[发明专利]适用于IGBT薄型硅片的背面杂质激活方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种适用于IGBT薄型硅片的背面杂质激活方法。

背景技术

IGBT(Insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极性晶体管)以其驱动功率小、饱和压降低的优势，在直流电压600V以上的变频器、开关电源、照明电路和牵引传动电路领域得到广泛应用。在IGBT器件制造流程中，通常需要将硅片减薄至300μm以下的厚度，经过离子注入、退火等背面工艺。由于此时硅片正面已有铝布线(参见图1)，所以要确保退火的温度不能太高，以免导致正面铝线发生熔化；同时，为了获得较好的器件性能，又需要较高的退火温度，以有利于杂质活化。在现有制造工艺中，这两个因素很难兼顾，需要折衷考虑。

目前，IGBT硅片背面的杂质退火工艺通常采用两种方式：

一、采用传统炉管退火方式。在低温区延长退火时间，温度的选择不仅要满足低于铝的熔点(660℃)，而且要保证在工艺时间内铝线不发生软化或变形，一般这个温度在450～500℃。由于此温度较低，获得的激活率也很低，通常不超过2%。这种方式的优点是可兼容传统工艺设备，缺点是工艺时间长，激活率很低。

二、采用激光退火方式。可在退火表面获得高于1400℃的高温达到瞬时融态，从而获得很高的杂质激活率，而且由于时间极短可确保硅片正面低于100℃，不影响铝线性能。但这种方式的缺点是激光退火设备极其昂贵，通常单台价格在数百万美元。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于IGBT薄型硅片的背面杂质激活方法，它可以提高IGBT薄型硅片背面杂质的激活率。

为解决上述技术问题，本发明的适用于IGBT薄型硅片的背面杂质激活方法，步骤包括：

1）将IGBT薄型硅片传送入快速灯退火腔室，并使硅片背面注入掺杂区朝向加热灯的照射面；

2）调整加热灯阵列控制程式，使加热灯只能单向照射硅片背面；

3）设置加热灯的输出功率，然后开启加热灯，使硅片背面迅速升温；

4）当硅片温度达到设定的退火温度后，关闭加热灯，保温1～2秒，然后急速冷却硅片。

本发明通过改进现有的快速热退火工艺，采用灯阵列加热方式，对IGBT薄型硅片背面进行单向照射，同时通过控制升降温速率，优化退火温度曲线，从而在不影响硅片正面铝线、不增加设备投资的基础上，获得了比传统的炉管加热退火方式更高的杂质激活率。

附图说明

图1是IGBT器件硅片纵向结构示意图。

图2是本发明的快速灯退火工艺的灯阵列加热方式侧视图。

图3是本发明的快速灯退火工艺的灯阵列加热方式俯视图。

图4是本发明的快速灯退火的温度曲线；其中，a为升温阶段，使用大功率加热灯，使硅片急速升温；b为保温阶段，控制在1～2秒；c为降温阶段，用大流量氮气急速冷却硅片，强化降温效果。

图5是采用不同方式退火后的电阻测量结果。

图6是本发明的快速灯退火工艺对硅片正面Al布线的影响；其中，A是在630℃下退火2秒钟后，硅片正面的Al CD BAR（特征尺寸线条）正常；B是在650℃下退火2秒钟后，硅片正面的Al CD BAR有熔化变形。

图7是灯阵列输出功率优化前后的退火均一性对比图。A为采用未经优化的灯阵列输出功率进行退火，退火后的电阻均一性为15.7%；B为采用优化后的灯阵列输出功率进行退火，退火后的电阻均一性为8.1%。

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下：

本实施例的IGBT薄型硅片背面杂质激活方法，包括以下工艺步骤：

步骤1，将IGBT薄型硅片传送入快速灯退火腔室，使硅片的背面注入掺杂区朝向加热灯的照射面；然后调整灯阵列控制程式（上下面不同区域的灯管可以由独立的电源模块控制，通过程式修改可开启特定区的加热灯，同时关闭其他区的灯管），使加热灯只对硅片背面进行单向照射，如图2所示。

步骤2，设置加热灯的输出功率，然后开启加热灯，使硅片背面迅速升温。

较高的输出功率可以提高硅片的升温速率。通过调整各加热灯的输出功率（每个加热灯的最大输出功率为2KW，通过设置百分比可以控制实际所需功率，比如从“0%”改为“70%”，可使灯从关闭状态变为输出较大功率），可以控制硅片不同区域的温度差异，改善硅片退火的均匀性，例如图3所示，可以分5个区域分别独立控制加热灯管的输出功率。