[發明專利]一種半導體硅片雙面退火方法及裝置

有效

• 申請號: 201410043848.2
• 申請日: 2014-01-29
• 公開（公告）號: CN104810261B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 周炯;聞人青青;孟春霞
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備（集團）股份有限公司
• 主分類號: H01L21/268
• 分類號: H01L21/268
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

本發明屬于半導體制造設備和技術領域，具體涉及一種半導體硅片雙面退火方法及裝置。所述方法，先進行硅片正面和背面離子注入，然后進行硅片正面和背面同時退火，最后完成硅片正面金屬連接層、金屬層和鈍化層工藝。所述裝置包括正面退火設備、背面退火設備和設置在兩者之間用于承載硅片的環狀硅片夾具。本發明提供的技術方案與現有技術相比具有以下優點：采用退火發射極原理，將兩次退火合并為一次退火完成，相應金屬和鈍化層最后完成；避免了傳統單次背面退火工藝硅片不能自動翻轉問題，目前技術由人工借助吸筆完成；除了有效提高硼和磷的激活率外，還可以調節緩沖區的深度和寬度；簡化了生產工序，同時提高了設備利用率，也降低了制造成本。

技術領域

本發明屬于半導體制造設備和技術領域，具體涉及一種半導體硅片雙面退火方法及裝置。

背景技術

在半導體器件制造流程中，離子注入后必須通過足夠高溫的熱處理才能具有電活性，并消除雜質注入時對硅基底晶格的損傷，這個過程叫做退火。目前退火方式包括爐管(Furnace)、快速熱處理(RTP)和激光退火(LaserAnneal)等。

隨著IC器件工藝的發展，目前許多半導體器件的硅片需要在正反兩面進行離子注入，如IGBT器件，其由MOSFET和BJT構成，現今最常用的IGBT技術是場截止IGBT技術(FSIGBT)，如圖1所示，器件從上到下依次包括源漏區11、漂移區12和場截止層等，其中場截止層可以僅包括硼摻雜的背面P型區域13，也可以在漂移區12和背面N型區域14之間增加背面P型區域13，因此除了正面正常的源漏離子注入外，背面還要形成一個場截止層，需要進行背面離子注入。

雙面IGBT是一種新型IGBT結構設計，是傳統NPT結構的延伸，相當于兩個IGBT器件的組合，其正反兩面也都會進行柵源漏極的離子注入，柵源漏極的雜質激活需要兩次退火工藝，尤其是背面工藝需要將硅片翻轉，現有8寸或以下Fab不具備自動傳輸設備，對顆粒度控制難度增加。

另外還有日本羅姆公司新開發的功率器件，兼具超結(SJ)型功率MOSFET和IGBT優良特性的新型高耐壓開關元件，其命名為“Hybrid MOS”。Hybrid MOS既具備SJ型功率MOSFET的高速開關特性與良好的低電流性能，又具備IGBT的高耐壓特性，其具有正面CoolMOS和背面場截止結構，因此也存在背面離子注入。

從以上舉例可以看到，越來越多的半導體功率器件制造工藝中已經或將要用到雙面的離子注入，而目前注入后較先進熱處理方式——RTP和Laser Anneal卻只能對硅片進行單面退火。以FS IGBT退火工藝為例，如圖2所示，先完成正面柵源漏極注入，通過RTP退火激活正面摻雜離子，然后完成正面金屬層和鈍化層工藝；接著將硅片翻轉進行減薄和背面離子注入，由于薄片受正面金屬耐溫條件所限，只能采用激光退火工藝實現背面摻雜離子激活。雙面離子注入的硅片的退火過程為先進行正面離子注入和第一次退火；然后進行金屬連接層，金屬層，鈍化層等正面工藝；再將硅片翻轉進行硅片背面離子注入和第二次退火。這樣兩次單面退火方式不僅工藝繁雜，生產成本及周期上升，而且退火設備的利用率也沒有充分發揮，并且因為已經做好了金屬化，硅片溫度不能夠超過500度，因此第二次退火時，溫度不宜過高，但是在低溫下硼和磷的激活率都比較低<10％，并且該條件下注硼形成的發射極濃度不夠濃，也不夠深，發射效率比較低，所以被成為透明發射極。若要提高背面注入硼和磷的激活率，退火溫度必須設置在700度以上，此時發射極的發射效率會明顯提高，稱退火發射極。

RTP設備主要包括蜂巢式排列的燈源、光源冷卻室、硅片夾具等部分，RTP燈源可以采用鹵素燈或氙燈，燈的排列方式可以采用蜂巢式燈珠或平行排列的燈管，這些燈都可以分區域控制其功率大小以增強硅片加熱的均勻性；而激光退火設備主要包括：激光器、光束處理系統、硅片夾具、散射光探測及溫度反饋系統，所述散射光探測及溫度反饋系統用于增強溫度控制能力，激光退火波長可以根據具體工藝要求選用308nm、527nm或10.6um等，激光入射角度可以是垂直入射或斜入射。

發明內容