时，所述能够形成氧化层的原料优选为硅源和氧源。

其中，所述硅源可为本领域常规的可引入硅元素的原料，例如硅烷。

其中，所述氧源可为本领域常规的可引入氧元素的原料，例如氧气和/或笑气(N₂O)。

当所述气相沉积的方式为化学气相沉积，且所述第二氧化层为硼磷硅玻璃层时，所述能够形成氧化层的原料优选为硅源、氧源、硼源和磷源。

其中，所述硅源和所述氧源同前所述。

其中，所述硼源可为本领域常规的可引入硼元素的原料，例如硼烷。

其中，所述磷源可为本领域常规的可引入磷元素的原料，例如磷烷。

当所述气相沉积的方式为化学气相沉积，且所述第二氧化层为磷硅玻璃层时，所述能够形成氧化层的原料优选为硅源、氧源和磷源。

其中，所述硅源、所述氧源和所述磷源同前所述。

当所述气相沉积的方式为物理气相沉积时，所述能够形成氧化层的原料可为二氧化硅(USG)、硼磷硅玻璃(BPSG)和磷硅玻璃(PSG)中的一种或多种，例如二氧化硅、硼磷硅玻璃或磷硅玻璃。

步骤(1)中，优选地，所述气相沉积后还进行回流处理。所述回流处理可按本领域常规的操作进行，一般在炉管中进行回流。

步骤(2)中，所述气相沉积同步骤(1)所述。

步骤(2)中，所述气相沉积的方式可为化学气相沉积或物理气相沉积。所述化学气相沉积可为等离子体化学气相沉积或低压化学气相沉积，优选为低压化学气相沉积。

步骤(2)中，所述能够形成氮化硅层的原料可为本领域常规的可在气相中通过物理过程和/或化学过程形成氮化硅薄膜的原料，所述能够形成氮化硅层的原料可根据所述气相沉积的方式进行选择。

当所述气相沉积的方式为化学气相沉积时，所述能够形成氮化硅层的原料优选为硅源和氮源。

其中，所述氮源可为本领域常规的可引入氮元素的原料，例如氨气。

当所述气相沉积的方式为物理气相沉积时，所述能够形成氮化硅层的原料为氮化硅。

步骤(3)中，所述气相沉积同步骤(1)所述。

步骤(3)中，所述气相沉积的方式同步骤(1)所述。

步骤(3)中，能够形成第一氧化层的原料和能够形成第三氧化层的原料同步骤(1)所述。

本实用新型中，所述硅片的一侧和所述硅片的另一侧一般是指硅片的正面和背面。

步骤(3)中，所述第一氧化层和所述第三氧化层的淀积顺序可不作限制，例如先淀积得所述第一氧化层，再淀积得所述第三氧化层；或者，先淀积得所述第三氧化层，再淀积得所述第一氧化层；或者，同时淀积得所述第一氧化层和所述第三氧化层。优选地，先淀积得所述第一氧化层，再淀积得所述第三氧化层。

本领域技术人员知晓，步骤(3)中，在所述第一氧化层和所述第三氧化层经所述气相沉积后还可进行回流处理。所述回流处理可按本领域常规的操作进行，一般在炉管中进行回流。

本实用新型的积极进步效果在于：

(1)本实用新型提供的功率器件大大了降低薄硅片的翘曲度，利于后续光刻工艺的顺利进行；

(2)本实用新型使薄片能够顺利流片，提高了产品的动态性能；且工艺方便易行，适宜工业化大生产。

附图说明

图1为本实用新型一实施例1的功率器件的结构示意图。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

实施例1

图1为实施例1的功率器件的结构示意图。该功率器件依次包括相互叠置的：一第一氧化层4、一氮化硅层3、一第二氧化层2、一硅片层1和一第三氧化层5。

该功率器件的制备方法如下所示：

取一320μm厚度衬底(硅片)，淀积一层二氧化硅层1μm，在炉管中回流之后，低压气相淀积氮化硅。然后在硅片正面等离子气相淀积3μm硼磷硅玻璃，在硅片背面等离子气相淀积3μm硼磷硅玻璃，在炉管中回流，即可。

本实施例制得的功率器件翘曲度为80，符合后续工艺标准。

实施例2

取一410μm厚度衬底(硅片)，淀积一层硼磷硅玻璃层1.2μm，在炉管中回流之后，淀积氮化硅。然后在正面淀积3.8μm硼磷硅玻璃，在背面淀积3.8μm硼磷硅玻璃，在炉管中回流，即可。

本实施例制得的功率器件翘曲度为110，符合后续工艺标准。

实施例3

取一500μm厚度衬底(硅片)，淀积一层二氧化硅层1μm，在炉管中回流之后，淀积氮化硅。然后在正面淀积5μm硼磷硅玻璃，在背面淀积5μm硼磷硅玻璃，在炉管中回流，即可。

本实施例制得的功率器件翘曲度为110，符合后续工艺标准。

实施例4

取一500μm厚度衬底(硅片)，淀积一层磷硅玻璃层1μm，在炉管中回流之后，淀积氮化硅。然后在正面淀积4.2μm磷硅玻璃，在背面淀积4.2μm磷硅玻璃，在炉管中回流，即可。

本实施例制得的功率器件翘曲度为111，符合后续工艺标准。

对比例1

取一400um厚度衬底(硅片)，淀积一层二氧化硅层1μm，在炉管中回流之后，淀积氮化硅。然后在正面淀积5μm硼磷硅玻璃，在炉管中回流，即可。

本对比例制得的功率器件翘曲度为200，后续光刻工艺等无法继续进行。

效果实施例1

取实施例2中制备得到的绝缘栅双极型晶体管，测定其曲率和半径，结果如表1所示。

曲率和半径的检测仪器为曲率半径测试仪，型号GS-QLB02。

表1

由表1可知，背面淀积磷硅玻璃后，绝缘栅双极型晶体管的曲率减小，其弯曲程度明显减小，说明本申请的制备工艺能有效克服绝缘栅双极型晶体管钝化后的翘曲问题。

效果实施例2

取实施例1和2中制备得到的绝缘栅双极型晶体管，测定其性能，结果如表2所示。

饱和压降和击穿电压的通过JUNO测试机进行检测。

表2

性能指标	实施例1	实施例2
			饱和压降	2V	2.2V
击穿电压	1300V	4120V

由表2可知，实施例1和实施例2制备得到的绝缘栅双极型晶体管饱和压降低、动态性能好，击穿电压能够达到工艺标准。

Claims

1.一种功率器件，其特征在于，其依次包括相互叠置的一第一氧化层、一氮化硅层、一第二氧化层、一硅片层和一第三氧化层；

所述第一氧化层的厚度为3～5μm；

所述氮化硅层的厚度为0.05～0.2μm；

所述第二氧化层的厚度为0.5～2μm；

所述硅片层的厚度为320～500μm；

所述第三氧化层的厚度为3～5μm。

2.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述第一氧化层的原料为二氧化硅、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃和半绝缘多晶硅中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述第一氧化层的厚度为3～4.2μm。

4.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述氮化硅层的厚度为

5.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述硅片层的厚度为320～410μm。

6.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述第二氧化层的原料为二氧化硅、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃和半绝缘多晶硅中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述第二氧化层的厚度为1～1.2μm。

8.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述第三氧化层的原料为二氧化硅、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃和半绝缘多晶硅中的一种或多种。

9.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述第三氧化层的厚度为3～4.2μm。

10.如权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述第一氧化层的厚度为3～4.2μm，所述氮化硅层的厚度为所述第二氧化层的厚度为1～1.2μm，所述硅片的厚度为320～410μm，所述第三氧化层的厚度为3～4.2μm。