Igbt背面金屬化的改善方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種半導體集成電路制造方法，特別是涉及一種IGBT背面金屬化的 改善方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT，InsulatedGateBipolarTransistor)，是由雙極型 三極管（BJT)和絕緣柵型場效應(yīng)管（M0SFET)組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器 件，兼有M0SFET的高輸入阻抗和電力晶體管（GTR)即耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管 的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流 電機、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。
[0003] 對于IGBT工藝來講，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 其是在新型的場中止（FieldStop，F(xiàn)S)型IGBT產(chǎn)品上，由于背面注入濃度低，如果背金不 良，會導致接觸電阻過大的問題。
[0004] 如圖1所示，現(xiàn)有IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；IGBT的正面圖形工藝包括元胞區(qū)和耐壓保 護區(qū)，耐壓保護區(qū)圍繞在元胞區(qū)的周側(cè)。所述元胞區(qū)形成有IGBT的單元結(jié)構(gòu)，所述IGBT的 單元結(jié)構(gòu)包括：
[0005]P阱104,P阱104形成在襯底101的正面。
[0006] 多晶硅柵102,所述多晶硅柵102和所述P阱104之間隔離有柵氧化層103。
[0007] 發(fā)射區(qū)105,由形成于所述P阱104表面的N型重摻雜區(qū)組成，被所述多晶硅柵102 覆蓋的所述P阱104表面用于形成連接所述發(fā)射區(qū)105和所述N型漂移區(qū)的溝道。發(fā)射區(qū) 105也即IGBT中的M0S器件的源區(qū)。
[0008]P阱引出區(qū)105,由P型重摻雜區(qū)組成；所述P阱引出區(qū)105穿過所述發(fā)射區(qū)105 進入到所述P阱104中，所述P阱引出區(qū)105同時和所述發(fā)射區(qū)105和所述P阱104接觸。
[0009] 正面金屬層109,柵極和發(fā)射極分別由正面金屬層109組成，柵極通過穿過層間膜 107的接觸孔108和所述多晶硅柵102接觸，發(fā)射極通過接觸孔108和所述P阱引出區(qū)105 接觸。
[0010] 背面圖形包括由背面P型重摻雜離子注入形成P型注入層111，由所述P型注入 層111組成IGBT的集電區(qū)；對所述P型注入層111進行激光退火激活；并在所述襯底101 的背面形成背面金屬層112,背面金屬層112作為集電極。背面金屬層112 -般由Al、Ti、 Ni和Ag疊加形成。
[0011] 現(xiàn)有方法中，對于新型的FS型IGBT，所述P型注入層的雜質(zhì)為硼的注入劑量已 經(jīng)達到lE12cnT2?lE13cnT2,和背面金屬層112的鋁形成的接觸電阻非常大，遠遠大于正 常IGBT器件的導通電阻?，F(xiàn)有方法中是通過對所述背面金屬層112進行烤箱烘干（oven bake)來解決錯和P型注入層的娃的接觸電阻的問題，但是現(xiàn)有ovenbake工藝同時也帶來 背面金屬脫落（peeling)的問題。
[0012] Oven bake及金屬peeling的原理：
[0013] OvenBake改善接觸電阻：高溫處理使金屬鋁和硅之間形成更好更緊密的接觸。
[0014] 現(xiàn)有ovenbake工藝中往往通過增加處理的溫度如200°C以上的高溫一般為 350°C，以及增加處理時間如1小時以上，也即通過增加處理溫度和時間來保證金屬鋁和硅 之間具有較好的接觸電阻。
[0015] 但是現(xiàn)有的長時間的高溫處理的ovenbake會導致的金屬peeling:ovenBake使 金屬Ag的晶粒尺寸（grainsize)變大，這樣金屬Ag的晶粒之間的縫隙也會變大,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。
[0016] 所以，如何當背面P型注入層的硼雜質(zhì)濃度減少時，使背面金屬鋁能夠保持和硅 形成良好的接觸，同時又不會產(chǎn)生背面金屬脫離成為本領(lǐng)域技術(shù)人員重要研究課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種IGBT背面金屬化的改善方法，能形成良 好的背面接觸，同時能避免產(chǎn)生背面金屬的脫落，提高產(chǎn)品的性能和良率。
[0018] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的IGBT背面金屬化的改善方法包括如下步驟：
[0019] 步驟一、在硅襯底的正面完成正面圖形工藝。
[0020] 步驟二、在所述硅襯底背面依次完成背面減薄工藝、背面注入工藝和激光退火工 藝。
[0021] 步驟三、采用DHF清洗液對所述硅襯底背面進行DHF清洗，該DHF清洗用于去除所 述硅襯底背面的自然氧化層以及在步驟一和二中形成的缺陷，所述DHF清洗的時間參數(shù)根 據(jù)后續(xù)形成的背面金屬層的A1和所述硅襯底背面的硅形成的接觸電阻來確定，要求保證 所述接觸電阻滿足要求。
[0022] 步驟四、在進行了所述DHF清洗后的所述硅襯底背面形成由Al、Ti、Ni和Ag疊加 形成的所述背面金屬層。
[0023] 步驟五、進行烤箱烘干工藝，所述烤箱烘干工藝的溫度條件、時間條件和氣氛條件 根據(jù)所述背面金屬層的A1和所述硅襯底背面的硅形成的接觸電阻以及防止所述背面金屬 層的Ag脫落兩個條件來確定；在保證所述接觸電阻滿足要求的條件下，通過降低所述烤箱 烘干工藝的溫度、時間或氣氛中的氧濃度來防止所述背面金屬層的Ag脫落。
[0024] 進一步的改進是，所述DHF清洗液為體積比為1:100的HF和H202混合液。
[0025] 進一步的改進是，所述DHF清洗的時間為大于30秒。
[0026] 進一步的改進是，當通過調(diào)節(jié)所述DHF清洗的時間使所述接觸電阻達到最低值 后，所述DHF清洗的時間不再增加以提高清洗效率。
[0027] 進一步的改進是，步驟四中所述背面金屬層的A1的厚度為2KA,Ti的厚度為2KA, Ni的厚度為2KA，Ag的的厚度為8KA。
[0028] 進一步的改進是，步驟五中所述烤箱烘干工藝的溫度小于200°C，時間小于1小 時，氣氛中的氧的體積比濃度小于1%。
[0029] 進一步的改進是，步驟五中所述烤箱烘干工藝的溫度小于150°C?200°C，時間為 20分鐘?30分鐘，氣氛為氮氣。
[0030] 進一步的改進是，步驟二中的所述背面注入工藝包括形成P型注入層的注入， 由所述P型注入層組成IGBT的集電區(qū)，所述P型注入層的注入雜質(zhì)為硼，注入劑量為lE12cm2 ?lE13cm2〇
[0031] 進一步的改進是，所述正面圖形工藝包括元胞區(qū)和耐壓保護區(qū)。
[0032] 進一步的改進是，所述元胞區(qū)形成有IGBT的單元結(jié)構(gòu)，所述IGBT的單元結(jié)構(gòu)包 括：
[0033] 多晶硅柵，所述多晶硅柵和所述P阱之間隔離有柵氧化層。
[0034] 發(fā)射區(qū)，由形成于所述P阱表面的N型重摻雜區(qū)組成，被所述多晶硅柵覆蓋的所述 P阱表面用于形成連接所述發(fā)射區(qū)和所述N型漂移區(qū)的溝道。
[0035] P阱引出區(qū)，由P型重摻雜區(qū)組成；所述P阱引出區(qū)穿過所述發(fā)射區(qū)進入到所述P 阱中，所述P阱引出區(qū)同時和所述發(fā)射區(qū)和所述P阱接觸。
[0036] 正面金屬層，柵極和發(fā)射極分別由正面金屬層組成，柵極通過接觸孔和所述多晶 硅柵接觸，發(fā)射極通過接觸孔和所述P阱引出區(qū)接觸。
[0037] 本發(fā)明通過在背面金屬層形成前增加DHF清洗工藝，通過背面金屬層的A1和硅的 接觸電阻來調(diào)節(jié)DHF清洗工藝，使得通過DHF清洗工藝來保證背面金屬層的A1和硅的接觸 電阻能夠得到減小，這樣通過DHF清洗工藝結(jié)合后續(xù)的烤箱烘干工藝能夠使得采用較低的 溫度和時間的烤箱烘干工藝就能使背面金屬層的A1和硅的接觸電阻達到要求，而較低的 烤箱烘干工藝的溫度、時間或氣氛中的氧濃度能防止背面金屬層的Ag脫落，所以本發(fā)明通 過增加DHF清洗工藝并通過DHF清洗工藝和烤箱烘干工藝的參數(shù)的調(diào)節(jié)能夠形成良好的背 面接觸，同時能避免產(chǎn)生背面金屬的脫落，提高產(chǎn)品的性能和良率。
【附圖說明】
[0038] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明：
[0039] 圖1是現(xiàn)有方法形成的IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖2是本發(fā)明實施例方法的流程圖；
[0041] 圖3是本發(fā)明實施例方法形成的IGBT器件在烤箱烘干工藝前后的Vcesat即集電 極和發(fā)射極飽和電壓的比較曲線。
【具體實施方式】
[0042] 如圖2所示，是本發(fā)明實施例方法的流程圖；本發(fā)明實施例方法形成的IGBT的器 件結(jié)構(gòu)請參考圖1所示，本發(fā)明實施例IGBT背面金屬化的改善方法包括如下步驟：
[0043] 步驟一、在硅硅襯底101的正面完成正面圖形工藝。
[0044] 如圖1所示，IGBT的正面圖形工藝包括元胞區(qū)和耐壓保護區(qū)，耐壓保護區(qū)圍繞在 元胞區(qū)的周側(cè)。所述元胞區(qū)形成有I