CN117637474A - 一种半导体器件及其制备方法、电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体器件及其制备方法、电子装置，该制备方法包括：提供晶圆，所述晶圆具有正面和与所述正面相背的背面；在所述晶圆的正面贴附覆盖所述正面的保护膜；对所述保护膜进行固化处理；自所述晶圆的背面对所述晶圆进行减薄处理；对所述晶圆的背面进行离子注入，并进行退火工艺；去除所述保护膜。本发明的方法在进行完离子注入和退火工艺之后再去除保护膜，能够有效避免晶圆的正面在离子注入以及退火工艺中出现被划伤出现颗粒及沾污等问题，且保护膜能够在离子注入以及退火工艺中提高已被减薄的晶圆的机械强度，能够有效避免减薄后的晶圆因机械强度不足造成晶圆出现裂纹甚至断裂等问题，进而提高了产品的性能与良率。

Description

一种半导体器件及其制备方法、电子装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体器件及其制备方法、电子装置。

背景技术

随着科技的发展，电子产品的功能不断增强，而尺寸不断减小。在半导体器件的制造领域，半导体器件的尺寸不断减小，电子芯片的尺寸不断减小。为此，在半导体器件制造过程中，在晶圆的正面上形成众多半导体器件之后，进行晶圆背面研磨工艺(BackGrinding，简称BG)，采用平坦化工艺研磨晶圆与正面对应的背面去除部分厚度的晶圆，以减小后续形成的芯片厚度。

IGBT(Insu1ated Gate Bipo1ar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是一种常见的功率型器件，其由BJT(Bipolar Junction Transistor，双极型晶体管)组成，理想的IGBT具有高击穿电压、低导通压降、关断时间短、抗短路时间长等优点。

相关技术的IGBT器件制造过程中，进行晶圆背面研磨工艺时，晶圆的正面容易被划伤，以及在晶圆的正面上容易出现颗粒及沾污，且晶圆容易出现裂纹甚至断裂等问题，进而导致产品性能与良率降低。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对目前存在的问题，本发明实施例一方面提供一种半导体器件的制备方法，包括：

提供晶圆，所述晶圆具有正面和与所述正面相背的背面；

在所述晶圆的正面贴附覆盖所述正面的保护膜；

对所述保护膜进行固化处理；

自所述晶圆的背面对所述晶圆进行减薄处理；

对所述晶圆的背面进行离子注入，并进行退火工艺；

去除所述保护膜。

在一个实施例中，所述固化处理包括：

采用紫外光照射所述保护膜。

在一个实施例中，在进行所述固化处理之后，以及进行所述减薄处理之前，所述方法还包括：

对所述保护膜进行平坦化处理。

在一个实施例中，在进行所述减薄处理之后，以及在进行所述离子注入之前，所述方法还包括：

清洗所述晶圆的背面，并对所述晶圆的背面进行腐蚀工艺。

在一个实施例中，所述腐蚀工艺包括单晶圆旋转湿法腐蚀法。

在一个实施例中，在去除所述保护膜之后，所述方法还包括：

在所述晶圆的背面形成金属层。

在一个实施例中，所述退火工艺包括激光退火。

本发明实施例另一方面提供一种半导体器件，所述半导体器件采用上述的方法制备获得。

在一个实施例中，所述半导体器件包括绝缘栅双极型晶体管。

本发明实施例再一方面提供一种电子装置，所述电子装置包括上述的半导体器件。

本发明实施例的半导体器件及其制备方法、电子装置，在进行完离子注入和退火工艺之后再去除保护膜，能够有效避免晶圆的正面在离子注入以及退火工艺中出现被划伤出现颗粒及沾污等问题，通过对保护膜进行固化处理，能够避免保护膜承受退火工艺的高温，且保护膜能够在离子注入以及退火工艺中提高已被减薄的晶圆的机械强度，能够有效避免减薄后的晶圆因机械强度不足造成晶圆出现裂纹甚至断裂等问题，进而提高了产品的性能与良率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1示出了本发明一具体实施例方式的半导体器件的制备方法的流程图。

具体实施方式

接下来，将结合附图更加完整地描述本发明，附图中示出了本发明的实施例。但是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该规格书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。

除非另外定义，在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。还将理解，诸如普通使用的字典中所定义的术语应当理解为具有与它们在相关领域和/或本规格书的环境中的含义一致的含义，而不能在理想的或过度正式的意义上解释，除非这里明示地这样定义。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细步骤以及结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

相关技术的IGBT器件制造工艺中，在进行晶圆背面研磨工艺时，一般会先在晶圆的正面上覆盖一层保护胶带，以避免在研磨晶圆的背面过程中产生的杂质造成晶圆正面污染，之后会对晶圆的背面进行研磨减薄，再去除晶圆的正面上的保护胶带，之后再进行离子注入以及退火工艺等后续制程。

然而，由于在进行离子注入以及退火工艺之前，晶圆的正面上的保护胶带已被去除，导致在离子注入过程中容易划伤晶圆的正面，以及在退火工艺中容易导致晶圆的正面上出现颗粒及沾污，具体地，由于晶圆的正面缺少保护胶带的保护，在进行离子注入以及退火工艺中，相关器具(例如，升降销、夹具等)容易造成晶圆的正面的划伤以及出现颗粒及沾污，同时由于去除了保护胶带，晶圆也容易因机械强度不足而出现裂纹甚至断裂等问题，进而导致产品性能与良率降低。

因此，鉴于前述技术问题的存在，本发明实施例提出一种半导体器件的制备方法，如图1所示，其主要包括以下步骤：

步骤S110，提供晶圆，所述晶圆具有正面和与所述正面相背的背面；

步骤S120，在所述晶圆的正面贴附覆盖所述正面的保护膜；

步骤S130，对所述保护膜进行固化处理；

步骤S140，自所述晶圆的背面对所述晶圆进行减薄处理；

步骤S150，对所述晶圆的背面进行离子注入，并进行退火工艺；

步骤S160，去除所述保护膜。

本发明实施例的半导体器件的制备方法，在进行完离子注入和退火工艺之后再去除保护膜，能够有效避免晶圆的正面在离子注入以及退火工艺中出现被划伤出现颗粒及沾污等问题，通过对保护膜进行固化处理，能够避免保护膜承受退火工艺的高温，且保护膜能够在离子注入以及退火工艺中提高已被减薄的晶圆的机械强度，能够有效避免减薄后的晶圆因机械强度不足造成晶圆出现裂纹甚至断裂等问题，进而提高了产品的性能与良率。

实施例一

下面，参考图1对本发明的半导体器件的制备方法做详细描述。

示例性地，本发明的半导体器件的制备方法包括以下步骤：

首先，执行步骤S110，提供晶圆，所述晶圆具有正面和与所述正面相背的背面。

其中，所述半导体器件可以是本领域技术人员熟知的任何适合的器件，本实施例中主要以所述半导体器件为IGBT器件的情况为例对本申请的技术方案进行解释和说明。

在一个示例中，在进行晶圆背面研磨工艺(Back Grinding，简称BG)之前，在晶圆的正面上应当已经形成了所需的半导体结构，以IGBT器件为例，晶圆的正面上应当已经形成了源区、栅极结构、接触插塞等所需的器件结构。示例性地，一般来说，器件结构形成于半导体衬底上，而晶圆的背面指的就是半导体衬底所在的一面，因而晶圆背面研磨工艺一般对半导体衬底进行研磨以减薄半导体衬底。

在一个示例中，半导体衬底为体硅衬底，其可以包括以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP、InGaAs或者其它III/V化合物半导体，或者衬底200还可以包括绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)或绝缘体上锗(GeOI)等。虽然在此描述了可以形成半导体衬底的材料的几个示例，但是可以作为半导体衬底的任何材料均落入本发明的精神和范围。

示例性地，半导体衬底可以包括半导体基底以及形成于半导体基底上的外延层。可选地，半导体基底和外延层可以具有相同的导电类型。示例性地，半导体基底和外延层可以具有不同的掺杂浓度，例如外延层的掺杂浓度可以低于半导体基底的掺杂浓度，可选地，外延层可以作为本发明的半导体器件的漂移区。在一个实施例中，半导体衬底可以为N型导电类型，在其他实施例中，半导体衬底还可以为P型导电类型，具体可以根据器件的类型来选择适合的衬底。

接着，执行步骤S120，在所述晶圆的正面贴附覆盖所述正面的保护膜。示例性地，保护膜也可称为保护胶带或减薄胶带(Back Grinding Tape)，其主要用于在研磨晶圆的背面过程中保护晶圆的正面免受杂质的污染。示例性地，保护膜的材质包括聚氨酯、聚酰亚胺等材质。示例性地，保护膜的材质不受特别限制，本领域技术人员可以根据需要灵活选择，只要能够实现保护晶圆的正面的功能即可。

在形成保护膜之后，执行步骤S130，对保护膜进行固化处理，以提高保护膜的耐温性。其中，固化处理可以包括采用紫外光照射保护膜。示例性地，通过采用紫外光照射保护膜，能够使保护膜在短时间内迅速硬化，以起到固化保护膜的作用，提高保护膜的耐温性，使之能够承受后续退火工艺的高温，并使得后续更容易去除保护膜，且不会有残留，进而提高了器件的性能与良率。

在一个示例中，在进行固化处理之后，还可以对保护膜进行平坦化处理。示例性地，如果保护膜的表面不平坦，在后续研磨过程中易导致不均匀的压力分配以及晶圆在放置时不够平整，从而导致晶圆的背面减薄不均匀，进而影响到晶圆的厚度控制和整体质量，而通过对保护膜进行平坦化处理，可以保证在后续对晶圆的背面进行减薄处理时能够实现更均匀和更准确的厚度控制，并最终提高晶圆加工的效率和质量。示例性地，对保护膜进行平坦化处理的方法的非限制性实例包括机械平坦化方法和化学机械抛光平坦化方法。在该实施例中，先采用紫外光照射保护膜，再对保护膜进行平坦化处理；在其他实施例中，还可以先对保护膜进行平坦化处理，再采用紫外光照射保护膜，本申请对此不进行限制。

接着，执行步骤S140，自所述晶圆的背面对所述晶圆进行减薄处理。示例性地，自晶圆的背面对晶圆进行减薄处理的目的在于将半导体衬底的厚度减薄，以降低内部应力、封装高度与封装体积，并能够提高散热效率，减薄后的半导体衬底的厚度一般为50-300微米，不过应当理解的是，减薄后的半导体衬底的厚度应根据不同产品进行相应调整。示例性地，自晶圆的背面对晶圆进行减薄处理的方法可以使用包括但不限于化学机械研磨或刻蚀工艺等。

在一个示例中，在对晶圆进行减薄处理之后，以及在后续工艺进行离子注入之前，本申请的方法还包括：清洗晶圆的背面，并对晶圆的背面进行腐蚀工艺。示例性地，在对晶圆进行减薄处理之后，清洗晶圆的背面能够清除减薄处理残留的研磨液、颗粒等杂质，同时腐蚀工艺能够减小晶圆间的厚度差，降低减薄处理时产生的背面损伤，并释放晶圆的应力。

在一个示例中，对晶圆的背面进行的腐蚀工艺包括单晶圆旋转湿法腐蚀法，采用单晶圆旋转湿法腐蚀法能够更好地控制晶圆背面腐蚀的均匀度。示例性地，单晶圆旋转湿法腐蚀法所使用的刻蚀液包括氢氟酸、硫酸、硝酸和磷酸的组合。

接着，执行步骤S150，对所述晶圆的背面进行离子注入，并进行退火工艺。示例性地，注入的离子包括B、P、H、He等。离子注入的目的包括形成能带势垒、控制载流子的寿命等。离子注入的角度、剂量和注入能量等参数可以根据注入离子的质荷比及注入的深度各有不同进行相应调整。在离子注入过程中，需要使用静电吸附盘或其他吸附方式将晶圆吸附住，由于本发明实施例在进行离子注入时未去除保护膜，因此能够避免升降销的升降或吸附时晶圆与台盘之间的位移对晶圆的正面造成划伤。

进行离子注入之后，再进行退火工艺激活注入的离子并使离子扩散形成所需的掺杂区域，并同时修补在离子注入工艺中受损的晶格结构。示例性地，本申请的退火工艺包括激光退火工艺，相比于传统退火工艺，激光退火工艺升温更快、控制灵敏度更高，从而使得最终产品的生产效率与可靠性更高。由于保护膜已经过了固化处理，因此能够承受退火工艺的高温。

最后，执行步骤S160，去除所述保护膜。示例性地，通过在离子注入以及退火工艺之后再去除保护膜，能够有效避免晶圆的正面在离子注入以及退火工艺中出现被划伤出现颗粒及沾污等问题，且保护膜能够在离子注入以及退火工艺中提高已被减薄的晶圆的机械强度，能够有效避免减薄后的晶圆因机械强度不足造成晶圆出现裂纹甚至断裂等问题。

在一个示例中，在去除保护膜之后，本申请的方法还包括：在晶圆的背面形成金属层。示例性地，形成金属层的方法不受特别限制，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。在该实施例中，可以采用蒸镀工艺来在晶圆的背面形成金属层，蒸镀工艺能够使金属层与晶圆的背面形成欧姆接触，并能够降低接触电阻。示例性地，金属层的材质并不受特别的限制，包括但不限于包括钛、镍和银叠加形成的金属层、镍和银叠加形成的金属层和铝、钛、镍和银叠加形成的金属层中的至少之一，即TiNiAg、NiAg、AlTiNiAg等。在一些实施例中，形成金属层的步骤应放在去除保护膜之后进行。

至此完成了对本发明的半导体器件的制备方法的关键步骤的描述，对于完整的半导体器件的制备还可以包括其他的步骤，在此不做一一赘述，值得一提的是上述步骤顺序在不冲突的前提下可以进行调整。

综上，本发明实施例的半导体器件的制备方法，在进行完离子注入和退火工艺之后再去除保护膜，能够有效避免晶圆的正面在离子注入以及退火工艺中出现被划伤出现颗粒及沾污等问题，通过对保护膜进行固化处理，能够避免保护膜承受退火工艺的高温，且保护膜能够在离子注入以及退火工艺中提高已被减薄的晶圆的机械强度，能够有效避免减薄后的晶圆因机械强度不足造成晶圆出现裂纹甚至断裂等问题，进而提高了产品的性能与良率。

实施例二

本发明还提供一种半导体器件，该半导体器件由前述实施例一中的方法制备获得。

示例性地，本申请的半导体器件包括IGBT器件(Insu1ated Gate Bipo1arTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，所述半导体器件可以是本领域技术人员熟知的任何适合的器件，本实施例中主要以所述半导体器件为IGBT器件的情况为例对申请的技术方案进行解释和说明。

至此完成了对本发明的半导体器件的结构的介绍，对于完整的器件还可能包括其他的组成结构，在此不做一一赘述。

实施例三

本发明另一实施例中还提供了一种电子装置，包括前述的半导体器件。

本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述半导体器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的半导体器件，因而具有更好的性能。

尽管本文中描述了多个实施例，但是应该理解，本领域技术人员可以想到多种其他修改和实施例，他们都将落入本发明公开的构思的精神和范围内。更特别地，在本发明公开、附图、以及所附权利要求的范围内，可以在主题的结合排列的排列方式和/或组成部分方面进行各种修改和改变。除了组成部分和/或排列方式的修改和改变以外，可替换方式的使用对于本领域技术人员来说也是显而易见的选择。

Claims (10)

1.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

提供晶圆，所述晶圆具有正面和与所述正面相背的背面；

在所述晶圆的正面贴附覆盖所述正面的保护膜；

对所述保护膜进行固化处理；

自所述晶圆的背面对所述晶圆进行减薄处理；

对所述晶圆的背面进行离子注入，并进行退火工艺；

去除所述保护膜。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化处理包括：

采用紫外光照射所述保护膜。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在执行所述固化处理之后，以及进行所述减薄处理之前，所述方法还包括：

对所述保护膜进行平坦化处理。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在进行所述减薄处理之后，以及在进行所述离子注入之前，所述方法还包括：

清洗所述晶圆的背面，并对所述晶圆的背面进行腐蚀工艺。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述腐蚀工艺包括单晶圆旋转湿法腐蚀法。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在去除所述保护膜之后，所述方法还包括：

在所述晶圆的背面形成金属层。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火工艺包括激光退火。

8.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件采用权利要求1-7中的任一项所述的方法制备获得。

9.根据权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括绝缘栅双极型晶体管。

10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括权利要求8-9中的任一项所述的半导体器件。