IGBT晶圆制作方法及装置与流程

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种IGBT(Insulted Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)晶圆制作方法及装置。

背景技术：

IGBT为垂直导电大功率器件，IGBT晶圆厚度决定了其器件的耐压水平。由于IGBT晶圆原材料厚度较厚，只适用于生产高压IGBT芯片，对于中低压IGBT芯片，需要使用减薄工艺对IGBT晶圆进行减薄。减薄工艺是使用带有一定大小颗粒的研磨轮对晶圆进行研磨，研磨后会在晶圆表面产生凹凸不平的研磨纹，晶圆表层内部结构将会被破坏，产生大量暗纹、缺陷(损伤层)，这些暗纹和缺陷分布在晶圆表层一定的厚度内，且分布不规则、不均匀。这些缺陷在IGBT芯片中会产生载流子复合中心，不均匀的缺陷分布会使IGBT芯片电学性能不稳定，而且缺陷与暗纹会造成应力，应力会使减薄后的晶圆弯曲，翘曲度变大，给后续工艺带来较大的困难。

IGBT晶圆背面减薄后的表层结构示意图如图1所示，IGBT晶圆表层包括研磨层1、暗纹层2、过渡层3和应力层4，研磨后IGBT晶圆表面变得粗糙，如研磨层1所示，使IGBT晶圆表面凹凸不平，距离IGBT晶圆表面0～20微米(μm)处存在暗纹，暗纹大量存在于暗纹层2中，还有少部分暗纹存在于过渡层3中，暗纹将会对IGBT晶圆产生应力，应力会使减薄后的晶圆弯曲，翘曲度变大。

技术实现要素：

本发明提供一种IGBT晶圆制作方法及装置，用以解决IGBT晶圆在背面减薄后翘曲度过大的技术问题。

本发明一方面提供一种IGBT晶圆制作方法，包括：

设置预设值；

对减薄后的IGBT晶圆背面使用混合酸液进行腐蚀，除去背面表层预设值厚 度层。

进一步的，混合酸液包括氢氟酸和硝酸，其中，氢氟酸的浓度在40％至55％的范围内，硝酸的浓度在60％至75％的范围内。

进一步的，混合酸液还包括醋酸，醋酸的浓度在85％至98％的范围内。

进一步的，混合酸液中，氢氟酸、硝酸和醋酸的体积比为1：6：3。

进一步的，混合酸液的反应温度为30℃-70℃。

进一步的，预设值在0微米到20微米范围内。

本发明另一方面提供一种IGBT晶圆制作装置，包括：旋转台和设置在旋转台台面上用于固定IGBT晶圆的卡针。

进一步的，还包括设置在旋转台内部的气流通道，气流通道包括第一通道和第二通道；第一通道沿旋转台轴向方向，第一通道的一端贯穿至旋转台底部，另一端设置在旋转台内部；第二通道的一端与第一通道相通，另一端贯穿至IGBT晶圆放置位置正下方的台面。

进一步的，多个第二通道在旋转台中均匀分布。

进一步的，气流通道中通过的是氮气。

本发明提供的IGBT晶圆制作方法及装置，对减薄后的IGBT晶圆背面使用混合酸液进行腐蚀，除去所述背面表层预设值厚度层，以减少暗纹，从而减小由暗纹而产生的应力，最终减小IGBT晶圆翘曲度。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为IGBT晶圆背面减薄后的表层结构示意图；

图2为根据本发明实施例一的IGBT晶圆制作方法的流程示意图；

图3为根据本发明实施例二的IGBT晶圆制作装置的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一

图2为根据本发明实施例一的IGBT晶圆制作方法的流程示意图，如图2所 示，本实施例提供一种IGBT晶圆制作方法，包括：

步骤101，设置预设值。由于具有暗纹和损伤层的表层厚度一般为0微米到20微米之间，除去该范围的表层即可大大减小暗纹和损伤层产生的应力，所以预设值可设置在0微米到20微米范围内。

步骤102，对减薄后的IGBT晶圆背面使用混合酸液进行腐蚀，除去背面表层预设值厚度层。

具体的，减薄后的IGBT晶圆背面表层内部结构将会被破坏，产生大量暗纹和损伤层，损伤层会在晶圆内部带来大量分布不均匀的缺陷，这些缺陷在IGBT芯片中会产生载流子复合中心，使器件电学性能不稳定，且这些暗纹和损伤层带来的应力会使晶圆翘曲，翘曲的晶圆在后续工艺中容易破损，影响产品成品率，因此采用混合酸液对减薄后的IGBT晶圆背面进行腐蚀，除去背面有暗纹和损伤层的表层。若预设值设置为10微米，那么就需要除去IGBT晶圆背面表层10微米的厚度层，预设值的具体值可根据实际情况进行设置，在此不做限定。使用混合酸液对IGBT晶圆背面表层进行腐蚀属于化学反应，腐蚀速度容易控制，且对IGBT晶圆内部无损伤，同时整个工艺过程不会接触晶圆正面，可以保护晶圆正面不被划伤。

本发明提供的IGBT晶圆制作方法，对减薄后的IGBT晶圆背面使用混合酸液进行腐蚀，除去背面表层预设值厚度层，以减少暗纹，从而减小由暗纹而产生的应力，最终减小IGBT晶圆翘曲度，另外由于去除了具有暗纹和损伤的表层，减少了晶圆内部的缺陷，优化了IGBT电学性能，提高了成品率。

进一步的，混合酸液包括氢氟酸和硝酸，这种混合酸液的成本低廉。其中，氢氟酸的浓度在40％至55％的范围内，硝酸的浓度在60％至75％的范围内。反应方程式为：

Si+HNO3+6HF＝H2SiF6+H2NO2+H2O+H2

进一步的，混合酸液还包括醋酸，醋酸的浓度在85％至98％的范围内。醋酸为稀释剂或缓冲剂，它的作用是控制硝酸的溶解度，在反应时使腐蚀速率保持稳定。混合酸液中，以氢氟酸的浓度为49％，硝酸的浓度为69％，醋酸的浓度为90％时的腐蚀效果最佳。每腐蚀完成一片晶圆，向混合酸液中补充一定量的氢氟酸，从而保持腐蚀速率不变。一般40升的混合酸液，每腐蚀完成一片晶圆后需向混合酸液中补充10～40毫升的氢氟酸。一般情况下40升的混合酸液可以腐蚀600 片晶圆，由于重复使用混合酸液，极大地降低了成本。

进一步的，混合酸液中，氢氟酸、硝酸和醋酸的体积比为1：6：3，可使腐蚀效果最佳。

进一步的，混合酸液的反应温度为30℃-70℃。通过升高混合酸液的温度至30℃-70℃，可使腐蚀均匀性小于5％，腐蚀速率达20～60μm/min。通过对温度的控制，可控制混合酸液的腐蚀速度，从而控制对IGBT晶圆背面表层的腐蚀厚度大小。

实施例二

本实施例提供的装置用于执行上述实施例中的方法。

图3为根据本发明实施例二的IGBT晶圆制作装置的结构示意图，如图3所示，本发明提供一种IGBT晶圆制作装置，包括：旋转台1和设置在旋转台1台面2上用于固定IGBT晶圆3的卡针4。

具体的，卡针4设置在台面2上，用于固定IGBT晶圆3，卡针4可将IGBT晶圆3紧密的固定在台面2上，使IGBT晶圆3的正面能够与台面2严密接触，防止混合酸液接触到IGBT晶圆3的正面，不会破坏IGBT晶圆3的正面结构。卡针4可有多个，分布在IGBT晶圆3的四周，以均匀固定IGBT晶圆。旋转台1可高速旋转，混合酸液通过管道喷洒在IGBT晶圆3背面，以对IGBT晶圆3背面进行均匀腐蚀。

进一步的，IGBT晶圆制作装置还包括设置在旋转台1内部的气流通道5，气流通道5包括第一通道51和第二通道52；第一通道51沿旋转台1轴向方向，第一通道51的一端贯穿至旋转台1底部，另一端设置在旋转台1内部；第二通道52的一端与第一通道51相通，另一端贯穿至IGBT晶圆3放置位置正下方的台面2。

具体的，卡针4将IGBT晶圆3固定在台面2上，此时IGBT晶圆3不需要与台面2严密接触，卡针4固定IGBT晶圆3之后，IGBT晶圆3可沿着卡针上下滑动，为防止混合酸液腐蚀到IGBT晶圆3的正面，破坏IGBT晶圆3的正面结构，向气流通道5中不断通入气体，气体通过第一通道51到达第二通道52中，然后到达IGBT晶圆3放置位置正下方，该气体产生的气流会将IGBT晶圆3往上顶，由于IGBT晶圆3被卡针4卡住，所以IGBT晶圆3不会被该气体吹离旋转台1，于是在IGBT晶圆3放置位置正下方与台面2之间形成一道小缝隙，该 小缝隙被气流通道5中通入的气体占满，因此可避免通过管道喷洒在IGBT晶圆3背面表面的混合酸液接触到IGBT晶圆3的正面，破坏正面结构。

进一步，多个第二通道52在旋转台1中均匀分布。可使通向IGBT晶圆3的气流均匀，在进一步保证混合酸液不接触到IGBT晶圆3的正面的同时，使IGBT晶圆3受力均匀，从而能够保持水平放置，以免混合酸液通过管道喷洒在IGBT晶圆3背面表面时不能对IGBT晶圆3背面进行均匀腐蚀。

进一步的，气流通道5中通过的是氮气。氮气性质稳定，不会破坏IGBT晶圆3的结构，也不会与混合酸液发生化学反应，并且氮气无毒，也不会对环境造成破坏。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。