[發(fā)明專利]一種擴散片退火工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611073147.9
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN108122741B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 周炯;李志丹;張俊
• 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: H01L21/265
• 分類號: H01L21/265;H01L21/268;H01L21/324;H01L21/331
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

本發(fā)明公開了一種擴散片退火工藝，首先選擇厚度范圍為150～200μm的擴散片作為襯底，通過表面清洗并注入N型離子，經(jīng)爐管完全退火形成一定的擴散注入曲線，推結形成第一緩沖層；其次在擴散片正面依次完成N?襯底層和正面金屬層；再次將擴散片翻轉180度，對擴散片背面進行研磨至設定厚度，再進行表面拋光處理和表面化學修復；然后依次進行N型離子摻雜和P型離子摻雜注入和至少一次的激光退火制程，形成第二緩沖層和P層；最后經(jīng)過背金工藝完成擴散片背面金屬層。本發(fā)明將擴散片與激光退火工藝優(yōu)勢互補，不僅滿足了FS?IGBT背面工藝的薄片需求，獲得相似地電性能參數(shù)，同時簡化了工藝流程，降低了制造成本。

技術領域

本發(fā)明涉及退火技術領域，具體涉及一種擴散片退火工藝。

背景技術

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)作為新型功率半導體器件，是功率半導體器件第三次技術革命的代表性產(chǎn)品，廣泛應用于軌道交通、航空航天、船舶驅(qū)動、智能電網(wǎng)、新能源、交流變頻、風力發(fā)電、電機傳動、汽車等強電控制等產(chǎn)業(yè)領域。它問世近三十年，國內(nèi)業(yè)內(nèi)已做到8英寸晶圓、6500伏的高水平。由于它在強電領域廣泛應用，專業(yè)人士已十分了解。從技術角度上看，IGBT技術含量高、制造難度大，這是阻礙IGBT芯片開發(fā)的主要原因之一；從制造工藝上看，其與集成電路有雷同之處，但集成電路廠沒有功率電子的生產(chǎn)工藝，且設計思路也不一樣。但就承受電壓來說要達到數(shù)千伏，硅片厚度減薄至40μm及以下，遠遠超過了集成電路，因此需要專門的背面工藝開發(fā)設備，如高能離子注入設備，激光退火設備，Taiko減薄設備，質(zhì)子輻照設備等。針對背面工藝的不斷優(yōu)化過程，也是新材料、新工藝的應用階段，同時針對IGBT襯底硅材料也細分為CZ(直拉法)、FZ(水平區(qū)域熔化生長法)和擴散片工藝。

IGBT的制作需要這樣一種襯底材料，即在低阻P+上形成厚的高阻N Buffer層(緩沖層)，從而獲得高的擊穿電壓和低的導通電阻，對于此種襯底材料的制作一般采用三重擴散、厚外延技術或硅片直接鍵合技術(SDB)，如表1所示。具體來說，三重擴散需要數(shù)十至數(shù)百小時的高溫(1260℃)熱擴散，這勢必會引起大量的再生熱缺陷，從而影響器件的電性能參數(shù)；而厚外延技術除了存在不可避免地自擴散現(xiàn)象以外，要獲得良好的表面是十分困難的；相比較而言，SDB技術可以克服以上缺點，是一種比較理想的方法，但由于國內(nèi)的SDB工藝技術的現(xiàn)狀難以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，而且價格相當昂貴，鑒于IGBT卓越的功率性能和廣泛的應用，采用三重擴散工藝形成的擴散片作為IGBT的襯底技術最合適，然而在制作時需要進行背面大結深退火。

表1

現(xiàn)有的FS-IGBT(場中止型IGBT)背面大結深退火方法主要有三種：

第一種方法采用質(zhì)子輻照加上爐管低溫退火完成，可以實現(xiàn)10μm以上退火需求，如圖1所示，為各成分濃度隨深度的變化曲線，通過一次或多次質(zhì)子輻照形成背面Buff N+層，其注入能量100-500KeV，300-400度退火，因此適合各種厚度的硅片，可以滿足各種工藝需求，但是工藝成本高；

第二種方法采用了高能離子注入和激光退火技術，適用于220μm以下薄片退火需求，可以實現(xiàn)了0～10μm的退火工藝需求，可以搭配不同類型激光器，工藝適應性廣，退火曲線可以實現(xiàn)工藝精確控制，但是工藝受高能離子注入以及硅片耐溫限制，工藝成本適中；

第三種方法采用擴散片工藝，一般適用于220μm以上厚片退火需求，可以實現(xiàn)10μm以上退火需求，因其厚N Buffer(緩沖層)通過擴散工藝形成，工藝成本最低，但是電性能參數(shù)較前兩種技術方法有差距。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種擴散片退火工藝，以解決現(xiàn)有技術中存在的問題。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：一種擴散片退火工藝，包括以下步驟：