改善igbt背面金屬化的工藝方法
【技術領域】
[0001]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】
[0002]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11Vcm3(如圖2所示)。
[0003]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113/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。
[0004]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°C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°C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】
[0005]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。
[0006]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 ；
[0007](一 )方法A，包括步驟:
[0008]I)進行背面注入、激光退火和金屬Al淀積；
[0009]2)激光退火；
[0010]3)進行 TiNiAg 淀積；
[0011 ] (二)方法B，包括步驟:
[0012](I)進行背面注入；
[0013](II)淀積一層三族難熔金屬；
[0014](III)激光退火；
[0015](IV)進行 NiAg 淀積。
[0016]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。
[0017]所述步驟3)中，淀積的方法包括:通過濺射或者蒸發的方法JiNiAg的厚度優選總應力最小時的，通常TiNiAg淀積的總厚度不超過5 μπι。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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5 μ m。
[0021]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。
[0022]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°C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】
[0023]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:
[0024]圖1是IGBT的結構示意圖；
[0025]圖2是IGBT中的摻雜濃度與深度的關系圖；
[0026]圖3是現有背面金屬化的工藝流程示意圖；
[0027]圖4是本發明的一個背面金屬化的工藝流程示意圖；
[0028]圖5是本發明的另一個背面金屬化的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0029]本發明的改善IGBT背面金屬化的工藝方法，可采用以下的方法A或方法B來實現。
[0030](一 )方法A (如圖4所示)，包括步驟:
[0031]I)進行常規的背面注入、激光退火和金屬Al淀積，具體可如下:
[0032]首先，使用N型雜質(如P，As)進行背面場截止層的注入，注入能量通常大于100KEV;使用P型雜質(如B)進行背面集電極的注入，注入能量通常小于60K EV;然后，進行激光退火，退火能量一般在1.0J/CM2到5.0J/CM2之間；最后采用蒸發或者濺射方法進行僅是Al的淀積，厚度一般不超過3000埃。
[0033]2)激光退火；
[0034]其中，激光退火的條件由激光器的種類和功率決定，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，如可在0.5J/CM2?1J/CM2之間。
[0035]3)通過常規的濺射或者蒸發的方法，進行TiNiAg淀積；其中，TiNiAg淀積的總厚度一般不超過5 μ m。
[0036]( 二)方法B (如圖5所示)，包括步驟:
[0037](I)進行常規的背面注入，具體可如下:
[0038]使用N型雜質(如P，As)進行背面場截止層的注入，注入能量通常大于100K EV ;使用P型雜質(如B)進行背面集電極的注入，注入能量通常小于60K EV ;
[0039](II)通過濺射或者蒸發的方法，淀積一薄層三族難熔金屬(如Ti);
[0040]其中，Ti的厚度一般在100到500埃之間，可以被硅襯底充分消耗形成低阻TiSi2
I=IO
[0041](III)激光退火；
[0042]其中，激光退火的條件由激光器的種類和功率決定，要求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到3J/CM2之間，既能實現雜質的熔化激活，又能保證娃襯底與Ti形成低阻的TiSi2合金。
[0043](IV)通過濺射或者蒸發的方法，進行NiAg淀積。其中，NiAg淀積的總厚度一般不超過5 μ m0
[0044]按照上述方法操作形成背面接觸，與常規方法相比，其具有以下優點:
[0045](I)可以避免爐管退火對正面器件及鈍化層的影響；
[0046](2)可以降低爐管退火造成背面NiAg被氧化的風險；
[0047](3)可以提高表面P型雜質的峰值濃度，優化P型雜質分布的形貌，形成更好的歐姆接觸。
【主權項】
1.一種改善絕緣柵雙極型晶體管背面金屬化的工藝方法，其特征在于，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。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于: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。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步驟2)中，激光退火的條件為:對于綠光激光器，激光能量在0.5J/CM2?1J/CM2之間。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟3)中，淀積的方法包括:通過濺射或者蒸發的方法。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟3)中，TiNiAg淀積的總厚度不超過 5 μ m0
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于: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。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(II)中，三族難熔金屬的厚度在100?500埃之間。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于: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。
9.如權利要求1或8所述的方法，其特征在于:所述步驟(III)中，激光退火的條件為:對于綠光激光器，激光能量在1J/CM2?3J/CM2之間。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于: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淀積的總厚度不超過5 μ m。
【專利摘要】本發明公開了一種改善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。本發明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。
【IPC分類】H01L21-283
【公開號】CN104637803
【申請號】CN201510050448
【發明人】遲延慶
【申請人】上海華虹宏力半導體制造有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月30日