[發明專利]改善IGBT背面金屬化的工藝方法

有效

• 申請號: 201510050448.9
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104637803B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 遲延慶
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/283
• 分類號: H01L21/283
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司31211
• 代理人: 高月紅

技術領域

本發明涉及一種半導體領域中的改善金屬化的方法，特別是涉及一種改善IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)背面金屬化的工藝方法。

背景技術

為保證金屬和半導體之間有歐姆接觸，半導體材料表面雜質濃度必須足夠大。以IGBT為例，其背面集電極為P型，背面接觸金屬一般包含Al(如圖1所示)，良好的歐姆接觸要求P型區域表面摻雜濃度至少有10¹⁷/cm³(如圖2所示)。

IGBT器件的關斷速度要求背面集電極的低發射效率，而發射效率與背面摻雜濃度有直接強相關性。對于一般中高頻應用的IGBT來說，背面集電極極注入濃度一般低于10¹³/cm²，這樣低注入濃度即使采用激光退火，也很難達到高表面摻雜濃度。

為了改善金屬和半導體之間的接觸，通常在背面金屬(如AlTiNiAg)淀積后增加一步熱退火工藝，退火溫度在400～450℃之間，通常為H₂氛圍。這種工藝存在兩個問題：一是退火時背面NiAg極易被氧化，對退火設備要求非常高；二是退火時容易引起正面有機鈍化層揮發失效(如對高壓IGBT通常使用的耐熱較好的負polyimide鈍化層，通常在380℃以上所含的有效有機物質開始揮發，且隨溫度升高揮發性增強)。一種改善的方法是在背面金屬Al淀積后增加熱退火工藝(如圖3所示)，這種方法也不能徹底解決上述問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種改善IGBT背面金屬化的工藝方法。該方法能較好地改善金屬和半導體之間的歐姆接觸，并能避免NiAg被氧化以及避免正面有機鈍化層揮發失效等。

為解決上述技術問題，本發明的改善絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)背面金屬化的工藝方法，包括：方法A或方法B；

(一)方法A，包括步驟：

1)進行背面注入、激光退火和金屬Al淀積；

2)激光退火；

3)進行TiNiAg淀積；

(二)方法B，包括步驟：

(I)進行背面注入；

(II)淀積一層三族難熔金屬；

(III)激光退火；

(IV)進行NiAg淀積。

所述步驟2)中，激光退火的條件由激光器的種類和功率決定，并要求在以下的條件下進行：在能實現Al和半導體之間形成合金接觸、且不引起Al液化的條件下進行；如要求既能使Al和半導體之間形成良好的合金接觸，又不能使表面溫度過高引起Al液化；如對于綠光激光器，激光能量一般不超過1J/CM²，如一般在0.5J/CM²～1J/CM²之間。

所述步驟3)中，淀積的方法包括：通過濺射或者蒸發的方法；TiNiAg的厚度優選總應力最小時的，通常TiNiAg淀積的總厚度不超過5μm。

所述步驟(II)中，三族難熔金屬包括：Ti；淀積的方法包括：通過濺射或者蒸發的方法；三族難熔金屬的厚度一般在100～500埃之間。

所述步驟(III)中，激光退火的條件由激光器的種類和功率決定，并需要滿足激活和合金化的要求；如對于綠光激光器，激光能量一般在1J/CM²～3J/CM²之間。

所述步驟(IV)中，淀積的方法包括：通過濺射或者蒸發的方法；NiAg淀積的總厚度一般不超過5μm。

本發明的方法A中，主要是在常規背面工藝的金屬Al淀積后增加一步激光退火工藝，即將金屬Al淀積后的退火工藝由爐管退火改為激光退火，通過控制激光條件，可以實現金屬Al和硅襯底的充分合金化，而且激光脈沖能量只作用與wafer背面，這樣就避免了爐管退火對正面的影響。

方法B中，在背面注入后先淀積一層三族難熔金屬(如Ti)，然后進行激光退火工藝，最后淀積其余金屬層(如NiAg)，完成背面金屬化工藝。方法B中，首先，金屬Ti可以作為阻擋層，可以阻止激光退火過程中表面的注入雜質向外擴散，可樣可以比較容易在表面形成比較高的摻雜濃度，有利于接觸電阻的降低；其次，由于Ti的熔點比硅高250℃左右，這樣可以調節激光能量范圍，在保持Ti未熔化的條件下硅表面已經熔化，從而提高了表面雜質的激活率，進而提高了表面雜質的濃度，這樣也有利于降低接觸電阻。

附圖說明

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

圖1是IGBT的結構示意圖；