Chigasaki, Japan, 2017年7月6日 - (亞太商訊) - 愛發(fā)科株式會(huì)社（總部位于日本神奈川縣茅崎市，董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理、巖下節(jié)生，以下簡(jiǎn)稱ULVAC）面向功率器件，開發(fā)了兩款可對(duì)應(yīng)超薄硅片的低速離子注入和高速離子注入設(shè)備”SOPHI”（柔化）機(jī)型，并正式開始對(duì)外銷售。
背景
在汽車、軌道交通、以及家電市場(chǎng)中對(duì)功率器件的需求不斷高漲，例如IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣柵雙極晶體管）、SiC (Silicon Carbide：碳化硅)或GaN (Gallium Nitride：氮華鎵)，各式各樣的技術(shù)研發(fā)層出不窮。
愛發(fā)科集團(tuán)在已有的相對(duì)完備的功率器件設(shè)備產(chǎn)品線之外，針對(duì)IGBT又補(bǔ)充開發(fā)了兩款離子注入設(shè)備并開始銷售。
近年來(lái)，不僅市場(chǎng)方面期待IGBT能夠進(jìn)一步降低驅(qū)動(dòng)電流的損失以及提高開關(guān)響應(yīng)的速度，不斷趨于小型化的應(yīng)用模塊也對(duì)IGBT提出了新的要求。因此，針對(duì)IGBT和二極管一體化封裝芯片（RC-IGBT）的低加速、高濃度的離子注入工序中，生產(chǎn)工藝也在不斷地被要求改進(jìn)和提升。
因此，我們開發(fā)了SOPHI-30和SOPHI-400這兩款離子注入機(jī)，并開始進(jìn)行銷售。SOPHI-30對(duì)應(yīng)低加速、高濃度的離子注入。其處理時(shí)間大幅降低，（與我司之前型號(hào)相比）僅需原來(lái)的1/60。SOPHI-400的加速電壓可高達(dá)2.4MeV，對(duì)應(yīng)高加速離子注入。該設(shè)備不僅降低了驅(qū)動(dòng)電流的損失，并提高了開關(guān)的速度。兩者的使用領(lǐng)域如圖1,2所示。
技術(shù)概要
1. 低加速、高濃度離子注入設(shè)備SOPHI-30
在把IGBT與二極管一體化封裝做成RC-IGBT的時(shí)候，為了將薄硅片背部Collector部分的P形部位需要反轉(zhuǎn)為N形，因此需要低加速、高濃度的離子注入處理。
以前的離子注入設(shè)備在進(jìn)行低加速、高濃度處理時(shí)，存在著時(shí)間長(zhǎng)、效率低的問(wèn)題。但是，如果為了提高效率而強(qiáng)行使用大電流離子注入設(shè)備，則需要將多枚硅片放在處理臺(tái)上邊旋轉(zhuǎn)邊進(jìn)行注入。這在使用超薄硅片的情況下會(huì)導(dǎo)致硅片破碎，所以不能使用。雖然在枚葉式處理中運(yùn)用了中電流離子注入設(shè)備，但是在低加速、高濃度的離子注入領(lǐng)域依然存在著生產(chǎn)效率低的問(wèn)題。
這次我們開發(fā)的SOPHI-30，則完全解決了以上這些問(wèn)題。我們不僅把低加速、高濃度的處理時(shí)間縮短到原有的1/60（與我司之前的型號(hào)相比較），而且也解決了處理超薄硅片時(shí)，可能產(chǎn)生的破碎問(wèn)題。
原先的離子注入設(shè)備，離子生成的地方離硅片距離太遠(yuǎn)。在低加速輸送離子束時(shí)，離子束電流會(huì)發(fā)生損失。因此，在20keV加速電壓下想達(dá)到2E15ions/cm2 的水平，處理一枚硅片需要10分鐘左右。
SOPHI-30的離子輸送距離極其之短，不僅提高了離子束的輸送效率，而且在相同條件下處理一枚硅片只需要10秒鐘左右（相當(dāng)于我司之前設(shè)備的1/60）。另外，設(shè)備的占地面積也減小到原來(lái)的1/3。
SOPHI-30的優(yōu)點(diǎn)：
(1) 低加速、高濃度的處理工藝，與我司之前的設(shè)備相比，其處理時(shí)間縮短至原來(lái)的1/60（10分/枚→10秒/枚）
(2) 占地面積減小到原有設(shè)備的30%，價(jià)格則是原有設(shè)備的一半
(3) 可以對(duì)應(yīng)超薄硅片
2. 高加速離子注入設(shè)備SOPHI-400
減少驅(qū)動(dòng)電流的損失以及提高開關(guān)的速度，是市場(chǎng)對(duì)IGBT的要求。為了達(dá)到這一要求，需要從超薄硅片的背部對(duì)Field Stop層進(jìn)行加速電壓為2MeV（2,000keV）左右的高加速離子注入處理。本設(shè)備讓枚葉式處理超薄硅片時(shí)，進(jìn)行2.4MeV加速電壓，從而實(shí)現(xiàn)了高加速離子注入的處理。
另外，本設(shè)備采用次世代的處理工藝，利用氫（H）來(lái)制作Field Stop層。這樣大約能形成深度為4μm的Field Stop層，并能夠達(dá)到減少驅(qū)動(dòng)電流以及提高開關(guān)速度的效果。
另外，氫在低溫下就可以進(jìn)行活性退火，因此不需要使用昂貴的激光退火設(shè)備，爐管式設(shè)備（退火設(shè)備）即能處理，因此生產(chǎn)線的整體成本也能夠大大降低。
SOPHI-400的優(yōu)點(diǎn)：
(1) 磷（P）離子注入可以達(dá)到2.4MeV（2,400keV）電壓下的加速
(2) 利用氫（H）制作Field Stop
(3) 可以對(duì)應(yīng)超薄硅片
*1 Reverse-Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor
把IGBT和二極管一體化封裝的芯片
*2 Field Stop層：為了改進(jìn)功率器特性而減薄的硅片，其耐電壓能力會(huì)變得不足。為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，會(huì)向n base層注入高濃度的n+層。這個(gè)n+層就被成為FS層。在這里所說(shuō)的Field是指高電位，而阻止（Stop）高電位的層（Layer）則被成為FS（Field Stop）層。
*3 專利申請(qǐng)中
未來(lái)展望
我們確信本技術(shù)可以在減少IGBT的制造時(shí)間，提高IGBT的功能特性上起到非常大的貢獻(xiàn)。為了提高作為作為環(huán)境器件的功率器件之性能，不僅僅是離子注入設(shè)備，愛發(fā)科集團(tuán)也能夠提供成膜設(shè)備以及蝕刻設(shè)備等各式各樣的解決方案。
設(shè)備照片
低能量離子注入設(shè)備「SOPHI-30」-- http://bit.ly/2tOEFzZ
高能量離子注入設(shè)備「SOPHI-400」-- http://bit.ly/2tTqY3T