压接式igbt的正面金属工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种压接式IGBT的正面金属工艺，包括步骤：在层间介质层上淀积第一正面金属层；对第一正面金属层作湿法刻蚀，在层间介质层上形成上宽下窄的第一凹槽；在当前结构的所有表面上淀积阻挡层，并将需要形成厚金属的区域处的阻挡层窗口打开；对窗口打开后暴露出的第一正面金属层表面作淀积前的预处理，去除掉氧化层；在当前结构的所有表面上淀积第二正面金属层；对第二正面金属层作湿法刻蚀，在其中形成侧壁倾斜、导向第一凹槽的上宽下窄的第二凹槽；对第二凹槽再作干法刻蚀，刻穿第二正面金属层并清空第一凹槽中的金属；第一凹槽上缘处包覆的阻挡层上方形成有其底部为一定宽度的保护斜坡。本发明实现了不同布线区域的正面金属厚薄两种厚度。
【专利说明】压接式IGBT的正面金属工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造工艺【技术领域】，具体来说，本发明涉及一种压接式IGBT的正面金属工艺。
【背景技术】
[0002]绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是MOSFET和BJT的复合器件，IGBT集合了 MOSFET和Bipolar两者的优点，具有耐高电压、大电流等优点，其目前广泛地应用于电力输变送、高速列车牵引、工业驱动、清洁能源等诸多领域。
[0003]传统的IGBT采引线键合/焊接式形成模块，而压接式IGBT模块是直接压力连接，去除了易失效点，提高了可靠性；内部布置低电感及芯片之间的电感分布一致；双面散热降低了热阻；可在高温条件下安全工作。另一个显著的特点是失效短路模式时，可以在大型高压系统中提供冗余备份功能，并使其成为一种理想的串联应用器件。同时由于它有与其他晶闸管压接技术的结构兼容性，使得压接式IGBT模块提供了一个不需要改变机械设计而升级现有系统的应用机会。
[0004]但国内目前还没有压接式IGBT工艺，只有国际上少数IGBT大厂掌握该技术。而压接式IGBT工艺的难点与关键技术之一就是IGBT的正面厚金属工艺。压接式IGBT的正面金属同一层金属需要两种不同的厚度，厚的地方要大于12微米左右，而薄的地方则需要4微米左右。IGBT正面金属只有一层金属，而一层金属在不同的布线区域要形成不同的厚度，常规的金属刻蚀工艺是无法达到的。
[0005]另外，十几微米厚的金属在光刻与刻蚀工艺中都有许多难以逾越的困难。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种压接式IGBT的正面金属工艺，能够实现压接式IGBT要求的不同布线区域的正面金属一厚一薄两种厚度。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种压接式IGBT的正面金属工艺，包括步骤:
[0008]A.在完成所述压接式IGBT的前道工艺后，在层间介质层上淀积第一正面金属层，所述第一正面金属层具有第一厚度；所述层间介质层上开有一个或多个接触通孔，所述第一正面金属层的金属也向下填入所述接触通孔中；
[0009]B.在所述第一正面金属层上旋涂第一光刻胶层作为掩模层,光刻后对所述第一正面金属层进行湿法刻蚀，在所述层间介质层上形成上宽下窄的一个或多个第一凹槽；
[0010]C.在当前结构的所有表面上淀积阻挡层，并将后续需要形成厚金属的区域处的所述阻挡层窗口打开，所述第一凹槽的底部、侧壁和上缘仍包覆有所述阻挡层；
[0011 ] D.对窗口打开后暴露出的所述第一正面金属层表面进行淀积前的预处理，去除掉所述第一正面金属层表面上的氧化层；
[0012]E.在当前结构的所有表面上淀积第二正面金属层，所述第二正面金属层具有第二厚度，所述第二正面金属层的金属也向下填入所述第一凹槽和所述窗口中；
[0013]F.在所述第二正面金属层上旋涂第二光刻胶层作为掩模层，光刻后对所述第二正面金属层进行湿法刻蚀，在所述第二正面金属层中形成侧壁倾斜、导向所述第一凹槽的上宽下窄的一个或多个第二凹槽，所述第二凹槽的底部停止于所述第二正面金属层中；
[0014]G.继续以所述第二光刻胶层作为掩模层，对所述第二凹槽再进行干法刻蚀，直至刻穿所述第二正面金属层并清空所述第一凹槽中的金属；所述第一凹槽上缘处包覆的所述阻挡层上方形成有其底部具有一定宽度的保护斜坡。
[0015]可选地，形成于所述第一凹槽上缘处包覆的所述阻挡层上方的所述保护斜坡的底部宽度为I至2微米。
[0016]可选地，所述第一正面金属层的第一厚度为4微米。
[0017]可选地,所述阻挡层的材质为未掺杂的娃玻璃和氮化娃，所述未掺杂的娃玻璃位于所述阻挡层的下层，所述氮化硅位于所述阻挡层的上层。
[0018]可选地，对窗口打开后暴露出的所述第一正面金属层表面进行淀积前的预处理为射频离子轰击处理。
[0019]可选地，所述第二正面金属层的第二厚度为8微米。
[0020]可选地，所述压接式IGBT的栅极焊垫是利用所述第一正面金属层构成的。
[0021]可选地，所述压接式IGBT的发射极焊垫是利用所述第一正面金属层加上所述第二正面金属层构成的。
[0022]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0023]本发明针对不同布线区域的金属厚度不同，采取一层金属(本质上第一、第二正面金属层属于一层金属)分两次淀积。第一次根据压接式IGBT有的布线区域所需要的薄的金属厚度(如4微米左右)来淀积和形成相应的图形；接着在第一正面金属层的图形上形成阻挡层，并把压接式IGBT后续需要形成厚的金属(如12微米左右)区域处的阻挡层去掉；对揭掉阻挡层的金属区域表面进行特别处理后，然后第二次淀积金属，之后经过一次干法刻蚀和一次湿法刻蚀来实现压接式IGBT的厚的金属。
[0024]总之，本发明提供了一种压接式IGBT非常规的正面金属工艺，实现了不同布线区域的正面金属一厚一薄两种厚度，即有的焊垫下面的金属厚度达到12微米以上，而同一层金属在另外有的区域厚度则为4微米左右。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中:
[0026]图1为本发明一个实施例的正面金属工艺所实现的压接式IGBT的发射极焊垫和栅极焊垫的平面位置示意图；
[0027]图2为图1中所示实施例的正面金属工艺所实现的压接式IGBT的发射极焊垫边缘处沿A-A线的剖面结构示意图；
[0028]图3为本发明一个实施例的压接式IGBT的正面金属工艺的流程示意图；
[0029]图4至图10为本发明一个实施例的压接式IGBT的正面金属工艺的剖面工艺示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
[0031]为了接下来更清楚地说明本发明的技术方案，在此先对压接式IGBT的正面金属层的结构作一个预先介绍。图1为本发明一个实施例的正面金属工艺所实现的压接式IGBT的发射极焊垫和栅极焊垫的平面位置示意图；而图2为图1中所示实施例的正面金属工艺所实现的压接式IGBT的发射极焊垫边缘处沿A-A线的剖面结构示意图。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。请结合图1和图2来理解，压接式IGBT的正面金属(同一层金属)需要两种不同的厚度，厚的地方(作为发射极焊垫201)要大于等于12微米左右，而薄的地方(作为栅极焊垫202)则需要4微米左右。但是压接式IGBT的正面金属只有一层，而一层金属要在不同的布线区域形成不同的厚度，常规的金属刻蚀工艺是无法达到的。另外，发射极焊垫201和栅极焊垫202以外的其它地方上形成的阻挡层203，其与厚的金属层之间需要一个底部具有一定宽度的保护斜坡(如图2中的椭圆虚线所示的位置)，来对阻挡层203与厚的金属层之间形成防渗透保护(图2中未示出栅极焊垫)。
[0032]图3为本发明一个实施例的压接式IGBT的正面金属工艺的流程示意图；图4至图
10为本发明一个实施例的压接式IGBT的正面金属工艺的剖面工艺示意图。请结合图3与各步工艺的剖面图一起来理解，该正面金属工艺主要包括:
[0033]执行步骤S301，如图4所示，在完成压接式IGBT的前道工艺后，在层间介质层101上淀积第一正面金属层102,第一正面金属层102具有第一厚度(例如4微米)。层间介质层101上开有一个或多个接触通孔103，第一正面金属层102的金属也向下填入接触通孔103中。该第一正面金属层102可以被利用来构成压接式IGBT的栅极焊垫(G_pad)。
[0034]执行步骤S302，如图5所示，在第一正面金属层102上旋涂第一光刻胶层102a作为掩模层，光刻后对第一正面金属层102进行湿法刻蚀，在层间介质层101上形成上宽下窄的一个或多个第一凹槽104。
[0035]执行步骤S303，如图6所示，在当前结构的所有表面上淀积阻挡层105，并将后续需要形成厚金属的区域处的阻挡层105窗口打开，第一凹槽104的底部、侧壁和上缘仍包覆有阻挡层105。该阻挡层105的材质可以为未掺杂的硅玻璃(USG)和氮化硅(SiN)，其中未掺杂的硅玻璃位于阻挡层105的下层，厚度可以为3000埃；而氮化硅位于阻挡层105的上层，厚度可以为7000埃。
[0036]执行步骤S304,如图7所不,对窗口打开后暴露出的第一正面金属层102表面进行淀积前的预处理，去除掉第一正面金属层102表面上的氧化层。该预处理可以为射频(RF)离子轰击处理。
[0037]执行步骤S305，如图8所示，在当前结构的所有表面上淀积第二正面金属层106，第二正面金属层106具有第二厚度(例如8微米)，第二正面金属层106的金属也向下填入第一凹槽104和窗口中。
[0038]执行步骤S306，如图9所示，在第二正面金属层106上旋涂第二光刻胶层106a作为掩模层，光刻后对第二正面金属层106进行湿法刻蚀，在第二正面金属层106中形成侧壁倾斜、导向第一凹槽104的上宽下窄的一个或多个第二凹槽108，第二凹槽108的底部停止于第二正面金属层106中。
[0039]执行步骤S307，如图10所示，继续以第二光刻胶层106a作为掩模层，对第二凹槽108再进行干法刻蚀，直至刻穿第二正面金属层106并清空第一凹槽104中的金属。第一凹槽104上缘处包覆的阻挡层105上方形成有其底部具有一定宽度的保护斜坡109，该保护斜坡109的底部宽度可以为I至2微米。该第二正面金属层106加上该第一正面金属层102的部分可以被利用来构成压接式IGBT的发射极焊垫(E-pad)。
[0040]综上所述，本发明针对不同布线区域的金属厚度不同，采取一层金属(本质上第一、第二正面金属层属于一层金属)分两次淀积。第一次根据压接式IGBT有的布线区域所需要的薄的金属厚度(如4微米左右)来淀积和形成相应的图形；接着在第一正面金属层的图形上形成阻挡层，并把压接式IGBT后续需要形成厚的金属(如12微米左右)区域处的阻挡层去掉；对揭掉阻挡层的金属区域表面进行特别处理后，然后第二次淀积金属，之后经过一次干法刻蚀和一次湿法刻蚀来实现压接式IGBT的厚的金属。
[0041]总之，本发明提供了一种压接式IGBT非常规的正面金属工艺，实现了不同布线区域的正面金属一厚一薄两种厚度，即有的焊垫下面的金属厚度达到12微米以上，而同一层金属在另外有的区域厚度则为4微米左右。
[0042]本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种压接式IGBT的正面金属工艺，包括步骤: A.在完成所述压接式IGBT的前道工艺后，在层间介质层(101)上淀积第一正面金属层(102)，所述第一正面金属层(102)具有第一厚度；所述层间介质层(101)上开有一个或多个接触通孔(103)，所述第一正面金属层(102)的金属也向下填入所述接触通孔(103)中； B.在所述第一正面金属层(102)上旋涂第一光刻胶层(102a)作为掩模层,光刻后对所述第一正面金属层(102)进行湿法刻蚀，在所述层间介质层(101)上形成上宽下窄的一个或多个第一凹槽(104)； C.在当前结构的所有表面上淀积阻挡层(105)，并将后续需要形成厚金属的区域处的所述阻挡层(105)窗口打开，所述第一凹槽(104)的底部、侧壁和上缘仍包覆有所述阻挡层(105)； D.对窗口打开后暴露出的所述第一正面金属层(102)表面进行淀积前的预处理，去除掉所述第一正面金属层(102)表面上的氧化层； E.在当前结构的所有表面上淀积第二正面金属层(106)，所述第二正面金属层(106)具有第二厚度，所述第二正面金属层(106)的金属也向下填入所述第一凹槽(104)和所述窗口中； F.在所述第二正面金属层(106)上旋涂第二光刻胶层(106a)作为掩模层，光刻后对所述第二正面金属层(106)进行湿法刻蚀，在所述第二正面金属层(106)中形成侧壁倾斜、导向所述第一凹槽(104)的上宽下窄的一个或多个第二凹槽(108)，所述第二凹槽(108)的底部停止于所述第二正面金属层(106)中； G.继续以所述第二光刻胶层(106a)作为掩模层，对所述第二凹槽(108)再进行干法刻蚀，直至刻穿所述第二正面金属层(106)并清空所述第一凹槽(104)中的金属；所述第一凹槽(104)上缘处包覆的所述阻挡层(105)上方形成有其底部具有一定宽度的保护斜坡(109)。
2.根据权利要求1所述的压接式IGBT的正面金属工艺，其特征在于，形成于所述第一凹槽(104)上缘处包覆的所述阻挡层(105)上方的所述保护斜坡(109)的底部宽度为I至2微米。
3.根据权利要求2所述的压接式IGBT的正面金属工艺，其特征在于，所述第一正面金属层(102)的第一厚度为4微米。
4.根据权利要求3所述的压接式IGBT的正面金属工艺，其特征在于，所述阻挡层(105)的材质为未掺杂的娃玻璃和氮化娃,所述未掺杂的娃玻璃位于所述阻挡层(105)的下层，所述氮化硅位于所述阻挡层(105)的上层。
5.根据权利要求4所述的压接式IGBT的正面金属工艺，其特征在于，对窗口打开后暴露出的所述第一正面金属层(102)表面进行淀积前的预处理为射频离子轰击处理。
6.根据权利要求5所述的压接式IGBT的正面金属工艺，其特征在于，所述第二正面金属层(106)的第二厚度为8微米。
7.根据权利要求6所述的压接式IGBT的正面金属工艺，其特征在于，所述压接式IGBT的栅极焊垫是利用所述第一正面金属层(102)构成的。
8.根据权利要求7所述的压接式IGBT的正面金属工艺，其特征在于，所述压接式IGBT的发射极焊垫是利用所述第一正面金属层(102)加上所述第二正面金属层(106)构成的。
【文档编号】H01L21/331GK104241125SQ201410418398
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】刘建华, 李雪萍 申请人:上海先进半导体制造股份有限公司