本发明涉及退火技术领域，具体涉及一种扩散片退火工艺。
背景技术：
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，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N Buffer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Buff N+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N Buffer(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。
技术实现要素：
本发明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，本发明的技术方案是：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。
本发明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。本发明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是本发明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是本发明扩散片退火工艺中形成第一缓冲层的示意图；
图3b是本发明扩散片退火工艺中形成N-衬底的示意图；
图3c是本发明扩散片退火工艺中形成正面金属层的示意图；
图3d是本发明扩散片退火工艺中扩散片翻转180度的示意图；
图3e是本发明扩散片退火工艺中形成第二缓冲层的示意图；
图3f是本发明扩散片退火工艺中形成P层的示意图；
图3g是本发明扩散片退火工艺中形成背面金属层的示意图；
图4是本发明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
下面结合附图对本发明作详细描述：
如图4所示，本发明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时，推结深度为50～150μm。
S2:在扩散片正面依次形成N-衬底层3和正面金属层4；具体的，通过离子化金属等离子体(IMP)工艺控制获得正面工艺所需的N-衬底层3，如图3b-3c所示。
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，如图3d所示，经过表面抛光处理和表面化学修复后厚度为100～150um，避免扩散片过厚而增加了功耗。
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5和P层6；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，具体的，如图3e-3f所示，先在0.5～2μm范围内进行N型离子掺杂，在衬底1上追加形成第二缓冲层5，即N buffer单峰，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，形成P层6，该激光退火过程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；当离子注入的范围大于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，具体的，先在0.5～5μm的范围内进行N型离子掺杂，在衬底1上追加形成第二缓冲层5，即N buffer单峰，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，形成P层6，其中，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，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。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5，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。
S5:经过背金工艺完成背面金属层7，如图3g所示。
文中N型离子采用氮，P型离子采用磷。
综上所述，本发明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；其次在扩散片正面依次完成N-衬底层3和正面金属层4；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5和P层6；最后经过背金工艺完成扩散片背面金属层7。本发明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5，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。
虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。