晶圆背面金属化的方法技术

本发明专利技术提供了一种晶圆背面金属化的方法，在金属钛层表面形成氮化镍层以改善作为缓冲层的金属镍层的热膨胀系数，并将现有技术中通过一次物理气相沉积的金属银层的工艺改为通过循环多次的沉积、冷却分步形成金属银层，并在每步沉积金属银时保持晶圆的温度不高于预定温度，减小了由于晶圆在沉积过程中温度过高导致的晶圆背面金属层受热膨胀，进而导致晶圆翘曲的问题，提高了产品的良率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种晶圆背面金属化的方法。
技术介绍
功率半导体器件由于其自身具有驱动电路简单、驱动功率小、高输入阻抗和开关速度、良好的热稳定性和高频特性等一系列优点获得了广泛的应用。作为功率半导体器件的一个性能指标，需要降低器件的导通电阻。为了使功率半导体器件具有较低的导通电阻，在现有技术中，通常采用的技术手段是金属化晶圆背面，在对晶圆背面进行化学机械研磨以平坦化以后，通过真空蒸镀或离子镀等物理气相沉积工艺，在晶圆背面依次形成钛（Ti）/镍（Ni）/银（Ag）的金属层，如图1所示结构。然而，随着半导体器件小型化需求的发展，晶圆的厚度也越来越薄，因此，对晶圆背面进行的金属化会使得晶圆发生大曲率的翘曲，进而影响在晶圆背面形成的功率半导体器件的性能，更严重的会导致晶圆发生破损，使得晶圆破损率提高，导致产品良率降低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种晶圆背面金属化的方法，以减小由晶圆背面金属化而导致晶圆翘曲的问题。为解决上述问题，本专利技术提供了一种晶圆背面金属化的方法，包括：步骤A：对晶圆背面进行化学机械研磨以平坦化；步骤B：通过物理气相沉积在所述晶圆背面形成金属钛层；步骤C：在氮气的氛围下进行物理气相沉积，以在金属钛层表面形成氮化镍层；步骤D：在所述氮化镍层表面通过物理气相沉积形成金属银层，当晶圆温度到达预定温度时停止沉积，并对晶圆进行冷却；步骤E：循环执行步骤D以使金属银层的厚度达到预定厚度。进一步，所述步骤B、步骤C以及步骤D中使用离子镀工艺沉积形成金属钛层、氮化镍层以及金属银层。进一步，执行所述步骤A后晶圆的厚度为100μm至200μm。进一步，所述步骤C中，氮气流量为3sccm至15sccm。进一步，所述步骤D中，离子镀的功率为1000W至3000W。进一步，所述步骤D中采用通入氩气对晶圆进行冷却，其中，氩气流量为100sccm至400sccm，通入时间为10sec至40sec。进一步，所述步骤D中，保持沉积金属银层后的晶圆温度低于预定温度，且不低于沉积金属银层时晶圆的起始温度；其中，所述预定温度为200摄氏度，起始温度为100摄氏度。采用本专利技术提供的晶圆背面金属化的方法，在金属钛层表面形成氮化镍层以改善作为缓冲层的金属镍层的热膨胀系数，并将现有技术中通过一次物理气相沉积的金属银层的工艺改为通过循环多次的沉积、冷却分步形成金属银层，并在每步沉积金属银时保持晶圆的温度不高于预定温度，减小了由于晶圆在沉积过程中温度过高导致的晶圆背面金属层受热膨胀，进而导致晶圆翘曲的问题，提高了产品的良率。附图说明图1为现有典型的功率半导体器件晶圆背面金属化结构示意图；图2为本申请一种晶圆背面金属化方法的流程图；图3a为现有技术进行金属层沉积时晶圆温度随时间变化曲线图；图3b为本专利技术进行金属层沉积时晶圆温度随时间变化曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术是基于以下构思实现的：对于现有技术中产生晶圆翘曲的问题，主要是由于晶圆在进行化学机械研磨后过薄，以及晶圆背面金属化时沉积金属层综合导致的。对于晶圆进行化学机械研磨导致的翘曲，在保障半导体器件小型化需求的前提下是难以避免的，而在晶圆背面沉积金属层导致晶圆翘曲的原因如下：在使用物理气相沉积工艺进行金属层沉积的过程中，晶圆的温度会变的很高，以离子镀为例，晶圆受到离子束的撞击而获得能量，使自身温度以及晶圆表面已形成的金属层温度均升高，而温度的升高导致各金属层根据每层材料的热膨胀系数不同而具有不同程度的延展，即热膨胀，由于各金属层不均衡的延展导致晶圆翘曲，而且金属沉积的过程中在已有各金属层出现热膨胀的基础上继续沉积金属更会加剧晶圆的翘曲。基于上述原因，为了减小在晶圆背面沉积金属层导致晶圆翘曲的问题，可以通过均衡晶圆背面金属层与层之间的热膨胀差异，且降低晶圆在进行金属化过程中出现的高温两个方向上进行解决。如图2所示流程图，本专利技术提供了一种晶圆背面金属化的方法，包括：步骤A：对晶圆背面进行化学机械研磨以平坦化；步骤B：通过物理气相沉积在所述晶圆背面形成金属钛层；步骤C：在氮气的氛围下进行物理气相沉积，以在金属钛层表面形成氮化镍层；步骤D：在所述氮化镍层表面通过物理气相沉积形成金属银层，当晶圆温度到达预定温度时停止沉积，并对晶圆进行冷却；步骤E：循环执行步骤D以使金属银层的厚度达到预定厚度。为了对本专利技术进行详细说明，提出以下一种晶圆背面金属化方法的典型实施例。结合图1所示的晶圆背面金属化结构，包括依次形成于晶圆背面的金属钛层、金属镍层和金属银层，作为本领域人员公知的之所以在金属银层和金属钛层之间形成金属镍层是源于金属镍的热膨胀系数为12.7×10-6（25摄氏度），其介于金属钛（热膨胀系数为8.5×10-6）和金属银（热膨胀系数为19.3×10-6）之间，因此以金属镍层作为缓冲层，以期望使得金属层之间的热膨胀系数均匀过渡，减少由于各金属层热膨胀系数非均匀过渡导致晶圆翘曲。但是单纯使用金属镍层作为缓冲层仍需改善才能作为理想的缓冲层，因此，在本专利技术中，当通过物理气相沉积在晶圆背面形成金属钛层后，在氮气的氛围下进行物理气相沉积，以在金属钛层表面形成氮化镍层，由此改善作为缓冲层的金属镍层的热膨胀系数。在本实施例中，以八寸晶圆为例，当进行化学机械研磨以平坦化后，晶圆的厚度为100μm至200μm，优选在氮气的氛围下进行离子镀，以在金属钛层表面形成氮化镍层时的氮气流量为3sccm至15sccm。参照图1，在现有技术中，金属化晶圆背面时需要将金属银层做的最厚，这也就意味着，在进行金属钛、镍、银沉积的过程中沉积银所需要更高的能量，而沉积银的过程会使得晶圆的温度变化最高。如图3a所示，在一次性物理气相沉积金属钛、镍、银的过程中晶圆的温度随时间的变化，可以看出，在沉积金属银的过程中，晶圆温度的最低值与晶圆温度的最高值之间的差值ΔT3明显高于沉积金属钛、金属镍时的温度差值ΔT1和ΔT2，而温度差越高就代表了沉积过程中金属层更多的延展（热膨胀），进而导致晶圆翘曲的曲率更加严重。鉴于此，本专利技术在进行金属银的沉积时将现有技术中一次物理气相沉积形成金属银层的工艺修改为通过循环多次的沉积、冷却分步形成金属银层。具体的，在形成氮化镍层后，在氮化镍层表面通过离子镀形成金属银层，当晶圆温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆背面金属化的方法，包括：步骤A：对晶圆背面进行化学机械研磨以平坦化；步骤B：通过物理气相沉积在所述晶圆背面形成金属钛层；步骤C：在氮气的氛围下进行物理气相沉积，以在金属钛层表面形成氮化镍层；步骤D：在所述氮化镍层表面通过物理气相沉积形成金属银层，当晶圆温度到达预定温度时停止沉积，并对晶圆进行冷却；步骤E：循环执行步骤D以使金属银层的厚度达到预定厚度。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆背面金属化的方法，包括：
步骤A：对晶圆背面进行化学机械研磨以平坦化；
步骤B：通过物理气相沉积在所述晶圆背面形成金属钛层；
步骤C：在氮气的氛围下进行物理气相沉积，以在金属钛层表面形成氮化镍层；
步骤D：在所述氮化镍层表面通过物理气相沉积形成金属银层，当晶圆温度到达
预定温度时停止沉积，并对晶圆进行冷却；
步骤E：循环执行步骤D以使金属银层的厚度达到预定厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B、步骤C以及步骤D
中使用离子镀工艺沉积形成金属钛层、氮化镍层以及金属银层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，执行所述步骤A后晶圆的厚度为
10...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，闫晓多，麻冰欣，刘杰，欧阳东，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：