[發(fā)明專利]適用于IGBT薄型硅片的背面雜質(zhì)激活方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310090771.X
• 申請(qǐng)日: 2013-03-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104064460B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭剛;施向東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/331
• 分類號(hào): H01L21/331;H01L21/324
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31211
• 代理人: 劉昌榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于IGBT薄型硅片的背面雜質(zhì)激活方法。

背景技術(shù)

IGBT(Insulated gate bipolar transistor，絕緣柵雙極性晶體管)以其驅(qū)動(dòng)功率小、飽和壓降低的優(yōu)勢(shì)，在直流電壓600V以上的變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路和牽引傳動(dòng)電路領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在IGBT器件制造流程中，通常需要將硅片減薄至300μm以下的厚度，經(jīng)過(guò)離子注入、退火等背面工藝。由于此時(shí)硅片正面已有鋁布線(參見(jiàn)圖1)，所以要確保退火的溫度不能太高，以免導(dǎo)致正面鋁線發(fā)生熔化；同時(shí)，為了獲得較好的器件性能，又需要較高的退火溫度，以有利于雜質(zhì)活化。在現(xiàn)有制造工藝中，這兩個(gè)因素很難兼顧，需要折衷考慮。

目前，IGBT硅片背面的雜質(zhì)退火工藝通常采用兩種方式：

一、采用傳統(tǒng)爐管退火方式。在低溫區(qū)延長(zhǎng)退火時(shí)間，溫度的選擇不僅要滿足低于鋁的熔點(diǎn)(660℃)，而且要保證在工藝時(shí)間內(nèi)鋁線不發(fā)生軟化或變形，一般這個(gè)溫度在450～500℃。由于此溫度較低，獲得的激活率也很低，通常不超過(guò)2%。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可兼容傳統(tǒng)工藝設(shè)備，缺點(diǎn)是工藝時(shí)間長(zhǎng)，激活率很低。

二、采用激光退火方式。可在退火表面獲得高于1400℃的高溫達(dá)到瞬時(shí)融態(tài)，從而獲得很高的雜質(zhì)激活率，而且由于時(shí)間極短可確保硅片正面低于100℃，不影響鋁線性能。但這種方式的缺點(diǎn)是激光退火設(shè)備極其昂貴，通常單臺(tái)價(jià)格在數(shù)百萬(wàn)美元。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種適用于IGBT薄型硅片的背面雜質(zhì)激活方法，它可以提高IGBT薄型硅片背面雜質(zhì)的激活率。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的適用于IGBT薄型硅片的背面雜質(zhì)激活方法，步驟包括：

1）將IGBT薄型硅片傳送入快速燈退火腔室，并使硅片背面注入摻雜區(qū)朝向加熱燈的照射面；

2）調(diào)整加熱燈陣列控制程式，使加熱燈只能單向照射硅片背面；

3）設(shè)置加熱燈的輸出功率，然后開(kāi)啟加熱燈，使硅片背面迅速升溫；

4）當(dāng)硅片溫度達(dá)到設(shè)定的退火溫度后，關(guān)閉加熱燈，保溫1～2秒，然后急速冷卻硅片。

本發(fā)明通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有的快速熱退火工藝，采用燈陣列加熱方式，對(duì)IGBT薄型硅片背面進(jìn)行單向照射，同時(shí)通過(guò)控制升降溫速率，優(yōu)化退火溫度曲線，從而在不影響硅片正面鋁線、不增加設(shè)備投資的基礎(chǔ)上，獲得了比傳統(tǒng)的爐管加熱退火方式更高的雜質(zhì)激活率。

附圖說(shuō)明

圖1是IGBT器件硅片縱向結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的快速燈退火工藝的燈陣列加熱方式側(cè)視圖。

圖3是本發(fā)明的快速燈退火工藝的燈陣列加熱方式俯視圖。

圖4是本發(fā)明的快速燈退火的溫度曲線；其中，a為升溫階段，使用大功率加熱燈，使硅片急速升溫；b為保溫階段，控制在1～2秒；c為降溫階段，用大流量氮?dú)饧彼倮鋮s硅片，強(qiáng)化降溫效果。

圖5是采用不同方式退火后的電阻測(cè)量結(jié)果。

圖6是本發(fā)明的快速燈退火工藝對(duì)硅片正面Al布線的影響；其中，A是在630℃下退火2秒鐘后，硅片正面的Al CD BAR（特征尺寸線條）正常；B是在650℃下退火2秒鐘后，硅片正面的Al CD BAR有熔化變形。

圖7是燈陣列輸出功率優(yōu)化前后的退火均一性對(duì)比圖。A為采用未經(jīng)優(yōu)化的燈陣列輸出功率進(jìn)行退火，退火后的電阻均一性為15.7%；B為采用優(yōu)化后的燈陣列輸出功率進(jìn)行退火，退火后的電阻均一性為8.1%。

具體實(shí)施方式

為對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合圖示的實(shí)施方式，詳述如下：

本實(shí)施例的IGBT薄型硅片背面雜質(zhì)激活方法，包括以下工藝步驟：

步驟1，將IGBT薄型硅片傳送入快速燈退火腔室，使硅片的背面注入摻雜區(qū)朝向加熱燈的照射面；然后調(diào)整燈陣列控制程式（上下面不同區(qū)域的燈管可以由獨(dú)立的電源模塊控制，通過(guò)程式修改可開(kāi)啟特定區(qū)的加熱燈，同時(shí)關(guān)閉其他區(qū)的燈管），使加熱燈只對(duì)硅片背面進(jìn)行單向照射，如圖2所示。

步驟2，設(shè)置加熱燈的輸出功率，然后開(kāi)啟加熱燈，使硅片背面迅速升溫。

較高的輸出功率可以提高硅片的升溫速率。通過(guò)調(diào)整各加熱燈的輸出功率（每個(gè)加熱燈的最大輸出功率為2KW，通過(guò)設(shè)置百分比可以控制實(shí)際所需功率，比如從“0%”改為“70%”，可使燈從關(guān)閉狀態(tài)變?yōu)檩敵鲚^大功率），可以控制硅片不同區(qū)域的溫度差異，改善硅片退火的均勻性，例如圖3所示，可以分5個(gè)區(qū)域分別獨(dú)立控制加熱燈管的輸出功率。