[发明专利]IGBT背面金属化的改善方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种IGBT背面金属化的改善方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)，是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和电力晶体管(GTR)即耐高电压、大电流的双极结型晶体管的低导通压降两方面的优点。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

对于IGBT工艺来讲，能够形成良好的背面金属接触对降低导通电压非常重要。尤其是在新型的场中止(Field Stop，FS)型IGBT产品上，由于背面注入浓度低，如果背金不良，会导致接触电阻过大的问题。

如图1所示，现有IGBT的结构示意图；IGBT的正面图形工艺包括元胞区和耐压保护区，耐压保护区围绕在元胞区的周侧。所述元胞区形成有IGBT的单元结构，所述IGBT的单元结构包括：

P阱104，P阱104形成在衬底101的正面。

多晶硅栅102，所述多晶硅栅102和所述P阱104之间隔离有栅氧化层103。

发射区105，由形成于所述P阱104表面的N型重掺杂区组成，被所述多晶硅栅102覆盖的所述P阱104表面用于形成连接所述发射区105和所述N型漂移区的沟道。发射区105也即IGBT中的MOS器件的源区。

P阱引出区106，由P型重掺杂区组成；所述P阱引出区106穿过所述发射区105进入到所述P阱104中，所述P阱引出区106同时和所述发射区105和所述P阱104接触。

正面金属层109，栅极和发射极分别由正面金属层109组成，栅极通过穿过层间膜107的接触孔108和所述多晶硅栅102接触，发射极通过接触孔108和所述P阱引出区106接触。

背面图形包括由背面P型重掺杂离子注入形成P型注入层111,由所述P型注入层111组成IGBT的集电区；对所述P型注入层111进行激光退火激活；并在所述衬底101的背面形成背面金属层112，背面金属层112作为集电极。背面金属层112一般由Al、Ti、Ni和Ag叠加形成。

现有方法中，对于新型的FS型IGBT，所述P型注入层的杂质为硼的注入剂量已经达到1E12cm^-2～1E13cm^-2，和背面金属层112的铝形成的接触电阻非常大，远远大于正常IGBT器件的导通电阻。现有方法中是通过对所述背面金属层112进行烤箱烘干(oven bake)来解决铝和P型注入层的硅的接触电阻的问题，但是现有oven bake工艺同时也带来背面金属脱落(peeling)的问题。

Oven bake及金属peeling的原理：

Oven Bake改善接触电阻：高温处理使金属铝和硅之间形成更好更紧密的接触。

现有oven bake工艺中往往通过增加处理的温度如200℃以上的高温一般为350℃，以及增加处理时间如1小时以上，也即通过增加处理温度和时间来保证金属铝和硅之间具有较好的接触电阻。

但是现有的长时间的高温处理的oven bake会导致的金属peeling：oven Bake使金属Ag的晶粒尺寸(grain size)变大，这样金属Ag的晶粒之间的缝隙也会变大，氧会通过细小的缝隙到达金属Ni的表面使之氧化，使Ni和Ag的附着力变小，导致Ag脱落。

所以，如何当背面P型注入层的硼杂质浓度减少时，使背面金属铝能够保持和硅形成良好的接触，同时又不会产生背面金属脱离成为本领域技术人员重要研究课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种IGBT背面金属化的改善方法，能形成良好的背面接触，同时能避免产生背面金属的脱落，提高产品的性能和良率。

为解决上述技术问题，本发明提供的IGBT背面金属化的改善方法包括如下步骤：

步骤一、在硅衬底的正面完成正面图形工艺。

步骤二、在所述硅衬底背面依次完成背面减薄工艺、背面注入工艺和激光退火工艺。

步骤三、采用DHF清洗液对所述硅衬底背面进行DHF清洗，该DHF清洗用于去除所述硅衬底背面的自然氧化层以及在步骤一和二中形成的缺陷，所述DHF清洗的时间参数根据后续形成的背面金属层的Al和所述硅衬底背面的硅形成的接触电阻来确定，要求保证所述接触电阻满足要求。