[發(fā)明專利]一種功率器件背面熱退火時對正面金屬圖形的保護(hù)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110093629.1
• 申請日: 2011-04-14
• 公開（公告）號: CN102184854A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李澤宏;張超;楊文韜;單亞東;肖璇;吳寬
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L21/324
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及功率器件的制造工藝，尤其是器件背面熱退火時對正面金屬圖形的保護(hù)方法。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體技術(shù)是電力電子技術(shù)的核心，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，以柵控功率器件與智能功率集成電路為代表的現(xiàn)代功率半導(dǎo)體技術(shù)從20世紀(jì)80年代得到了迅速發(fā)展，進(jìn)而極大地推動了電力電子技術(shù)的進(jìn)步。而電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步反過來又促使功率半導(dǎo)體技術(shù)向高頻、高溫、高壓、大功率及智能化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。功率半導(dǎo)體器件經(jīng)過了40多年的發(fā)展，在器件制造技術(shù)上不斷提高，已經(jīng)歷了以晶閘管為代表的分立器件，以可關(guān)斷晶閘管(GTO)、巨型晶體管(GTR)、功率MOSFET和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的功率集成器件(PID)，以智能化功率集成電路(SSPIC)、高壓功率集成電路(HVIC)為代表的功率集成電路(SPIC)等三個發(fā)展時期。

目前應(yīng)用中壓大功率的電力電子器件已經(jīng)形成GTO、IGCT、IGBT、IEGT相互競爭不斷創(chuàng)新的技術(shù)市場。通過功率器件的制作過程可以實現(xiàn)器件結(jié)構(gòu)變革和參數(shù)優(yōu)化，這些器件都有PNPN四層結(jié)構(gòu)，以IGBT為例，除最初開發(fā)的PT-IGBT是在P⁺襯底上生長高阻厚外延層制成外，其他的結(jié)構(gòu)大多采用薄片技術(shù)，在功率器件的制作過程中不僅要進(jìn)行正面加工也要進(jìn)行背面加工，正面加工一般是制造MOS器件，和常規(guī)VDMOS工藝技術(shù)類同；背面加工技術(shù)是以薄片技術(shù)為核心，需要進(jìn)行背面離子注入、熱退火和背面金屬化等工藝過程來完成。以NPT-IGBT為例，基本工藝流程為：選擇<100>晶向的N型硅襯底，長場氧，制作終端部分，有源區(qū)刻蝕及長柵氧，淀積多晶硅柵，刻蝕多晶硅柵，注入P型基區(qū)及退火，注入N型源區(qū)及退火，厚氧化層，刻蝕接觸孔，注入P⁺體區(qū)，淀積正面金屬，刻蝕正面金屬，背面減薄，注入背面P型集電極，P型集電極熱退火，背面淀積金屬Al，熔爐燒結(jié)，冷卻，背面布金屬Ti/Ni/Ag。

背面的離子注入是一種向襯底中引入可控制數(shù)量的雜質(zhì)，以改變其電學(xué)特性的方法，從而形成所需要的結(jié)。但一定能量的入射離子進(jìn)入晶體后，由于和晶體中的電子及原子核的相互作用而失去能量最后終止在晶體中的某一位置，這些離子往往處于間隙位置，對載流子并沒有貢獻(xiàn)，并且高能離子的注入會對晶格照成一定的損傷。離子注入給晶體照成的損傷，將直接影響半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電性。如散射中心的增加，使載流子遷移率下降，缺陷的增多，使非平衡載流子的壽命減小；在有些情況下，損傷會造成電活性中心，改變載流子濃度；同時注入層晶體的損傷還會使電導(dǎo)下降，P-N結(jié)反向漏電流增大等等。

為了修復(fù)背部離子注入帶來的缺陷并激活注入的雜質(zhì)，就需要進(jìn)行退火熱處理。硅片的退火有兩種基本方法：高溫爐退火和快速熱退火(RTA)，傳統(tǒng)方法運(yùn)用的是高溫爐退火的方法，在高溫爐中只能將硅片加熱到800℃～1000℃左右，并持續(xù)退火大約30分鐘。在這樣的溫度和時間下進(jìn)行熱處理，會導(dǎo)致雜質(zhì)的擴(kuò)散過大，影響雜質(zhì)分布，這是現(xiàn)代IC制造不希望看到的。而快速熱退火(RTA)是用極快的升溫和在目標(biāo)溫度短暫的持續(xù)時間對硅片進(jìn)行處理，通常在快速熱處理機(jī)(RTP)中進(jìn)行。快速的升溫和短暫的持續(xù)時間能夠在晶格缺陷的修復(fù)、激活雜質(zhì)和最小化雜質(zhì)擴(kuò)散三者之間取得優(yōu)化，因而RTA是激活雜質(zhì)并減小雜質(zhì)再分布的最佳方法。快速熱退火工藝根據(jù)加熱類型可分為三大類：絕熱型、熱流型和等溫型。絕熱型設(shè)備的熱源通常是寬束相干光源，如準(zhǔn)分子激光器。盡管這種退火系統(tǒng)在相同的溫度下所需的加熱時間最短，但是它存在幾個嚴(yán)重的缺陷，包括溫度和時間的控制困難，縱向溫度梯度大以及設(shè)備成本高。熱流型系統(tǒng)采用高強(qiáng)度點(diǎn)光源，如電子束或經(jīng)過聚焦的激光，對硅片進(jìn)行掃描。但是由于橫向的熱不均勻性造成的缺陷使其還不能應(yīng)用于IC制造。等溫型系統(tǒng)采用寬束輻射加熱圓片許多秒鐘，等溫型系統(tǒng)在圓片的橫向和縱向上引起的溫度梯度是最小的。這種等溫型系統(tǒng)一般采用非相干光源，如一組鎢鹵燈。由于等溫型系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在幾乎所有的商用快速熱退火系統(tǒng)(RTP)都采用等溫型設(shè)計。