一种扩散片退火工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种扩散片退火工艺，首先选择厚度范围为150～200μm的扩散片作为衬底，通过表面清洗并注入N型离子，经炉管完全退火形成一定的扩散注入曲线，推结形成第一缓冲层；其次在扩散片正面依次完成N‑衬底层和正面金属层；再次将扩散片翻转180度，对扩散片背面进行研磨至设定厚度，再进行表面抛光处理和表面化学修复；然后依次进行N型离子掺杂和P型离子掺杂注入和至少一次的激光退火制程，形成第二缓冲层和P层；最后经过背金工艺完成扩散片背面金属层。本发明专利技术将扩散片与激光退火工艺优势互补，不仅满足了FS‑IGBT背面工艺的薄片需求，获得相似地电性能参数，同时简化了工艺流程，降低了制造成本。

【技术实现步骤摘要】
一种扩散片退火工艺
本专利技术涉及退火
，具体涉及一种扩散片退火工艺。
技术介绍
IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)作为新型功率半导体器件，是功率半导体器件第三次技术革命的代表性产品，广泛应用于轨道交通、航空航天、船舶驱动、智能电网、新能源、交流变频、风力发电、电机传动、汽车等强电控制等产业领域。它问世近三十年，国内业内已做到8英寸晶圆、6500伏的高水平。由于它在强电领域广泛应用，专业人士已十分了解。从技术角度上看，IGBT技术含量高、制造难度大，这是阻碍IGBT芯片开发的主要原因之一；从制造工艺上看，其与集成电路有雷同之处，但集成电路厂没有功率电子的生产工艺，且设计思路也不一样。但就承受电压来说要达到数千伏，硅片厚度减薄至40μm及以下，远远超过了集成电路，因此需要专门的背面工艺开发设备，如高能离子注入设备，激光退火设备，Taiko减薄设备，质子辐照设备等。针对背面工艺的不断优化过程，也是新材料、新工艺的应用阶段，同时针对IGBT衬底硅材料也细分为CZ(直拉法)、FZ(水平区域熔化生长法)和扩散片工艺。IGBT的制作需要这样一种衬底材料，即在低阻P+上形成厚的高阻NBuffer层(缓冲层)，从而获得高的击穿电压和低的导通电阻，对于此种衬底材料的制作一般采用三重扩散、厚外延技术或硅片直接键合技术(SDB)，如表1所示。具体来说，三重扩散需要数十至数百小时的高温(1260℃)热扩散，这势必会引起大量的再生热缺陷，从而影响器件的电性能参数；而厚外延技术除了存在不可避免地自扩散现象以外，要获得良好的表面是十分困难的；相比较而言，SDB技术可以克服以上缺点，是一种比较理想的方法，但由于国内的SDB工艺技术的现状难以实现大批量生产，而且价格相当昂贵，鉴于IGBT卓越的功率性能和广泛的应用，采用三重扩散工艺形成的扩散片作为IGBT的衬底技术最合适，然而在制作时需要进行背面大结深退火。表1现有的FS-IGBT(场中止型IGBT)背面大结深退火方法主要有三种：第一种方法采用质子辐照加上炉管低温退火完成，可以实现10μm以上退火需求，如图1所示，为各成分浓度随深度的变化曲线，通过一次或多次质子辐照形成背面BuffN+层，其注入能量100-500KeV，300-400度退火，因此适合各种厚度的硅片，可以满足各种工艺需求，但是工艺成本高；第二种方法采用了高能离子注入和激光退火技术，适用于220μm以下薄片退火需求，可以实现了0～10μm的退火工艺需求，可以搭配不同类型激光器，工艺适应性广，退火曲线可以实现工艺精确控制，但是工艺受高能离子注入以及硅片耐温限制，工艺成本适中；第三种方法采用扩散片工艺，一般适用于220μm以上厚片退火需求，可以实现10μm以上退火需求，因其厚NBuffer(缓冲层)通过扩散工艺形成，工艺成本最低，但是电性能参数较前两种技术方法有差距。
技术实现思路
本专利技术提供了一种扩散片退火工艺，以解决现有技术中存在的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种扩散片退火工艺，包括以下步骤：S1:选择厚度范围为150～200μm的扩散片作为衬底，通过表面清洗并注入N型离子，经炉管完全退火形成一定的扩散注入曲线，推结形成第一缓冲层；S2:在扩散片正面依次完成N-衬底层和正面金属层；S3:将扩散片翻转180度，对扩散片背面进行研磨至设定厚度，再进行表面抛光处理和表面化学修复；S4:依次进行N型离子掺杂和P型离子掺杂注入和至少一次的激光退火制程，形成第二缓冲层和P层；S5:经过背金工艺完成背面金属层。进一步的，所述步骤S1中，所述扩散注入曲线为N型离子的掺杂浓度和推结深度的关系曲线，所述推结深度为扩散片厚度的1/4～3/4。进一步的，所述步骤S2中，通过离子化金属等离子体工艺控制获得正面工艺所需N-衬底。进一步的，所述步骤S3中，对扩散片进行表面抛光处理和表面化学修复后，最终的厚度为100～150um。进一步的，所述步骤S4中，当注入的范围小于2um时，在P型离子掺杂注入后进行一次激光退火。进一步的，所述步骤S4中，先在0.5～2μm范围内进行N型离子掺杂，在衬底上追加形成第二缓冲层，接着在0～0.5μm范围内进行P型离子掺杂，然后进行一次激光退火。进一步的，所述激光退火采用绿光波长的激光实现N型和P型峰值轮廓及原位不推结退火。进一步的，所述步骤S4中，当注入的范围大于2um时，在N型离子掺杂和P型离子掺杂注入后分别进行一次激光退火。进一步的，所述步骤S4中，先在0.5～5μm的范围内进行N型离子掺杂，在衬底上追加形成第二缓冲层，并进行第一次激光退火，接着在0～0.5μm的范围内进行P型离子掺杂，并进行第二次激光退火。进一步的，所述第一次激光退火采用绿光波长的激光和红外波长激光相结合，实现N型峰值轮廓及原位不推结退火。进一步的，所述第二次激光退火采用绿光波长的激光退火，实现N型峰值轮廓及原位不推结退火。本专利技术提供的扩散片退火工艺，首先选择厚度范围为150～200μm的扩散片作为衬底，通过表面清洗并注入N型离子，经炉管完全退火形成一定的扩散注入曲线，推结形成第一缓冲层；其次在扩散片正面依次完成N-衬底和正面金属层；再次将扩散片翻转180度，对扩散片背面进行研磨至设定厚度，再进行表面抛光处理和表面化学修复；然后依次进行N型离子掺杂和P型离子掺杂注入和至少一次的激光退火制程，形成第二缓冲层和P层；最后经过背金工艺完成扩散片背面金属层。本专利技术将扩散片与激光退火工艺优势互补，深层区域采用扩散片工艺，浅层区域采用P型离子掺杂激光退火，中层灵活加入N型离子掺杂作为第二缓冲层，既可以增加BV(击穿电压)，同时可以通过浓度控制调节Vce(导通电压)参数，不仅满足了FS-IGBT背面工艺的薄片需求，获得相似地电性能参数，同时简化了工艺流程，降低了制造成本。附图说明图1是现有技术质子辐照加炉管的退火曲线；图2是本专利技术扩散片退火工艺炉管完全退火后形成的扩散注入曲线图；图3a是本专利技术扩散片退火工艺中形成第一缓冲层的示意图；图3b是本专利技术扩散片退火工艺中形成N-衬底的示意图；图3c是本专利技术扩散片退火工艺中形成正面金属层的示意图；图3d是本专利技术扩散片退火工艺中扩散片翻转180度的示意图；图3e是本专利技术扩散片退火工艺中形成第二缓冲层的示意图；图3f是本专利技术扩散片退火工艺中形成P层的示意图；图3g是本专利技术扩散片退火工艺中形成背面金属层的示意图；图4是本专利技术扩散片退火工艺的流程图。图2-4中所示：1、衬底；2、第一缓冲层；3、N-衬底层；4、正面金属层；5、第二缓冲层；6、P层；7、背面金属层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细描述：如图4所示，本专利技术提供了一种扩散片退火工艺，包括以下步骤：S1:选择厚度范围为150～200μm的扩散片作为衬底1，通过表面清洗并注入N型离子，经炉管完全退火形成一定的扩散注入曲线，推结形成第一缓冲层2，即N+杂质层，如图3a所示；具体的，该扩散注入曲线为N型离子的掺杂浓度和推结深度的关系曲线，如图2所示，该推结深度为扩散片厚度的1/4～3/4，本实施例中，当扩散片的厚度为150um时，推结深度为50～100μm，当扩散片的厚度为200um本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩散片退火工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1:选择厚度范围为150～200μm的扩散片作为衬底，通过表面清洗并注入N型离子，经炉管完全退火形成扩散注入曲线，推结形成第一缓冲层；S2:在扩散片正面依次形成N‑衬底层和正面金属层；S3:将扩散片翻转180度，对扩散片背面进行研磨至设定厚度，再进行表面抛光处理和表面化学修复；S4:在扩散片背面依次进行N型离子掺杂和P型离子掺杂和至少一次的激光退火制程，形成第二缓冲层和P层；S5:经过背金工艺完成背面金属层。

【技术特征摘要】
1.一种扩散片退火工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1:选择厚度范围为150～200μm的扩散片作为衬底，通过表面清洗并注入N型离子，经炉管完全退火形成扩散注入曲线，推结形成第一缓冲层；S2:在扩散片正面依次形成N-衬底层和正面金属层；S3:将扩散片翻转180度，对扩散片背面进行研磨至设定厚度，再进行表面抛光处理和表面化学修复；S4:在扩散片背面依次进行N型离子掺杂和P型离子掺杂和至少一次的激光退火制程，形成第二缓冲层和P层；S5:经过背金工艺完成背面金属层。2.根据权利要求1所述的扩散片退火工艺，其特征在于，所述步骤S1中，所述扩散注入曲线为N型离子的掺杂浓度和推结深度的关系曲线，所述推结深度为扩散片厚度的1/4～3/4。3.根据权利要求1所述的扩散片退火工艺，其特征在于，所述步骤S2中，通过离子化金属等离子体工艺控制获得正面工艺所需N-衬底层。4.根据权利要求1所述的扩散片退火工艺，其特征在于，所述步骤S3中，对扩散片进行表面抛光处理和表面化学修复后，最终的厚度为100～150um。5.根据权利要求1所述的扩散片退火工艺，其特征在于，所述步骤S4中，当注入的范围小于2um时，在P型离子掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：周炯，李志丹，张俊，
申请(专利权)人：上海微电子装备集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31