Igbt背面金属化的改善方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种IGBT背面金属化的 改善方法。
【背景技术】
[0002] 绝缘栅双极型晶体管（IGBT，InsulatedGateBipolarTransistor)，是由双极型 三极管（BJT)和绝缘栅型场效应管（M0SFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器 件，兼有M0SFET的高输入阻抗和电力晶体管（GTR)即耐高电压、大电流的双极结型晶体管 的低导通压降两方面的优点。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流 电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
[0003] 对于IGBT工艺来讲，能够形成良好的背面金属接触对降低导通电压非常重要。尤 其是在新型的场中止（FieldStop，FS)型IGBT产品上，由于背面注入浓度低，如果背金不 良，会导致接触电阻过大的问题。
[0004] 如图1所示，现有IGBT的结构示意图；IGBT的正面图形工艺包括元胞区和耐压保 护区，耐压保护区围绕在元胞区的周侧。所述元胞区形成有IGBT的单元结构，所述IGBT的 单元结构包括：
[0005]P阱104,P阱104形成在衬底101的正面。
[0006] 多晶硅栅102,所述多晶硅栅102和所述P阱104之间隔离有栅氧化层103。
[0007] 发射区105,由形成于所述P阱104表面的N型重掺杂区组成，被所述多晶硅栅102 覆盖的所述P阱104表面用于形成连接所述发射区105和所述N型漂移区的沟道。发射区 105也即IGBT中的M0S器件的源区。
[0008]P阱引出区105,由P型重掺杂区组成；所述P阱引出区105穿过所述发射区105 进入到所述P阱104中，所述P阱引出区105同时和所述发射区105和所述P阱104接触。
[0009] 正面金属层109,栅极和发射极分别由正面金属层109组成，栅极通过穿过层间膜 107的接触孔108和所述多晶硅栅102接触，发射极通过接触孔108和所述P阱引出区105 接触。
[0010] 背面图形包括由背面P型重掺杂离子注入形成P型注入层111，由所述P型注入 层111组成IGBT的集电区；对所述P型注入层111进行激光退火激活；并在所述衬底101 的背面形成背面金属层112,背面金属层112作为集电极。背面金属层112 -般由Al、Ti、 Ni和Ag叠加形成。
[0011] 现有方法中，对于新型的FS型IGBT，所述P型注入层的杂质为硼的注入剂量已 经达到lE12cnT2?lE13cnT2,和背面金属层112的铝形成的接触电阻非常大，远远大于正 常IGBT器件的导通电阻。现有方法中是通过对所述背面金属层112进行烤箱烘干（oven bake)来解决错和P型注入层的娃的接触电阻的问题，但是现有ovenbake工艺同时也带来 背面金属脱落（peeling)的问题。
[0012] Oven bake及金属peeling的原理：
[0013] OvenBake改善接触电阻：高温处理使金属铝和硅之间形成更好更紧密的接触。
[0014] 现有ovenbake工艺中往往通过增加处理的温度如200°C以上的高温一般为 350°C，以及增加处理时间如1小时以上，也即通过增加处理温度和时间来保证金属铝和硅 之间具有较好的接触电阻。
[0015] 但是现有的长时间的高温处理的ovenbake会导致的金属peeling:ovenBake使 金属Ag的晶粒尺寸（grainsize)变大，这样金属Ag的晶粒之间的缝隙也会变大,氧会通 过细小的缝隙到达金属Ni的表面使之氧化，使Ni和Ag的附着力变小，导致Ag脱落。
[0016] 所以，如何当背面P型注入层的硼杂质浓度减少时，使背面金属铝能够保持和硅 形成良好的接触，同时又不会产生背面金属脱离成为本领域技术人员重要研究课题。
【发明内容】
[0017] 本发明所要解决的技术问题是提供一种IGBT背面金属化的改善方法，能形成良 好的背面接触，同时能避免产生背面金属的脱落，提高产品的性能和良率。
[0018] 为解决上述技术问题，本发明提供的IGBT背面金属化的改善方法包括如下步骤：
[0019] 步骤一、在硅衬底的正面完成正面图形工艺。
[0020] 步骤二、在所述硅衬底背面依次完成背面减薄工艺、背面注入工艺和激光退火工 艺。
[0021] 步骤三、采用DHF清洗液对所述硅衬底背面进行DHF清洗，该DHF清洗用于去除所 述硅衬底背面的自然氧化层以及在步骤一和二中形成的缺陷，所述DHF清洗的时间参数根 据后续形成的背面金属层的A1和所述硅衬底背面的硅形成的接触电阻来确定，要求保证 所述接触电阻满足要求。
[0022] 步骤四、在进行了所述DHF清洗后的所述硅衬底背面形成由Al、Ti、Ni和Ag叠加 形成的所述背面金属层。
[0023] 步骤五、进行烤箱烘干工艺，所述烤箱烘干工艺的温度条件、时间条件和气氛条件 根据所述背面金属层的A1和所述硅衬底背面的硅形成的接触电阻以及防止所述背面金属 层的Ag脱落两个条件来确定；在保证所述接触电阻满足要求的条件下，通过降低所述烤箱 烘干工艺的温度、时间或气氛中的氧浓度来防止所述背面金属层的Ag脱落。
[0024] 进一步的改进是，所述DHF清洗液为体积比为1:100的HF和H202混合液。
[0025] 进一步的改进是，所述DHF清洗的时间为大于30秒。
[0026] 进一步的改进是，当通过调节所述DHF清洗的时间使所述接触电阻达到最低值 后，所述DHF清洗的时间不再增加以提高清洗效率。
[0027] 进一步的改进是，步骤四中所述背面金属层的A1的厚度为2KA,Ti的厚度为2KA, Ni的厚度为2KA，Ag的的厚度为8KA。
[0028] 进一步的改进是，步骤五中所述烤箱烘干工艺的温度小于200°C，时间小于1小 时，气氛中的氧的体积比浓度小于1%。
[0029] 进一步的改进是，步骤五中所述烤箱烘干工艺的温度小于150°C?200°C，时间为 20分钟?30分钟，气氛为氮气。
[0030] 进一步的改进是，步骤二中的所述背面注入工艺包括形成P型注入层的注入， 由所述P型注入层组成IGBT的集电区，所述P型注入层的注入杂质为硼，注入剂量为lE12cm2 ?lE13cm2〇
[0031] 进一步的改进是，所述正面图形工艺包括元胞区和耐压保护区。
[0032] 进一步的改进是，所述元胞区形成有IGBT的单元结构，所述IGBT的单元结构包 括：
[0033] 多晶硅栅，所述多晶硅栅和所述P阱之间隔离有栅氧化层。
[0034] 发射区，由形成于所述P阱表面的N型重掺杂区组成，被所述多晶硅栅覆盖的所述 P阱表面用于形成连接所述发射区和所述N型漂移区的沟道。
[0035] P阱引出区，由P型重掺杂区组成；所述P阱引出区穿过所述发射区进入到所述P 阱中，所述P阱引出区同时和所述发射区和所述P阱接触。
[0036] 正面金属层，栅极和发射极分别由正面金属层组成，栅极通过接触孔和所述多晶 硅栅接触，发射极通过接触孔和所述P阱引出区接触。
[0037] 本发明通过在背面金属层形成前增加DHF清洗工艺，通过背面金属层的A1和硅的 接触电阻来调节DHF清洗工艺，使得通过DHF清洗工艺来保证背面金属层的A1和硅的接触 电阻能够得到减小，这样通过DHF清洗工艺结合后续的烤箱烘干工艺能够使得采用较低的 温度和时间的烤箱烘干工艺就能使背面金属层的A1和硅的接触电阻达到要求，而较低的 烤箱烘干工艺的温度、时间或气氛中的氧浓度能防止背面金属层的Ag脱落，所以本发明通 过增加DHF清洗工艺并通过DHF清洗工艺和烤箱烘干工艺的参数的调节能够形成良好的背 面接触，同时能避免产生背面金属的脱落，提高产品的性能和良率。
【附图说明】
[0038] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明：
[0039] 图1是现有方法形成的IGBT的结构示意图；
[0040] 图2是本发明实施例方法的流程图；
[0041] 图3是本发明实施例方法形成的IGBT器件在烤箱烘干工艺前后的Vcesat即集电 极和发射极饱和电压的比较曲线。
【具体实施方式】
[0042] 如图2所示，是本发明实施例方法的流程图；本发明实施例方法形成的IGBT的器 件结构请参考图1所示，本发明实施例IGBT背面金属化的改善方法包括如下步骤：
[0043] 步骤一、在硅硅衬底101的正面完成正面图形工艺。
[0044] 如图1所示，IGBT的正面图形工艺包括元胞区和耐压保护区，耐压保护区围绕在 元胞区的周侧。所述元胞区形成有I