垂直传导半导体器件制造技术

本公开的实施例提供一种垂直传导半导体器件，包括：具有前侧和后侧的硅衬底；前侧结构，设置在所述基板的前侧上，在所述前侧处具有至少一个电流传导区域；以及后侧金属结构，其设置在所述基板的后侧上，与所述基板电接触并由金属层的堆叠构成。所述后侧金属结构由以下形成：第一金属层；硅化物区，介于所述衬底的后侧与所述第一金属层之间，并与所述后侧电接触；以及设置在所述第一金属层上的第二金属层。利用本公开的实施例有利地确保与衬底的良好电接触。好电接触。好电接触。

【技术实现步骤摘要】
垂直传导半导体器件


[0001]本解决方案涉及用于半导体器件的改进的后侧接触结构。

技术介绍

[0002]若干垂直传导半导体器件，特别是用于功率应用的硅基器件，在后侧或后侧上具有接触件或金属化；例如，VDMOS(垂直双扩散金属氧化物半导体)类型的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)晶体管器件或IGBT(绝缘栅双极晶体管)类型的晶体管器件是已知的，其中电流沿器件中的垂直方向流向后侧上的电接触件。
[0003]在这点上，仅作为示例，图1以截面图示出了具有平面构造的IGBT(绝缘栅双极晶体管)晶体管器件1，其包括晶片1'，晶片1' 包括例如具有P
+
型掺杂的硅的衬底2并且具有前侧2a和后侧2b。
[0004]N
+
型硅的缓冲层4形成在衬底2的前侧2a上，N
－
型掺杂硅的漂移层6形成在缓冲层4上并与其接触。漂移层6在其顶面6a处容纳体区8，该体区8在漂移层6中从顶面6a开始在深度上延伸并且通过注入P型掺杂剂种类而形成。在体区8中，通过注入N型掺杂剂物质形成源区10，以形成在体区8中从顶面6a开始延伸的具有N
+
掺杂的区。
[0005]IGBT晶体管器件1还包括形成在漂移层6的顶面6a上的前侧金属层12，其与体区8直接接触，并且部分与源极区10直接接触。具有IGBT晶体管器件1的发射极接触件功能的前侧金属层12通过绝缘材料14和导电材料16的重堆叠与体区8的外部部分(顶视图中的外部)分离，使得例如多晶硅的导电层16通过相应的绝缘材料层14 与顶面6a以及前侧金属层12电绝缘，从而形成IGBT晶体管器件1 的栅极结构18。
[0006]特别地，在衬底2的后侧2b上，形成后侧金属结构19，其与衬底2直接电接触，在这种情况下构成IGBT晶体管器件1的集电极接触。
[0007]用于提供垂直传导半导体器件的后侧金属结构的普通解决方案设想了三个或四个金属层的堆叠，其典型地通过PVD(物理气相沉积)技术例如通过溅射技术顺序地获得而没有真空中断。
[0008]特别是：被布置为与硅衬底直接接触的例如铝(Al)的第一金属层保证与同一衬底的电接触；与上述第一层重叠的例如钛(Ti) 的第二金属层构成防止扩散的阻挡层；与上述第二层重叠的例如镍－钒(NiV)的第三金属层构成用于例如耦合到封装的支撑件(例如所谓的引线框)的有源焊接层，在所述封装中封装有半导体器件；与第三层重叠的第四金属层，例如银(Ag)，用作防止氧化。
[0009]最近用于硅基半导体器件的功率应用，特别是在汽车领域或其他工业领域中，使晶片变薄，例如甚至低至40μm，并且增加同一晶片后侧上的金属堆叠的总厚度。
[0010]关于后侧金属堆叠的问题是在晶片上引起的高弯曲，特别是在薄晶片(<100μm)的情况下，这导致在最终制造步骤中的处理问题和所得器件的可靠性问题，以及可能的故障或良品率下降。
[0011]此外，对于一些器件，建立良好的电接触涉及昂贵且非生产性的方法，以限制在后
侧金属堆叠的形成中所涉及的每个沉积步骤中晶片所达到的温度。
[0012]例如，如果与衬底的电接触是通过铝层实现的，则由硅在铝中的扩散引起的所谓的尖峰过程起到了重要的作用，从而在硅的表面中产生空隙，这些空隙被铝快速地填充，并且特别地通过在晶片的后表面上产生的“尖峰”的分布和密度来实现；该工艺利用高温，随后由后侧金属化在晶片上引起高应力，例如具有约180MPa的值。
[0013]迄今为止用于减少上述突出问题的解决方案在于通过采用具有重复和交替的沉积和冷却步骤的多步骤沉积技术来限制由沉积(例如溅射)工艺引起的热应力，直到达到所需的堆叠总厚度(例如根据封装需要)。
[0014]然而，本申请人已经发现，当前使用的解决方案具有一些限制并且具有一些缺点，特别是由于生产效率的降低(甚至相当大)，以及由金属堆叠引起的应力的不充分管理。

技术实现思路

[0015]本公开的实施例提供了一种垂直传导半导体器件，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
[0016]本公开的一方面提供了一种垂直传导半导体器件，包括：硅衬底，具有前侧和后侧；前侧结构，在硅衬底的前侧上，前侧结构在相应的前侧处具有至少一个电流传导区域；以及后侧金属结构，在硅衬底的后侧上，后侧金属结构与硅衬底电接触，并且包括重叠的金属层堆叠，后侧金属结构包括：第一金属层；硅化物区，在硅衬底的后侧与第一金属层之间，并且与硅衬底的后侧电接触；以及第二金属层，在第一金属层上。
[0017]根据一个或多个实施例，其中后侧金属结构仅由堆叠在硅化物区上的第一金属层和第二金属层构成。
[0018]根据一个或多个实施例，其中第一金属层包括镍，并且硅化物区是硅化镍区。
[0019]根据一个或多个实施例，其中第一金属层是镍钒金属层。
[0020]根据一个或多个实施例，其中第二金属层包括银或金。
[0021]根据一个或多个实施例，其中第一金属层具有的厚度在300nm和 700nm之间，第二金属层具有的厚度在150nm和500nm之间，并且硅化物区具有的厚度小于第一金属层的厚度以及第二金属层的厚度。
[0022]根据一个或多个实施例，其中器件被配置用于功率应用，并且前侧结构包括至少一个IGBT晶体管。
[0023]根据一个或多个实施例，其中镍钒金属层中的钒的浓度在5wt％和8wt％之间。
[0024]利用本公开的实施例有利地确保与衬底的良好电接触。
附图说明
[0025]为了更好地理解本解决方案，现在仅通过非限制性示例并参考附图来描述其实施例，其中：
[0026]图1是IGBT晶体管的示意性截面图；
[0027]图2A－2B是根据本解决方案的实施例的半导体器件在相应制造工艺的连续步骤中的示意性截面图；
[0028]图3是图2A和2B的半导体器件的一部分的放大截面图；以及
[0029]图4A、图4B、图4C和图4D是关于图3中所说明的半导体装置的部分的内容的图，每一图的元件。
具体实施方式
[0030]如将在下文中详细描述的，本解决方案的一个方面设想在半导体器件，特别是硅基半导体器件，例如用于功率应用的器件的衬底或晶片的后侧上的后侧金属结构(或堆叠)的替换实施例。
[0031]该备选实施例设想在衬底的前述后侧上仅重叠两个金属层。
[0032]特别地，在这种情况下，与衬底接触的第一金属层本身构成活性焊接层，并且通过沉积技术和沉积工艺(特别是PVD)形成，以确保同时形成硅化物区，该硅化物是由金属和硅的原子形成的二元化合物，与衬底直接接触。该硅化物区确保与衬底的良好电接触，并且还确保良好的机械强度。
[0033]因此，在该解决方案中，在第一金属层上仅一个第二金属层就足够了，该第二金属层具有防止氧化的功能，而且与第一金属层一起形成用于封装半导体器件的所需厚度(上述第一金属层和第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直传导半导体器件，其特征在于，包括：硅衬底，具有前侧和后侧；前侧结构，在所述硅衬底的所述前侧上，所述前侧结构在相应的前侧处具有至少一个电流传导区域；以及后侧金属结构，在所述硅衬底的所述后侧上，所述后侧金属结构与所述硅衬底电接触，并且包括重叠的金属层堆叠，所述后侧金属结构包括：第一金属层；硅化物区，在所述硅衬底的所述后侧与所述第一金属层之间，并且与所述硅衬底的所述后侧电接触；以及第二金属层，在所述第一金属层上。2.根据权利要求1所述的垂直传导半导体器件，其特征在于，所述后侧金属结构仅由堆叠在所述硅化物区上的所述第一金属层和所述第二金属层构成。3.根据权利要求1所述的垂直传导半导体器件，其特征在于，所述第一金属层包括镍，并且所述硅化物区是硅化镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：