CN104851798B - 防止聚酰亚胺涂层剥离的绝缘栅双极晶体管背面处理方法 - Google Patents

防止聚酰亚胺涂层剥离的绝缘栅双极晶体管背面处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种解决聚酰亚胺(Polyimide)剥离以改善高压大功率绝缘栅双极晶体管(IGBT)而在其背面进行炉管退火的工艺方法，IGBT的Polyimide工艺通常包括：Polyimide有机物通过旋转涂覆在正面再经光刻把窗口打开。接着进行背面工艺：硅片减薄与表面处理、背面离子注入、离子退火、背面蒸金与退火等工艺。本发明主要针对IGBT背面工艺离子注入退火、背面金属退火工艺中提出了炉管温度分多段升降温，提高炉管真空，在正式生产片周围合理放置一定数量陪片的工艺，能解决Polyimide脱落的问题，在高压大功率IGBT等功率器件工艺中，具有十分重要的意义。

Description

防止聚酰亚胺涂层剥离的绝缘栅双极晶体管背面处理方法
技术领域
本发明涉及一种解决聚酰亚胺(Polyimide)剥离以改善高压大功率绝缘栅双极晶体管(IGBT)而在其背面的退火处理方法，属于半导体功率器件制备的工艺技术领域。
背景技术
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)即“绝缘栅双极晶体管”，是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件。它是电力电子技术的核心技术,且是电机控制和功率变换器的首选器件。广泛用于轨道交通、航空航天、船舶驱动、新能源电动汽车、风力发电、太阳能发电、高压变频、工业传动及电力传输等多个重要行业和领域。IGBT具有高频率、高电压、大电流,易于开关等优良性能，被业界誉为功率变流装置的“CPU”。高压大功率IGBT的钝化对其可靠性起着决定性的作用，而Polyimide是IGBT等高压大功率器件钝化层的最佳选择。但Polyimide是一种有机物，在高压大功率如IGBT制程工艺中难以兼容.,特别是IGBT高温等背面工艺处理不好将很容易导致Polyimide的脱落而失效严重影响良率，或影响IGBT的可靠性。
高压大功率IGBT(3300V、4500V、6500V) IGBT目前国产化的主要障碍之一就是Polyimide工艺不成熟，特别是3300V以上的IGBT背面工艺中需要高温（450℃左右）来激活背面注入离子，在IGBT背面离子退火、背面金属退火等高温过程中，常规的炉管直接升降温、硅片在晶舟常规放置对Polyimide都有比较大的影响，造成Polyimide脱落的风险很大。
本发明针对IGBT背面工艺离子注入退火、背面金属退火工艺中提出了炉管温度分多段升降温，提高炉管真空，在正式生产片周围放置陪片的工艺，能解决Polyimide脱落的问题，在高压大功率IGBT等功率器件工艺中，具有十分重要的意义。
发明内容
IGBT是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件。高压大功率IGBT的钝化对其可靠性起着决定性的作用，而Polyimide是IGBT等高压大功率器件钝化层的最佳选择。IGBT的Polyimide工艺通常包括：Polyimide有机物通过旋转涂覆在正面再经光刻把窗口打开。接着进行背面工艺：硅片减薄与表面处理、背面离子注入、离子退火、背面蒸金与退火等工艺。本发明主要针对IGBT背面工艺离子注入退火、背面金属退火工艺中提出了炉管温度分多段升降温，提高炉管真空，在正式生产片周围合理放置一定数量陪片的工艺，能解决Polyimide脱落的问题，在高压大功率IGBT等功率器件工艺中，具有十分重要的意义。
本发明的目的在于提供一种防止聚酰亚胺涂层剥离的绝缘栅双极晶体管背面处理方法。其特征在于具有以下的步骤：
a. 通过IGBT制备的常规工艺，即硅片表面处理、背面离子注入、离子退火、背面蒸金退火等工艺后，将涂有聚酰亚胺的硅片放置于石英舟的中央；
b. 在硅片两边放置陪片；左右各9片；
c. 在300℃的待机情况下进炉，采用低压炉管替代常压炉管，增加炉管工艺的真空度达到约200毫乇（mTorr）；
d. 以一定的升温曲线加热方式进行阶梯式升温，分3段；以速率2℃/分钟将管内从温度300℃上升至380℃，在380℃温度下稳定10分钟；用45分钟将管内温度上升至470℃；开始正式退火；
e. 完成上述工艺步骤后，采用一定的降温曲线阶梯降温的方式，缓慢下降至250℃；分5段；在250℃以下取出被处理的硅片；也即得到能防止聚酰亚胺涂层剥离的绝缘栅双极晶体管。
同现有的技术相比，本方式工艺具有如下显著优点：
1.杜绝了聚酰亚胺涂层过炉管后脱皮的现象。
2.增加陪片后片子受热均匀，使得聚酰亚胺涂层的退火均匀性得到了很大的提高。
3.聚酰亚胺涂膜成型较好，对后续工艺留出了更多的工艺空间。
附图说明
图1 聚酰亚胺涂层剥离异常图
图2 陪片摆放图
图3 聚酰亚胺涂层剥离改善图
图4 炉温工作图(以前普通工艺)
图5 炉温工作图(本发明改进工艺)。
具体实施方式
本实施例的具体工艺步骤如下：
a. 通过IGBT制备的常规工艺,即硅片表面处理、背面离子注入、离子退火、背面蒸金退火等工艺后，将涂有聚酰亚胺的硅片放置于石英舟的中央；
b. 在生产硅片两边放置陪片；左右各9片；
c. 在300℃的待机情况下进炉，采用低压炉管替代常压炉管，增加炉管工艺的真空度达到约200毫乇（mTorr）；
d. 以“图5 炉温工作图(改进工艺)”方式进行阶梯式升温，分3段。以速率2℃/分钟将管内温度上升至380℃，在380℃温度下稳定10分钟，用45分钟将管内温度上升至470℃，开始正式退火；
e. 完成上述工艺步骤后，采用阶梯降温的方式，缓慢下降至250℃；分5段；在250℃以下取出被处理的硅片；也即得到能防止聚酰亚胺涂层剥离的绝缘栅双极晶体管。

Claims (1)

1.一种防止聚酰亚胺涂层剥离的绝缘栅双极晶体管背面处理方法，其特征在于有以下的步骤：
a. 通过IGBT制备的常规工艺，即硅片表面处理、背面离子注入、离子退火、背面蒸金退火工艺后，将涂有聚酰亚胺的硅片放置于石英舟的中央；
b. 在硅片两边放置陪片；左右各9片；
c. 在300℃的待机情况下进炉，采用低压炉管替代常压炉管，增加炉管工艺的真空度达到200毫乇（mTorr）；
d. 以一定的升温曲线加热方式进行阶梯式升温，分3段；以速率2℃/分钟将管内从温度300℃上升至380℃，在380℃温度下稳定10分钟；用45分钟将管内温度上升至470℃；开始正式退火；
e. 完成上述工艺步骤后，采用一定的降温曲线阶梯降温的方式，缓慢下降至250℃；分5段；在250℃以下取出被处理的硅片；也即得到能防止聚酰亚胺涂层剥离的绝缘栅双极晶体管。
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