[发明专利]改善IGBT背面金属化的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体领域中的改善金属化的方法，特别是涉及一种改善IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)背面金属化的工艺方法。

背景技术

为保证金属和半导体之间有欧姆接触，半导体材料表面杂质浓度必须足够大。以IGBT为例，其背面集电极为P型，背面接触金属一般包含Al(如图1所示)，良好的欧姆接触要求P型区域表面掺杂浓度至少有10¹⁷/cm³(如图2所示)。

IGBT器件的关断速度要求背面集电极的低发射效率，而发射效率与背面掺杂浓度有直接强相关性。对于一般中高频应用的IGBT来说，背面集电极极注入浓度一般低于10¹³/cm²，这样低注入浓度即使采用激光退火，也很难达到高表面掺杂浓度。

为了改善金属和半导体之间的接触，通常在背面金属(如AlTiNiAg)淀积后增加一步热退火工艺，退火温度在400～450℃之间，通常为H₂氛围。这种工艺存在两个问题：一是退火时背面NiAg极易被氧化，对退火设备要求非常高；二是退火时容易引起正面有机钝化层挥发失效(如对高压IGBT通常使用的耐热较好的负polyimide钝化层，通常在380℃以上所含的有效有机物质开始挥发，且随温度升高挥发性增强)。一种改善的方法是在背面金属Al淀积后增加热退火工艺(如图3所示)，这种方法也不能彻底解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改善IGBT背面金属化的工艺方法。该方法能较好地改善金属和半导体之间的欧姆接触，并能避免NiAg被氧化以及避免正面有机钝化层挥发失效等。

为解决上述技术问题，本发明的改善绝缘栅双极型晶体管(IGBT)背面金属化的工艺方法，包括：方法A或方法B；

(一)方法A，包括步骤：

1)进行背面注入、激光退火和金属Al淀积；

2)激光退火；

3)进行TiNiAg淀积；

(二)方法B，包括步骤：

(I)进行背面注入；

(II)淀积一层三族难熔金属；

(III)激光退火；

(IV)进行NiAg淀积。

所述步骤2)中，激光退火的条件由激光器的种类和功率决定，并要求在以下的条件下进行：在能实现Al和半导体之间形成合金接触、且不引起Al液化的条件下进行；如要求既能使Al和半导体之间形成良好的合金接触，又不能使表面温度过高引起Al液化；如对于绿光激光器，激光能量一般不超过1J/CM²，如一般在0.5J/CM²～1J/CM²之间。

所述步骤3)中，淀积的方法包括：通过溅射或者蒸发的方法；TiNiAg的厚度优选总应力最小时的，通常TiNiAg淀积的总厚度不超过5μm。

所述步骤(II)中，三族难熔金属包括：Ti；淀积的方法包括：通过溅射或者蒸发的方法；三族难熔金属的厚度一般在100～500埃之间。

所述步骤(III)中，激光退火的条件由激光器的种类和功率决定，并需要满足激活和合金化的要求；如对于绿光激光器，激光能量一般在1J/CM²～3J/CM²之间。

所述步骤(IV)中，淀积的方法包括：通过溅射或者蒸发的方法；NiAg淀积的总厚度一般不超过5μm。

本发明的方法A中，主要是在常规背面工艺的金属Al淀积后增加一步激光退火工艺，即将金属Al淀积后的退火工艺由炉管退火改为激光退火，通过控制激光条件，可以实现金属Al和硅衬底的充分合金化，而且激光脉冲能量只作用与wafer背面，这样就避免了炉管退火对正面的影响。

方法B中，在背面注入后先淀积一层三族难熔金属(如Ti)，然后进行激光退火工艺，最后淀积其余金属层(如NiAg)，完成背面金属化工艺。方法B中，首先，金属Ti可以作为阻挡层，可以阻止激光退火过程中表面的注入杂质向外扩散，可样可以比较容易在表面形成比较高的掺杂浓度，有利于接触电阻的降低；其次，由于Ti的熔点比硅高250℃左右，这样可以调节激光能量范围，在保持Ti未熔化的条件下硅表面已经熔化，从而提高了表面杂质的激活率，进而提高了表面杂质的浓度，这样也有利于降低接触电阻。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是IGBT的结构示意图；