在汽車、軌道交通、以及家電市場中對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：碳化矽)或GaN (Gallium Nitride：氮華鎵)，各式各樣的技術研發層出不窮。
愛發科集團在已有的相對完備的功率器件設備產品線之外，針對IGBT又補充開發了兩款離子注入設備並開始銷售。

近年來，不僅市場方面期待IGBT能夠進一步降低驅動電流的損失以及提高開關響應的速度，不斷趨於小型化的應用模塊也對IGBT提出了新的要求。因此，針對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，生產工藝也在不斷地被要求改進和提升。

因此，我們開發了SOPHI-30和SOPHI-400這兩款離子注入機，並開始進行銷售。 SOPHI-30對應低加速、高濃度的離子注入。其處理時間大幅降低，（與我司之前型號相比）僅需原來的1/60。 SOPHI-400的加速電壓可高達2.4MeV，對應高加速離子注入。該設備不僅降低了驅動電流的損失，並提高了開關的速度。兩者的使用領域如圖1,2所示。

技術概要

1. 低加速、高濃度離子注入設備SOPHI-30

在把IGBT與二極管一體化封裝做成RC-IGBT的時候，為了將薄矽片背部Collector部分的P形部位需要反轉為N形，因此需要低加速、高濃度的離子注入處理。

以前的離子注入設備在進行低加速、高濃度處理時，存在著時間長、效率低的問題。但是，如果為了提高效率而強行使用大電流離子注入設備，則需要將多枚矽片放在處理台上邊旋轉邊進行注入。這在使用超薄矽片的情況下會導致矽片破碎，所以不能使用。雖然在枚葉式處理中運用了中電流離子注入設備，但是在低加速、高濃度的離子注入領域依然存在著生產效率低的問題。

這次我們開發的SOPHI-30，則完全解決了以上這些問題。我們不僅把低加速、高濃度的處理時間縮短到原有的1/60（與我司之前的型號相比較），而且也解決了處理超薄矽片時，可能產生的破碎問題。

原先的離子注入設備，離子生成的地方離矽片距離太遠。在低加速輸送離子束時，離子束電流會發生損失。因此，在20keV加速電壓下想達到2E15ions/cm2 的水平，處理一枚矽片需要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矽片只需要10秒鐘左右（相當於我司之前設備的1/60）。另外，設備的佔地面積也減小到原來的1/3。

SOPHI-30的優點：

(1) 低加速、高濃度的處理工藝，與我司之前的設備相比，其處理時間縮短至原來的1/60（10分/枚→10秒/枚）
(2) 佔地面積減小到原有設備的30%，價格則是原有設備的一半
(3) 可以對應超薄矽片

2. 高加速離子注入設備SOPHI-400

減少驅動電流的損失以及提高開關的速度，是市場對IGBT的要求。為了達到這一要求，需要從超薄矽片的背部對Field Stop層進行加速電壓為2MeV（2,000keV）左右的高加速離子注入處理。本設備讓枚葉式處理超薄矽片時，進行2.4MeV加速電壓，從而實現了高加速離子注入的處理。
另外，本設備採用次世代的處理工藝，利用氫（H）來製作Field Stop層。這樣大約能形成深度為4μm的Field Stop層，並能夠達到減少驅動電流以及提高開關速度的效果。

另外，氫在低溫下就可以進行活性退火，因此不需要使用昂貴的激光退火設備，爐管式設備（退火設備）即能處理，因此生產線的整體成本也能夠大大降低。

SOPHI-400的優點：

(1) 磷（P）離子注入可以達到2.4MeV（2,400keV）電壓下的加速
(2) 利用氫（H）製作Field Stop
(3) 可以對應超薄矽片

*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：為了改進功率器特性而減薄的矽片，其耐電壓能力會變得不足。為了彌補這一點，會向n base層注入高濃度的n+層。這個n+層就被成為FS層。在這裡所說的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 專利申請中

未來展望

我們確信本技術可以在減少IGBT的製造時間，提高IGBT的功能特性上起到非常大的貢獻。為了提高作為作為環境器件的功率器件之性能，不僅僅是離子注入設備，愛發科集團也能夠提供成膜設備以及蝕刻設備等各式各樣的解決方案。

設備照片

低能量離子注入設備「SOPHI-30」-- http://bit.ly/2tOEFzZ
高能量離子注入設備「SOPHI-400」-- http://bit.ly/2tTqY3T

新聞稿: http://www.acnnewswire.com/clientreports/598/Ulvac_Ch_1707.pdf

該設備聯繫人
愛發科株式會社
第一営業本部電子機器営業部
佐藤 大史
TEL: +81-467-89-2139
FAX: +81-467-89-2254
相關網址 https://www.ulvac.co.jp/
https://www.ulvac.co.jp/products_j/

- 新聞稿有效日期，至2017/08/09為止

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