[發明專利]IGBT背面金屬化退火的工藝方法

有效

• 申請號: 201510270323.7
• 申請日: 2015-05-25
• 公開（公告）號: CN104992965B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 馬彪
• 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: H01L29/40
• 分類號: H01L29/40
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及半導體器件制造領域，特別是指一種IGBT背面金屬化退火的工藝方法。

背景技術

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。其具有電壓控制、輸入阻抗大、驅動功率小、導通電阻小、開關損耗低等多中優異特性，被廣泛應用于中、大功率電力電子系統非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統，如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

IGBT是一種背面引出器件，如圖1所示，是一種普通的IGBT的剖面示意圖，其中包括：N型襯底1，溝槽型柵極2，柵氧化層3，P阱4，P型重摻雜區5，N型重摻雜區6，金屬連線7，介質層8，重摻雜的N型場終止層9，背面P型注入層10,背面金屬層11。其是利用現有的工藝包括：正面工藝完成，背面減薄及離子注入，90秒1:100DHF dip，形成背面金屬，350度以上爐管烘烤等步驟。能夠形成良好的背面金屬接觸對降低導通電壓非常重要。尤其是在新型的FS型IGBT產品上，由于背面的硼離子注入劑量基本上在1x10¹²～1x10¹³的水平，注入濃度低，會導致和背面金屬鋁的接觸電阻過大的問題。

通常可以使用背面爐管工藝來解決接觸電阻過大的問題，因為爐管的高溫處理可以使得背面金屬鋁和硅之間形成更好更緊密的接觸。但是，未優化的爐管工藝也會帶來背面金屬剝離的問題。背面金屬是由Al、Ti、Ni、Ag形成的復合層，爐管高溫使得復合層中的金屬銀的結晶粒度變大，氧會通過細小的縫隙到達金屬Ni的表面使之氧化，使Ni和Ag的附著力變小，導致Ag脫落。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種IGBT背面金屬化退火的工藝方法，解決背面金屬剝離脫落的問題。

為解決上述問題，本發明所述的IGBT背面金屬化退火的工藝方法，包含如下的步驟：

第一步，在正面工藝完成之后，進行背面減薄、離子注入及退火工藝；

第二步，進行90秒1:100緩沖氫氟酸清洗；

第三步，形成Al、Ti、Ni、Ag的背面金屬；

第四步，將硅片與硅片背面緊貼，采用350攝氏度60分鐘的常壓爐管工藝。

進一步地，所述第一步中，退火工藝采用激光退火。

進一步地，所述第三步中，背面金屬各層的厚度為Al 1800～2200埃，Ti 1800～2200埃，Ni 1800～2200埃,Ag 7200～8800埃。

進一步地，所述第四步中，采用常壓的氮氣氛圍進行350攝氏度60分鐘的爐管工藝，硅片與硅片之間是背靠背緊貼，中間不留空隙。

本發明所述的IGBT背面金屬化退火的工藝方法，保證在爐管工藝中硅片背面之間沒有縫隙，在常壓氮氣氛圍中進行，硅片在加熱過程中沒有接觸環境氣體，能夠在保證背面金屬較低接觸電阻的同時避免了金屬剝離脫落的問題。

附圖說明

圖1是普通IGBT的剖面結構示意圖。

圖2是本發明硅片退火示意圖。

圖3是本發明工藝流程圖。

附圖標記說明

N型襯底1，溝槽型柵極2，柵氧化層3，P阱4，P型重摻雜區5，N型重摻雜區6，金屬連線7，介質層8，重摻雜的N型場終止層9，背面P型注入層10,背面金屬層11。

具體實施方式

本發明所述的IGBT背面金屬化退火的工藝方法，適用于非TAIKO工藝的所有IGBT產品，不適用于TAIKO工藝的晶圓。

本工藝方法包含如下的步驟：

第一步，選擇合適的襯底完成正面圖形工藝，包括元胞區和耐壓保護環區。正面工藝完成之后，對硅片背面進行減薄、背面離子注入以及背面激光退火工藝。

第二步，進行90秒一比一百的緩沖氫氟酸清洗硅片背面。

第三步，淀積背面金屬，即形成Al、Ti、Ni以及Ag的背面金屬。典型的厚度分別對應為2000埃、2000埃、2000埃、8000埃。

第四步，對硅片采用350攝氏度60分鐘的常壓爐管工藝，工藝過程中采用氮氣氛圍。硅片與硅片之間是兩兩背靠背緊貼在一起地放在石英舟上，背靠背的兩片硅片放在石英舟上的同一個刻槽內，如圖2所示，保證緊貼的背面之間沒有縫隙，在高溫過程中硅片背面不會接觸到環境氣體。