晶圆背面金属化的方法
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】晶圆背面金属化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体【技术领域】，尤其涉及一种晶圆背面金属化的方法。
【背景技术】
[0002]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。
【发明内容】
[0003]本发明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。
[0004]为解决上述问题，本发明提供了一种晶圆背面金属化的方法，包括:
[0005]步骤A:对晶圆背面进行化学机械研磨以平坦化；
[0006]步骤B:通过物理气相沉积在所述晶圆背面形成金属钛层；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]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。
[0011 ] 进一步,执彳丁所述步骤A后晶圆的厚度为100 μ m至200 μ m。
[0012]进一步,所述步骤C中,氮气流量为3sccm至15sccm。
[0013]进一步，所述步骤D中，离子镀的功率为1000W至3000W。
[0014]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IOOsccm至400sccm,通入时间为IOsec至40sec。
[0015]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。
[0016]采用本发明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。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]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；
[0018]图2为本申请一种晶圆背面金属化方法的流程图；
[0019]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；
[0020]图3b为本发明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】
[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
[0022]本发明是基于以下构思实现的:
[0023]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:
[0024]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。
[0025]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。
[0026]如图2所示流程图，本发明提供了一种晶圆背面金属化的方法，包括:
[0027]步骤A:对晶圆背面进行化学机械研磨以平坦化；
[0028]步骤B:通过物理气相沉积在所述晶圆背面形成金属钛层；
[0029]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；
[0030]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；
[0031]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。
[0032]为了对本发明进行详细说明，提出以下一种晶圆背面金属化方法的典型实施例。
[0033]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12.7X10_6 (25摄氏度)，其介于金属钛(热膨胀系数为8.5X 10_6)和金属银(热膨胀系数为19.3X10_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，在本发明中，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。
[0034]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100 μ m至200 μ m,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。
[0035]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。
[0036]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ΛΤ3明显高于沉积金属钛、金属镍时的温度差值Λ Tl和Λ Τ2，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。
[0037]鉴于此，本发明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，当晶圆温度到达预定温度时停止沉积，并对晶圆进行冷却；循环执行上述步骤以使金属银层的厚度达到预定厚度。通过上述手段，使晶圆在沉积金属银层的过程中处于一个非高温的范围，进而减小由于晶圆温度高时继续沉积金属层对晶圆翘曲的影响。
[0038]仍以上述的八寸晶圆为例，当形成氮化镍层后，使用离子镀在1000W至3000W的功率下进行离子镀，当晶圆温度达到200摄氏度时，停止沉积，并通入流量为lOOsccm至400sccm的IS气,通入时间为IOsec至40sec,使晶圆温度下降,然后循环执行,直至沉积的金属银层厚度达到预定厚度。如图3b所示，上述步骤可保持晶圆温度始终处于非高温的范围内，作为优选的，为了保证每次循环的一致性，使用氩气冷却的晶圆温度不低于沉积金属银层时晶圆的起始温度，在本实施例中，所述起始温度为100摄氏度。
[0039]需要说明的是，由于半导体器件具体结构的不同，制造过程中工艺、设备等存在差异，本领域技术人员可根据具体情况进行调整工艺参数。
[0040]综上所述，本发明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，提闻了广品的良率。
[0041]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【权利要求】
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ΙΟΟμπι至 200 μ m。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，氮气流量为3sCCm至15sccm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤D中，离子镀的功率为1000W至3000W。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤D中采用通入氩气对晶圆进行冷却，其中，気气流量为IOOsccm至400sccm,通入时间为IOsec至40sec。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，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。
【文档编号】H01L21/02GK103811293SQ201210442362
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2012年11月7日
【发明者】张伟, 闫晓多, 麻冰欣, 刘杰, 欧阳东 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司