CN111540682A - Igbt器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种IGBT器件的制造方法，涉及半导体制造领域。该方法包括在衬底中形成IGBT器件的单元结构；在所述衬底表面形成正面金属层；对所述衬底的背面进行减薄；在所述衬底的背面形成集电区；在所述衬底背面形成背面金属层；利用化学镀工艺在所述衬底的正面和背面形成目标金属；解决了IGBT器件的正面金属厚度增加后容易造成晶圆形变的问题；达到了优化晶圆整体的应力，改善封装性能的效果。
Description
技术领域
本申请涉及半导体制造领域，具体涉及一种IGBT器件的制造方法。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)器件是新能源电力电子产品中的核心器件，随着近年来更加广泛的推广，应用产品不仅包括白色家电、工业变频、焊机等传统产品，还包括新能源汽车等高端产品。
目前IGBT正朝向高压大电流的方向发展，IGBT的芯片工艺和封装都面临着全新的挑战。对于大电流IGBT芯片、模块而言，实现整体模块的散热已经成为研究重点，在对IGBT芯片进行封装时，引线键合使用的焊接工艺已经从传统的铝线焊接发展为铜片焊接。因此，对IGBT正面金属的厚度和硬度的要求更高。
发明内容
为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种IGBT器件的制造方法。该技术方案如下：
一方面，本申请实施例提供了一种IGBT器件的制造方法，该方法包括：
在衬底中形成IGBT器件的单元结构；
在衬底表面形成正面金属层；
对衬底的背面进行减薄；
在衬底的背面形成集电区；
在衬底背面形成背面金属层；
利用化学镀工艺在衬底的正面和背面形成目标金属。
可选的，在衬底中形成IGBT器件的单元结构，包括：
在衬底内形成漂移区；
在漂移区内形成基极区；
形成栅极结构；
基极区内形成源区。
可选的，在衬底表面形成正面金属层，包括：
在衬底表面沉积层间介质层；
通过光刻和刻蚀工艺在层间介质层中形成接触孔；
在层间介质层表面形成正面金属层。
可选的，在衬底的背面形成集电区，包括：
对衬底的背面进行离子注入并退火，形成集电区。
可选的，衬底背面形成背面金属层，包括：
在衬底的背面沉积金属层，形成背面金属层。
可选的，利用化学镀工艺在衬底的正面和背面形成目标金属，包括：
利用化学镀工艺在正面金属层和背面金属层上形成预定层数的目标金属。
可选的，当预定层数为两层时，目标金属依次为镍、金。
可选的，当预定层数为三层时，目标金属依次为镍、钯、金。
本申请技术方案，至少包括如下优点：
通过在衬底中形成IGBT器件的单元结构，在衬底表面形成正面金属层，然后进行背面减薄，在背面形成IGBT器件的集电区，进行背面金属化形成背面金属层，利用化学镀工艺在衬底的正面和背面形成目标金属，解决了IGBT器件的正面金属厚度增加后容易造成晶圆形变的问题；达到了优化晶圆整体的应力，改善封装性能的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种IGBT器件的制造方法的流程图；
图2是IGBT器件在制造过程中的示意图；
图3是IGBT器件在制造过程中的示意图；
图4是IGBT器件在制造过程中的示意图；
图5是本申请实施例提供的IGBT器件在制造过程中的示意图；
其中，11，衬底；12正面金属层；13，介质层；14，背面金属层；15，目标金属。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
由于IGBT器件在整体散热方面的要求越来越高，IGBT器件的正面金属的厚度增加，然而随着正面金属厚度的增加，晶圆整体应力也增大，会造成晶圆整体发生形变。晶圆发生形变后会给后续制造工艺，比如封装，增加难度，严重时会造成晶圆碎片。
为了解决晶圆正面金属的厚度增加导致晶圆容易碎片的问题，本申请实施例提供了一种IGBT器件的制造方法，如图1所示，该方法至少包括如下步骤：
在步骤101中，在衬底中形成IGBT器件的单元结构。
IGBT器件的单元结构包括漂移区、基极区、源区、栅极结构、集电区。
在步骤102中，在衬底表面形成正面金属层。
正面金属层包括发射极和栅极，发射极将源区引出，栅极将栅极结构引出。
图2示出了IGBT器件在制造过程中的示意图，衬底11上形成有介质层13，衬底11表面形成有正面金属层12。
在步骤103中，对衬底的背面进行减薄。
根据IGBT器件的类型、封装厚度要求等，设定晶圆的最终和厚度，对衬底的背面进行减薄。
图3示出了IGBT器件在制造过程中的示意图，衬底11从背面被减薄，衬底11的厚度减小。
在一个例子中，采用TAIKO工艺进行减薄。
在步骤104中，在衬底的背面形成集电区。
对减薄后的衬底背面进行离子注入并退火，形成IGBT器件的集电区。
在步骤105中，在衬底背面形成背面金属层。
在衬底的背面沉积金属，形成背面金属层。
图4示出了IGBT器件在制造过程中的示意图，衬底11的背面形成有背面金属层14。
在步骤106中，利用化学镀工艺在衬底的正面和背面形成目标金属。
将晶圆整体放入进行化学镀工艺的反应槽中，晶圆的正面和背面均被反应液浸没，衬底的正面金属层和背面金属层同时被镀上目标金属。
目标金属为一层金属，或者，目标金属由多层金属构成，每层金属的材料和厚度根据实际情况确定。
图5示出了IGBT器件在制造过程中的示意图，衬底11正面的正面金属层12被镀上目标金属层15，衬底11背面的背面金属层14被镀上目标金属15。
综上所述，本申请实施例提供的IGBT器件的制造方法，通过在衬底中形成IGBT器件的单元结构，在衬底表面形成正面金属层，然后进行背面减薄，在背面形成IGBT器件的集电区，进行背面金属化形成背面金属层，利用化学镀工艺在衬底的正面和背面形成目标金属，解决了IGBT器件的正面金属厚度增加后容易造成晶圆形变的问题；达到了优化晶圆整体的应力，改善封装性能的效果。
在基于图1所示实施例的可选实施例中，利用化学镀工艺在所述衬底的正面和背面形成目标金属，即上述步骤106，可以由如下方式实现：
利用化学镀工艺在正面金属层和背面金属层上形成预定层数的目标金属。
由于晶圆整体浸没在化学镀工艺的反应液中，正面金属层和背面金属层上的每层目标金属均是同时形成。
在一个例子中，预定层数为两层，目标金属依次为镍(Ni)、金(Au)；先利用化学镀工艺为衬底的正面金属层和背面金属层镀上镍，再利用化学镀工艺在衬底正面和背面的镍层上镀上金。
在另一个例子中，预定层数为三层，目标金属依次为镍(Ni)、钯(Pd)、金(Au)；先利用化学镀工艺为衬底的正面金属层和背面金属层镀上镍，然后利用化学镀工艺在衬底的正面和背面的镍层上镀上钯，最后利用化学镀工艺在衬底的正面和背面的钯层上镀上金。
其中，目标金属层中的各层金属的厚度取决于器件的焊接和封装条件，比如：镍的厚度范围为0.5um至20um；金的厚度范围为500A至5000A；钯的厚度范围为500A至5000A。
在一个例子中，制造有IGBT器件的单元结构的衬底正面采用化学镀工艺镀上镍、钯、金，其中，镍的厚度为1.0um，钯的厚度为0.1um，金的厚度为0.05um，晶圆形变为：x轴方向0.335mm，y轴方向0.363mm。
在另一个例子中，采用本申请实施例提供的IGBT器件的制造方法，采用化学镀工艺在衬底的正面和背面镀上镍、钯、金，其中，镍的厚度为12.0um，钯的厚度为0.1um，金的厚度为0.05um，晶圆形变为：x轴方向0.426mm，y轴方向0.387mm。
根据上述2个例子可以看出，采用本申请实施例提供的IGBT器件的制造方法，即使将正面金属中的镍的厚度大幅增加，也能将晶圆的形变控制在小范围内，优化晶圆的整体应力。
在基于图1所示实施例的可选实施例中，在衬底中形成IGBT的单元结构，即步骤101，可以由如下方式实现：
在步骤1011中，在衬底内形成漂移区。
衬底上设置有外延层，通过离子注入工艺在外延层中形成漂移区。
在一个例子中，衬底为P型衬底，通过注入磷离子，形成N-漂移区。
在步骤1012中，在漂移区内形成基极区。
在一个例子中，通过离子注入工艺，在漂移区中的预定区域注入硼离子，形成P型基极区。
在步骤1013中，形成IGBT器件的栅极结构。
IGBT器件的栅极结构为位于衬底表面的多晶硅栅，或，沟槽型栅。
在一个例子中，栅极结构为位于衬底表面的多晶硅栅。通过在衬底表面形成栅氧化层，在栅氧化层上沉积多晶硅层，并通过光刻和刻蚀工艺刻蚀多晶硅层，得到多晶硅栅。
在另一个例子中，栅极结构为沟槽型栅。通过光刻和刻蚀工艺在衬底内形成沟槽，沟槽的底部位于漂移区内，形成覆盖沟槽底部和侧壁的栅氧化层，利用多晶硅填充沟槽，形成沟槽型栅。
在步骤1014中，在基极区形成源区。
可选的，通过离子注入工艺向基极区内的预定区域注入硼离子，形成源区。
在基于图1所示实施例的可选实施例中，在衬底表面形成正面金属层，即步骤102，可以由如下方式实现：
在步骤1021中，在衬底的正面沉积层间介质层。
在步骤1022，通过光刻和刻蚀工艺在层间介质层中形成接触孔。
利用接触孔将IGBT器件的源区和栅极引出。
在步骤1023中，在层间介质层表面形成正面金属层。
可选的，在层间介质层表面溅射金属，刻蚀去除不需要的金属，得到IGBT的金属电极，金属电极包括IGBT器件的栅极和发射极。
在基于图1所示实施例的可选实施例中，IGBT器件的衬底为P型衬底，衬底上设置有N型外延，漂移区为N型，基极区为P型，源区为N型。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种IGBT器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
在衬底中形成IGBT器件的单元结构；
在所述衬底表面形成正面金属层；
对所述衬底的背面进行减薄；
在所述衬底的背面形成集电区；
在所述衬底背面形成背面金属层；
利用化学镀工艺在所述衬底的正面和背面形成目标金属。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在衬底中形成IGBT器件的单元结构，包括：
在所述衬底内形成漂移区；
在所述漂移区内形成基极区；
形成栅极结构；
所述基极区内形成源区。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述衬底表面形成正面金属层，包括：
在所述衬底表面沉积层间介质层；
通过光刻和刻蚀工艺在所述层间介质层中形成接触孔；
在所述层间介质层表面形成所述正面金属层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述衬底的背面形成集电区，包括：
对所述衬底的背面进行离子注入并退火，形成所述集电区。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底背面形成背面金属层，包括：
在所述衬底的背面沉积金属层，形成所述背面金属层。
6.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述利用化学镀工艺在所述衬底的正面和背面形成目标金属，包括：
利用化学镀工艺在所述正面金属层和所述背面金属层上形成预定层数的目标金属。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述预定层数为两层时，所述目标金属依次为镍、金。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述预定层数为三层时，所述目标金属依次为镍、钯、金。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005019830A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Denso Corp | 半導体装置の製造方法 |
| CN105103272A (zh) * | 2013-09-27 | 2015-11-25 | 富士电机株式会社 | 半导体装置的制造方法 |
| CN106531620A (zh) * | 2015-09-15 | 2017-03-22 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置的制造方法 |
-
2020
- 2020-05-29 CN CN202010475716.2A patent/CN111540682A/zh active Pending
- 2020-09-11 US US17/018,484 patent/US20210376117A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005019830A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Denso Corp | 半導体装置の製造方法 |
| CN105103272A (zh) * | 2013-09-27 | 2015-11-25 | 富士电机株式会社 | 半导体装置的制造方法 |
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