CN107564805A - 一种超薄碳化硅芯片的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超薄碳化硅芯片的制作方法，首先完成碳化硅正面器件工艺，使用研磨膜保护正面图形，进行砂轮快速减薄，使用激光在碳化硅划片槽里面形成划片空洞层，在碳化硅衬底背面蒸发金属层，经过激光退火形成背面欧姆接触，然后溅射加厚金属层，最后通过裂片的方式分离碳化硅芯片。该方法能够有效提高器件电流密度，不改变芯片尺寸的情况下，降低正向导通电压，从而增加正面芯片数量，节约成本，缩减成本，实现批量大规模生产。

Description

一种超薄碳化硅芯片的制作方法
技术领域
本发明属于半导体器件领域，尤其涉及一种超薄碳化硅芯片的制作方法。
背景技术
碳化硅(SiC)作为新型半导体材料，具有非常优异的材料特性。SiC与其他半导体材料相比在电力电子器件领域具有很大的材料优势。SiC的禁带宽度将近是硅的3倍，可以大幅度提高器件的工作温度；SiC的击穿场强比硅高一个数量级；SiC器件的外延材料有较小的厚度和更高掺杂浓度，大大降低器件的导通电阻；SiC还具有比硅高3倍的热导率，SiC器件可以在温度更高的环境下长时间稳定地工作；另外，SiC的饱和电子漂移速率是硅的2倍以上，器件能够工作于更高的频率。
高制造成本是限制碳化硅电力电子器件大批量应用的最主要因素之一，提高碳化硅器件导通电流密度是减少芯片尺寸、降低制造成本的有效手段，通过设计和工艺技术进步，近年来国际上器件电流密度不断提升。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种超薄碳化硅芯片的制作方法，该方法能够有效提高器件电流密度，不改变芯片尺寸的情况下，降低正向导通电压，从而增加正面芯片数量，节约成本，缩减成本，实现批量大规模生产。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种超薄碳化硅芯片的制作方法，具体包括以下步骤：
(1)完成碳化硅衬底正面的外延工艺；
(2)碳化硅衬底正面进行贴膜保护；
(3)碳化硅衬底背面进行快速减薄；
(4)在碳化硅器件正面进行激光划片；
(5)碳化硅衬底背面蒸发欧姆金属；
(6)对碳化硅衬底背面欧姆金属进行激光退火；
(7)碳化硅衬底背面欧姆金属上溅射加厚金属层；
(8)进行裂片分离碳化硅芯片。
步骤(1)中，碳化硅衬底正面外延工艺包括正面离子注入、肖特基接触、正面加厚金属和介质生长。
步骤(2)中，正面贴膜为研磨膜。
步骤(3)中，快速减薄采用砂轮减薄的方式。
步骤(4)中，激光划片采用隐形划片，分多次划片完成。
步骤(5)中，欧姆金属为镍、钛镍或镍硅。
步骤(7)中，加厚金属层为Ti/Ni/Ag，在溅射加厚金属层之前对欧姆金属表面进行离子铣处理。
步骤(8)中，裂片方式为劈裂或滚轮碾压。
有益效果：本发明可以提高器件电流密度提升，降低正向导通电压，这样可以大大缩小整个芯片面积的尺寸，提高最终良品率，缩减成本，实现批量大规模生产。
附图说明
图1是本发明的制备流程图；
图2是本发明的减薄与未减薄芯片的对比图；
图3是本发明的激光切割的示意图；
图4是本发明的激光退火后的金属表面的状态图；
图5是本发明的裂片方式示意图；
图6是本发明的最终分离的SiC芯片示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明提供一种超薄碳化硅芯片的制作方法，该方法首先完成碳化硅(SiC)衬底的正面工艺，使用研磨膜(BG Tape)保护正面图形；然后进行快速减薄，将碳化硅衬底减薄至80-180um；使用激光在碳化硅划片槽内部形成划片(Steal dicing，SD)空洞层，在碳化硅衬底背面蒸发金属镍(Ni)，经过激光退火，形成背面欧姆接触；然后直接溅射加厚金属层Ti/Ni/Ag，完成碳化硅器件的制作，最后通过裂片的方式分离碳化硅芯片。
如图1所示是本发明一种超薄碳化硅芯片的制作方法的制备流程图，其方法包括以下步骤：
(1)完成碳化硅衬底正面的外延工艺；
碳化硅衬底正面的外延工艺包括：正面离子注入、肖特基接触、正面加厚金属、介质生长等制作工艺。
(2)碳化硅衬底正面贴研磨膜进行保护；
采用机器贴膜，贴膜加热温度为40-80℃。减薄的SiC采用研磨膜(BG Tape)的难度是SiC本身属性决定的，采用研磨膜对于砂轮背面减薄来说，能够精确控制整个芯片的厚度，对于生产加工过程来说，监控会更加准确。由于SiC应力比较大，所以采用的Tape膜里面的uv胶很厚，可以释放应力。
(3)对碳化硅衬底背面进行砂轮快速减薄；
如图2所示是减薄与未减薄芯片的对比图，在减薄的过程中要控制整个SiC厚度精度非常高，并且SiC减薄后应力非常大，需要采用特殊的减薄工艺进行，快速减薄采用砂轮减薄的方式，砂轮金刚石目数采用270-2000目，其磨削速度为0.1-0.5μm。
(4)使用激光在碳化硅器件正面划片槽内形成SD空洞层；
使用激光划片可分多次进行，可以分二次、三次、四次或五次划片等实现切割，激光切割采用隐形切割，以下以三次切割为例进行说明。
如图3所示是激光切割的示意图，分三次进行，第一次激光进入离SiC正面划片槽80-180μm的地方形成SD空洞层，第二次进入SiC正面划片槽1/2处形成SD空洞层，第三次激光进入离SiC正面划片槽1/4处形成SD空洞层。
采用激光在SiC划片槽里面形成SD空洞层，一方面是防止激光退火对背面欧姆接触有影响，另一方面为了直接裂片分离工艺更简单。
先激光分离圆片，但不裂片，然后在激光退火后再分离。因为芯片太薄，正常工艺会出现圆片损坏。由于SiC散热非常快，激光分离的方法不仅为了更好的进行切割工艺，更是让激光退火的热量不易于分散到其他地方，先让器件分离使欧姆高温反应更加充分，比连在一起的欧姆高温反应更加充分。
(5)碳化硅衬底外延片全片背面蒸发欧姆金属；
蒸发欧姆金属选用镍、钛镍或者镍硅等，背面蒸发的欧姆金属厚度为75-150nm。
(6)对碳化硅衬底背面欧姆金属进行激光退火；
进行欧姆退火选用波长为355nm，脉冲频率为35ns，可变能量的激光退火设备进行扫描退火。激光产生的每个光斑的大小是250um×150um，重叠度≥50％，扫描间宽为83μm，能量为1.6-2.0J/cm2。
如图4所示是激光退火后的金属表面的状态图。激光退火用于超薄片背面欧姆接触工艺，超薄片由于自身和工艺限制无法使用全片热退火工艺。整个制作流程可以提高SiC器件电流密度，降低正向导通电压，大大缩小整个芯片面积的尺寸，提高最终良品率，缩减成本，实现批量大规模生产。
(7)碳化硅衬底背面欧姆金属上溅射加厚金属Ti/Ni/Ag；
在溅射Ti/Ni/Ag之前进行离子铣处理欧姆金属表面。
(8)最后进行裂片分离SiC芯片；
如图5所示是裂片方式示意图，裂片的方式为劈裂或者滚轮碾压方式。如图6所示是最终分离的SiC芯片。

Claims (9)

1.一种超薄碳化硅芯片的制作方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)完成碳化硅衬底正面的外延工艺；
(2)碳化硅衬底正面进行贴膜保护；
(3)碳化硅衬底背面进行快速减薄；
(4)在碳化硅器件正面进行激光划片；
(5)碳化硅衬底背面蒸发欧姆金属；
(6)对碳化硅衬底背面欧姆金属进行激光退火；
(7)碳化硅衬底背面欧姆金属上溅射加厚金属层；
(8)进行裂片分离碳化硅芯片。
2.根据权利要求1所述的超薄碳化硅芯片的制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中，碳化硅衬底正面外延工艺包括正面离子注入、肖特基接触、正面加厚金属和介质生长。
3.根据权利要求1所述的超薄碳化硅芯片的制作方法，其特征在于：所述步骤(2)中，正面贴膜为研磨膜。
4.根据权利要求1所述的超薄碳化硅芯片的制作方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述快速减薄采用砂轮减薄的方式。
5.根据权利要求1所述的超薄碳化硅芯片的制作方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述激光划片分多次划片完成。
6.根据权利要求5所述的超薄碳化硅芯片的制作方法，其特征在于：所述激光划片分三次划片：
第一次激光进入离碳化硅正面划片槽80-180μm的地方形成划片空洞层；
第二次激光进入碳化硅正面划片槽1/2处形成划片空洞层；
第三次激光进入离碳化硅正面划片槽1/4处形成划片空洞层。
7.根据权利要求1所述的超薄碳化硅芯片的制作方法，其特征在于：所述步骤(5)中，所述欧姆金属为镍、钛镍或镍硅。
8.根据权利要求1所述的超薄碳化硅芯片的制作方法，其特征在于：所述步骤(7)中，所述加厚金属层为Ti/Ni/Ag，在溅射加厚金属层之前对欧姆金属表面进行离子铣处理。
9.根据权利要求1所述的超薄碳化硅芯片的制作方法，其特征在于：所述步骤(8)中，裂片方式为劈裂或滚轮碾压。
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