CN103268859A - 一种igbt芯片背面制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种IGBT芯片背面制造方法，包括下述步骤：A、对IGBT芯片背面减薄；B、对所述IGBT芯片背面注入元素；C、对所述IGBT芯片背面退火；D、对所述IGBT芯片背面采用金属；E、对所述IGBT芯片进行背面合金工艺。在IGBT芯片正面完成后或者穿插在IGBT芯片正面制造过程中。通过减薄，注入，激活，扩散，背金，合金等工艺，完成IGBT芯片背面的结形貌（包括背发射极，背面缓冲层等）；同时完成背面集电极的电极引出。本发明加工步骤简洁，IGBT芯片背面制造方法的优化有利于改善芯片的性能，提高IGBT封装后的可靠性。

Description

一种IGBT芯片背面制造方法
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种IGBT芯片背面制造方法。
背景技术
IGBT（绝缘栅双极晶体管）同时具有单极性器件和双极性器件的优点，驱动电路简单，控制电路功耗和成本低，通态压降低，器件自身损耗小，是未来高压大电流的发展方向。
IGBT芯片现有背面制造技术多在IGBT芯片正面制造完成后，多基于高压VDMOS背面技术改进形成。存在背面注入激活率不够，器件导通电压均匀性差，且在制造高性能IGBT时，受限于正面金属的限制，背面激活/合金温度需低于450C,无法在背面形成理想的结形貌。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种IGBT芯片背面制造方法，在IGBT芯片正面完成后或者穿插在IGBT芯片正面制造过程中。通过减薄，注入，激活，扩散，背金，合金等工艺，完成IGBT芯片背面的结形貌（包括背发射极，背面缓冲层等）；同时完成背面集电极的电极引出。本发明加工步骤简洁，IGBT芯片背面制造方法的优化有利于改善芯片的性能，提高IGBT封装后的可靠性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种IGBT芯片背面制造方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
A、对IGBT芯片背面减薄；
B、对所述IGBT芯片背面注入元素；
C、对所述IGBT芯片背面退火；
D、对所述IGBT芯片背面采用金属；
E、对所述IGBT芯片进行背面合金工艺。
其中，所述步骤A中，根据IGBT器件的类型，设定圆片的最终厚度，进行减薄；进行减薄时结合IGBT芯片硅表面的粗糙度，并去掉IGBT芯片背面损伤层。
其中，所述步骤B中，IGBT芯片背面注入或称IGBT背面扩散；
所述IGBT芯片背面注入元素及注入条件由背面结形貌及IGBT器件类型决定；
所述IGBT芯片背面包括两个结形貌，分别为背发射极结形貌和背面缓冲层结形貌。
其中，所述背发射极结形貌通过两次或两次以上三价元素注入形成；所述背面缓冲层结形貌通过一次或一次以上的五价元素注入形成；所述五价元素或为六价元素。
其中，所述步骤C中，所述IGBT芯片背面退火包括炉管退火和激光退火；所述IGBT芯片背面退火用于激活背面注入元素，形成背面结形貌以及修复IGBT芯片背面损伤。
其中，所述IGBT芯片背面损伤由背面研磨，注入背面工艺造成。
其中，所述背面注入与背面退火搭配操作，包括进行一次或一次以上背面注入，就搭配进行一次或多次背面退火；或进行一次背面注入加一次背面退火，完成背面结形貌。
其中，所述步骤D中，所述IGBT芯片背面采用复合多层金属结构。
其中，所述步骤E中，进行背面合金工艺使IGBT芯片背面最优的欧姆接触，包括下述实施方式：
第一实施方式是在IGBT芯片正面制造完成后进行背面加工；
第二实施方式是在IGBT芯片正面制造开始前先进行背面注入或背面扩散，在IGBT芯片正面和背面加工完毕后，形成背面结形貌；
第三实施方式是在IGBT芯片正面制造过程中穿插进行背面注入或背面扩散，在IGBT芯片正面和背面加工完毕后，形成背面结形貌；
第四实施方式是IGBT芯片正面制造与IGBT芯片背面制造穿插进行，在IGBT芯片正面和背面加工完毕后，形成背面结形貌。
其中，在所述第一实施方式中，IGBT芯片背面制造受到IGBT芯片正面的限制或者影响，包括受IGBT芯片正面金属影响，在进行IGBT背面退火、背面激活或背面合金工艺时温度低于450℃。
其中，在所述第二实施方式中，在IGBT芯片正面制造开始前先进行背面注入或背面扩散，不受后续IGBT芯片制造的限制或影响。
其中，在所述第三实施方式中，在IGBT芯片正面制造过程中穿插进行背面注入/扩散，受IGBT芯片已加工正面的限制或影响，背面注入或背面扩散工艺条件受限制。
其中，在所述第四实施方式中，在IGBT芯片正面制造与IGBT芯片背面制造穿插进行，IGBT芯片正面制造与IGBT芯片背面制造工艺条件受限制，结合IGBT芯片正面和背面工艺步骤的相互影响。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的IGBT芯片背面制造方法，其中IGBT背面注入/退火工艺进行一次或多次，并可进行搭配，形成理想背面结形貌。
2、IGBT背面金属后进行合金，改善欧姆接触。
3、IGBT背面制造与正面制造穿插，搭配灵活，可形成理想的背面结形貌。优化器件形成，提高可靠性。
4、适用于不同类型IGBT（如PT，NPT，FS，SPT，SPT+等）器件制造。
5、本发明加工步骤简洁，IGBT芯片背面制造方法的优化有利于改善芯片的性能，提高IGBT封装后的可靠性。
附图说明
图1是本发明提供的第一实施方式的IGBT芯片背面制造加工流程图；
图2是本发明提供的第二实施方式的IGBT芯片背面制造加工流程图；
图3是本发明提供的第三实施方式的IGBT芯片背面制造加工流程图；
图4是本发明提供的第四实施方式的IGBT芯片背面制造加工流程图；
图5是本发明提供的IGBT芯片简单示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
图1为IGBT芯片背面制造加工流程一种实施方案，该方案在IGBT芯片正面制造完成后进行背面加工，详细实施方式如下：
（一）背面减薄：根据IGBT器件类型（PT，NPT，FS，SPT等），设定圆片的最终厚度，进行减薄。减薄需关注硅表面的粗糙度，并去除背面损伤层。
（二）背面一次注入/背面二次注入：背面注入元素及注入条件由背面结形貌及器件类型决定。IGBT芯片背面一般由两个结形貌，一为背发射极结形貌，二位背面缓冲层结形貌。
以NPT IGBT为例,背面无缓冲层结，仅有背发射极结。传统的IGBT背面制造仅进行一次三价元素（如B）注入；本专利进行两次或两次以上三价元素注入，形成理想的背发射极结形貌。背面缓冲层结形貌也可通过一次或多次五价/六价元素注入形成。
（三）背面退火：背面退火一般有两种方式，一为炉管退火，二为激光退火。
背面退火工艺主要有两个目的，一为激活背面注入元素，形成背面结形貌；二为修复损伤，损伤主要由背面研磨，注入等背面工艺造成。
该方案在IGBT芯片正面制造完成后进行背面加工，受限于正面金属的限制，背面退火温度应低于450℃。
本发明中，背面退火与背面注入进行搭配，进行一次或多次背面注入，进行一次或多次背面退火；也可进行一次注入加一次退火，进行多次（一次注入加一次退火）；或更加复杂的搭配，完成背面理想的结形貌。
（四）背面金属：背面采用复合多层金属结构。
（五）背面合金：为保证背面良好的欧姆接触，进行背面合金工艺。
第一实施方式是在IGBT芯片正面制造完成后进行背面加工；如图1所示。在进行IGBT背面加工（如背面退火、背面激活或背面合金工艺）时，受IGBT芯片正面金属（正面金属一般为AL或者AL合金，熔点500-600℃）影响，IGBT芯片背面工艺温度低于450℃。
第二实施方式是在IGBT芯片正面制造开始前先进行背面注入/扩散，在芯片IGBT芯片正/背面加工完毕后，形成背面结形貌。如图2所示。该实施方式也在本发明的保护范围之内。
该方案中在IGBT芯片正面制造开始前先进行背面注入/扩散，IGBT芯片先进行背面注入或背面扩散，工艺温度应该低材料的熔点（如硅材料低于1420℃），一般工艺温度为1100-1300℃。不受后续IGBT芯片制造的限制或影响，背面注入/扩散工艺条件灵活。
第三实施方式是在IGBT芯片正面制造过程中穿插进行背面注入/扩散，在芯片IGBT芯片正/背面加工完毕后，形成背面结形貌。如图3所示。该实施方式也在本发明的保护范围之内。
根据工艺尽量模块化的原则，应该尽量减少后续工艺对已形成形貌/结的影响；工艺温度一般遵循从高温到低温的原则。互联模块（孔层次，金属层次，钝化层次，背面层次）工艺温度应低于1000℃，也可通过激光等手段进行局部热工艺。
第四实施方式是IGBT芯片正面制造与IGBT芯片背面制造穿插进行，在IGBT芯片正面和背面加工完毕后，形成背面结形貌，如图4所示。第四实施方式的相互影响和限制同第三实施方式，且更负责；设计工艺时，需仔细推敲（从材料，工艺等多方面考虑）。
制造完成后的IGBT芯片背面示意图如图5所示，图中虚线框中为IGBT芯片背面。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (13)

1.一种IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
A、对IGBT芯片背面减薄；
B、对所述IGBT芯片背面注入元素；
C、对所述IGBT芯片背面退火；
D、对所述IGBT芯片背面采用金属；
E、对所述IGBT芯片进行背面合金工艺。
2.如权利要求1所述的IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，所述步骤A中，根据IGBT器件的类型，设定圆片的最终厚度，进行减薄；进行减薄时结合IGBT芯片硅表面的粗糙度，并去掉IGBT芯片背面损伤层。
3.如权利要求1所述的IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，所述步骤B中，IGBT芯片背面注入或称IGBT背面扩散；
所述IGBT芯片背面注入元素及注入条件由背面结形貌及IGBT器件类型决定；
所述IGBT芯片背面包括两个结形貌，分别为背发射极结形貌和背面缓冲层结形貌。
4.如权利要求3所述的IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，所述背发射极结形貌通过两次或两次以上三价元素注入形成；所述背面缓冲层结形貌通过一次或一次以上的五价元素注入形成；所述五价元素或为六价元素。
5.如权利要求1所述的IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，所述步骤C中，所述IGBT芯片背面退火包括炉管退火和激光退火；所述IGBT芯片背面退火用于激活背面注入元素，形成背面结形貌以及修复IGBT芯片背面损伤。
6.如权利要求5所述的IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，所述IGBT芯片背面损伤由背面研磨，注入背面工艺造成。
7.如权利要求4所述的IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，所述背面注入与背面退火搭配操作，包括进行一次或一次以上背面注入，就搭配进行一次或多次背面退火；或进行一次背面注入加一次背面退火，完成背面结形貌。
8.如权利要求1所述的IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，所述步骤D中，所述IGBT芯片背面采用复合多层金属结构。
9.如权利要求1所述的IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，所述步骤E中，进行背面合金工艺使IGBT芯片背面最优的欧姆接触，包括下述实施方式：
第一实施方式是在IGBT芯片正面制造完成后进行背面加工；
第二实施方式是在IGBT芯片正面制造开始前先进行背面注入或背面扩散，在IGBT芯片正面和背面加工完毕后，形成背面结形貌；
第三实施方式是在IGBT芯片正面制造过程中穿插进行背面注入或背面扩散，在IGBT芯片正面和背面加工完毕后，形成背面结形貌；
第四实施方式是IGBT芯片正面制造与IGBT芯片背面制造穿插进行，在IGBT芯片正面和背面加工完毕后，形成背面结形貌。
10.如权利要求9所述的IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，在所述第一实施方式中，IGBT芯片背面制造受到IGBT芯片正面的限制或者影响，包括受IGBT芯片正面金属影响，在进行IGBT背面退火、背面激活或背面合金工艺时温度低于450℃。
11.如权利要求9所述的IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，在所述第二实施方式中，在IGBT芯片正面制造开始前先进行背面注入或背面扩散，不受后续IGBT芯片制造的限制或影响。
12.如权利要求9所述的IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，在所述第三实施方式中，在IGBT芯片正面制造过程中穿插进行背面注入/扩散，受IGBT芯片已加工正面的限制或影响，背面注入或背面扩散工艺条件受限制。
13.如权利要求9所述的IGBT芯片背面制造方法，其特征在于，在所述第四实施方式中，在IGBT芯片正面制造与IGBT芯片背面制造穿插进行，IGBT芯片正面制造与IGBT芯片背面制造工艺条件受限制，结合IGBT芯片正面和背面工艺步骤的相互影响。
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