CN102779739B - 功率半导体器件背面制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种功率半导体器件背面制造工艺，为解决现有工艺中杂质激活率低等问题而设计。本发明功率半导体器件背面制造工艺至少包括下述步骤：将正面结构加工完毕的硅片减薄；在硅片背面进行晶格预损伤处理；离子注入掺杂；在550℃以下进行杂质推进处理；用激光退火完成晶格修复处理。晶格预损伤处理的方法为：在硅片的背面进行离子注入，注入浓度在10¹⁵至10¹⁶之间。用于晶格预损伤处理的离子注入的离子为硅离子、锗离子或氢离子。本发明功率半导体器件背面制造工艺利用离子注入损伤产生的增强扩散效应，通过离子注入晶格预损伤处理、低温推进和激光退火的结合，达到离子注入杂质的有效推进和激活，适用于多种功率器件的生产制造。

Description

功率半导体器件背面制造工艺

技术领域

本发明涉及一种功率半导体器件背面制造工艺。

背景技术

在功率半导体器件制造过程中，通常都是在硅片正面的结构加工完成之后将硅片减薄至一定厚度，从硅片背面进行离子注入掺杂和退火来实现背面结构。由于硅片正面的金属铝的熔点只有600℃，因此背面的常规热处理温度为550℃以下。该温度下离子注入杂质的激活率很低，一般不超过30％，同时该温度下的常规杂质扩散系数也很低，杂质的推进十分有限。

发明内容

为了克服上述的缺陷，本发明提供一种有效地推进和激活注入杂质的功率半导体器件背面制造工艺。

为达到上述目的，本发明功率半导体器件背面制造工艺至少包括下述步骤：

1.1将正面结构加工完毕的硅片减薄；

1.2在硅片背面进行晶格预损伤处理；

1.3离子注入掺杂；

1.4在550℃以下进行杂质推进处理；

1.5用激光退火完成晶格修复处理。

特别是，步骤1.2中晶格预损伤处理的方法为：在硅片的背面进行离子注入，注入浓度在10¹⁵至10¹⁶之间。

特别是，用于晶格预损伤处理的离子注入的离子为硅离子、锗离子或者氢离子。

本发明功率半导体器件背面制造工艺在离子注入掺杂之前用硅、锗或氢离子进行大剂量离子注入，扩大硅晶格的损伤程度和深度；接着进行离子注入掺杂；然后在550℃以下的温度进行低温推进，利用离子注入损伤产生的增强扩散效应，使注入杂质扩散到理想深度。然后用激光退火完成晶格的全面修复，达到理想的杂质激活率。利用离子注入损伤产生的增强扩散效应，通过离子注入晶格预损伤处理，采用低温推进和激光退火的结合，达到离子注入杂质的有效推进和激活。

附图说明

图1为本发明功率半导体器件背面制造工艺的流程示意图。

图2为优选实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和优选实施例对本发明做详细描述。

如图1所示，本发明功率半导体器件背面制造工艺至少包括下述步骤：

1.1将正面结构加工完毕的硅片进行背面减薄处理。

1.2在硅片背面进行晶格预损伤处理，为后续掺杂离子的推进作准备。在经过晶格预损伤处理的硅片中，杂质推进的深度比未经过晶格预损伤处理的硅片中要深一至二倍。

1.3离子注入掺杂，通过杂质掺杂的方法在芯片背面得到N型或P型结构。

1.4在550℃以下进行杂质推进处理。低温推进处理可以将背面离子注入的杂质向设有铝布线的芯片的内部推进，提高器件的性能。

1.5用激光退火完成晶格修复处理，将由步骤1.2中晶格预损伤处理和步骤1.3中离子注入掺杂带来的晶格损伤进行修复。激光退火令硅片在瞬间吸收激光的能量，局部温度在很短的时间内上升至杂质完全激活，并且激光退火的深度由激光的波长决定，激光退火可以完全满足背面掺杂的激活要求，而不影响硅片正面的金属铝布线。激光退火将是背面注入杂质激活的主流技术，但是由于激光退火几乎是瞬间完成的，激光退火对杂质推进的作用微乎其微。

激光退火与常规退火相比有如下特点：一，适当选择激光波长和功率密度等参数后可以在注入深度方向和横截面上有选择地退火。二，激光退火能使离子注入层的辐射损伤得到充分消除，使离子注入层几乎能达到完美单晶的水平。三，激光退火后，离子注入的杂质激活率比热退火高。

步骤1.2中晶格预损伤处理的方法为：在硅片的背面进行离子注入，注入浓度在10¹⁵至10¹⁶之间。利用这种大剂量的离子注入来扩大硅晶格的损伤程度和深度，在缺陷簇最终衰减之前令稳态过饱和维持较长时间段。缺陷簇存在的稳定时期，离子注入杂质的扩散速度明显增加。通过缓慢地分解，缺陷簇连续地提供填隙原子来维持该过饱和浓度。一部分额外的填隙原子扩入体内，得到平坦的过饱和浓度分布，另一部分则在表面发生复合。即缺陷簇提高了离子注入杂质的扩散速度，使离子注入杂质得以更好地推进。

其中，用于晶格预损伤处理的离子注入的离子为硅离子、锗离子或者氢离子。

本发明功率半导体器件背面制造工艺利用离子注入损伤产生的增强扩散效应，通过离子注入晶格预损伤处理，采用低温推进和激光退火的结合，达到离子注入杂质的有效推进和激活。

优选实施例：如图2所示，在功率半导体器件FS-IGBT器件中，需在集电极2的一侧获得厚度为0.4um的P⁺层和与该P⁺区相邻的厚度为0.8um的N⁺FieldStop层。在硅片的正面结构(包括发射极1和栅3)加工完成之后，将硅片减薄至一定厚度。用氢离子对硅片背面进行离子注入，注入剂量为1.1×10¹⁶，完成晶格预损伤处理。

离子注入N型元素磷至一定的深度，然后在500-550℃温度下进行1小时左右的低温杂质推进。在经过晶格预损伤处理的硅片中，杂质深度比未经过晶格预损伤处理的杂质深度要深一至二倍。当杂质深度达到预期后，再注入P型杂质硼，最后采用激光退火使深度在2um之内的晶格损伤都得到修复，N型和P型杂质完全激活，完成硅片背面的N⁺Field Stop层和P⁺层的制作。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种功率半导体器件背面制造工艺，其特征在于，所述工艺至少包括下述步骤：

1.1将正面结构加工完毕的硅片减薄；

1.2在硅片背面进行晶格预损伤处理；其中晶格预损伤处理的方法为：在硅片的背面进行离子注入；用于晶格预损伤处理的离子注入的离子为硅离子、锗离子或者氢离子；

1.3离子注入掺杂；

1.4在550℃以下进行杂质推进处理；

1.5用激光退火完成晶格修复处理。