功率器件的制作方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010475738.9 (22)申请日 2020.05.29 (71)申请人 上海华虹宏力半导体制造有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技 园区祖冲之路1399号 (72)发明人 潘嘉杨继业邢军军黄璇 (74)专利代理机构 上海浦一知识产权代理有限 公司 31211 代理人 罗雅文 (51)Int.Cl. H01L 21/331(2006.01) H01L 21/288(2006.01) H01L 29/739(2006.01) (54)发明名称 功率器件的。

2、制作方法 (57)摘要 本申请公开了一种功率器件的制作方法， 涉 及半导体制造领域， 该功率器件的制作方法包括 在衬底上形成功率器件的单元结构， 所述功率器 件为IGBT； 形成正面金属层； 对所述衬底的背面 进行TAIKO减薄； 在所述衬底的背面形成集电区； 在所述衬底的背面覆膜； 利用化学镀工艺在所述 衬底的正面形成目标金属； 去除贴附所述衬底背 面的膜； 在所述衬底的背面形成金属层； 解决了 利用化学镀工艺增加正面金属厚度和硬度， 容易 造成晶圆碎片的问题； 达到了改善化学镀后金属 脱落情况， 优化IGBT制作工艺与化学镀工艺的结 合效果的效果。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 C。

3、N 111540683 A 2020.08.14 CN 111540683 A 1.一种功率器件的制作方法， 其特征在于， 所述方法包括： 在衬底上形成功率器件的单元结构， 所述功率器件为IGBT； 形成正面金属层； 对所述衬底的背面进行TAIKO减薄； 在所述衬底的背面形成集电区； 在所述衬底的背面覆膜； 利用化学镀工艺在所述衬底的正面形成目标金属； 去除贴附所述衬底背面的膜； 在所述衬底的背面形成金属层。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 贴附在所述衬底背面的膜为耐高温和耐强 酸强碱材料。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述利用化学镀工艺在所述衬底的正面形 成目。

4、标金属， 包括： 利用化学镀工艺在所述正面金属层上镀上所述目标金属。 4.根据权利要求1或3所述的方法， 其特征在于， 所述目标金属包括两层， 第一层目标金 属为镍， 第二层目标金属为金。 5.根据权利要求1或3所述的方法， 其特征在于， 所述目标金属包括三层， 第一层目标金 属为镍， 第二层目标金属为钯， 第三层目标金属为金。 6.根据权利要求4或5所述的方法， 其特征在于， 在所述目标金属层中， 镍的厚度范围为 0.5um至20um。 7.根据权利要求4或5所述的方法， 其特征在于， 在所述目标金属层中， 金的厚度范围为 500A至5000A。 8.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于，。

5、 在所述目标金属层中， 钯的厚度范围为 500A至5000A。 9.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述在衬底中形成功率器件的单元结构， 包括： 在所述衬底内形成所述IGBT的漂移区； 在所述漂移区内形成所述IGBT的基极区； 形成所述IGBT的栅极结构； 在所述IGBT的基极区内形成源区。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111540683 A 2 功率器件的制作方法 技术领域 0001 本申请涉及半导体制造领域， 具体涉及一种功率器件的制作方法。 背景技术 0002 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor， 绝缘栅双极型晶体管)器件是新能 。

6、源电力电子产品中的核心器件， 随着近年来更加广泛的推广， 应用产品不仅包括白色家电、 工业变频、 焊机等传统产品， 还包括新能源汽车等高端产品。 0003 目前IGBT正朝向高压大电流的方向发展， IGBT的芯片工艺和封装都面临着全新的 挑战。 对于大电流IGBT芯片、 模块而言， 实现整体模块的散热已经成为研究重点。 在对IGBT 芯片进行封装时， 引线键合使用的焊接工艺已经从传统的铝线焊接发展为铜片焊接， 这对 IGBT正面金属的厚度和硬度的要求更高。 0004 然而， 采用化镀工艺增加IGBT正面金属的厚度和硬度时， 容易造成晶圆碎片。 发明内容 0005 为了解决相关技术中的问题， 本。

7、申请提供了一种功率器件的制作方法。 该技术方 案如下： 0006 一方面， 本申请实施例提供了一种功率器件的制作方法， 该方法包括： 0007 在衬底上形成功率器件的单元结构， 所述功率器件为IGBT； 0008 形成正面金属层； 0009 对所述衬底的背面进行TAIKO减薄； 0010 在所述衬底的背面形成集电区； 0011 在所述衬底的背面覆膜； 0012 利用化学镀工艺在所述衬底的正面形成目标金属； 0013 去除贴附所述衬底背面的膜； 0014 在所述衬底的背面形成金属层。 0015 可选的， 贴附在所述衬底背面的膜为耐高温和耐强酸强碱材料。 0016 可选的， 所述利用化学镀工艺在所。

8、述衬底的正面形成目标金属， 包括： 0017 利用化学镀工艺在所述正面金属层上镀上所述目标金属。 0018 可选的， 所述目标金属包括两层， 第一层目标金属为镍， 第二层目标金属为金。 0019 可选的， 所述目标金属包括三层， 第一层目标金属为镍， 第二层目标金属为钯， 第 三层目标金属为金。 0020 可选的， 在所述目标金属层中， 镍的厚度范围为0.5um至20um。 0021 可选的， 在所述目标金属层中， 金的厚度范围为500A至5000A。 0022 可选的， 在所述目标金属层中， 钯的厚度范围为500A至5000A。 0023 可选的， 所述在衬底中形成功率器件的单元结构， 包括。

9、： 0024 在所述衬底内形成所述IGBT的漂移区； 说明书 1/6 页 3 CN 111540683 A 3 0025 在所述漂移区内形成所述IGBT的基极区； 0026 形成所述IGBT的栅极结构； 0027 在IGBT的基极区内形成源区。 0028 本申请技术方案， 至少包括如下优点： 0029 通过在衬底上形成IGBT器件的单元结构后， 在衬底正面形成正面金属层， 减薄衬 底， 在衬底背面形成集电区， 在进行化学镀之前在衬底的背面覆膜， 利用保护膜避免晶圆背 面的TAIKO环与化学镀工艺利用的化学药剂接触， 再利用化学镀工艺在衬底的正面形成目 标金属， 然后去除晶圆背面贴附的膜， 对衬。

10、底进行背面金属化工艺， 解决了利用化学镀工艺 增加正面金属厚度和硬度， 容易造成晶圆碎片的问题； 达到了改善化学镀后金属脱落情况， 优化IGBT制作工艺与化学镀工艺的结合效果的效果。 附图说明 0030 为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案， 下面将对具体 实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的 附图是本申请的一些实施方式， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前 提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。 0031 图1是本申请一实施例提供的一种功率器件的制作方法的流程图； 0032 图2是本申请实施例提供的IGB。

11、T器件在制作过程的实施示意图； 0033 图3是本申请实施例提供的IGBT器件在制作过程的实施示意图； 0034 图4是本申请实施例提供的IGBT器件在制作过程的实施示意图； 0035 图5是本申请实施例提供的IGBT器件在制作过程的实施示意图； 0036 图6是本申请实施例提供的IGBT器件在制作过程的实施示意图。 具体实施方式 0037 下面将结合附图， 对本申请中的技术方案进行清楚、 完整的描述， 显然， 所描述的 实施例是本申请的一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本申请中的实施例， 本领域普 通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例， 都属于本申请保护的 范围。

12、。 0038 在本申请的描述中， 需要说明的是， 术语 “中心” 、“上” 、“下” 、“左” 、“右” 、“竖直” 、 “水平” 、“内” 、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了 便于描述本申请和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本申请的限制。 此外， 术语 “第一” 、“第二” 、 “第三” 仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。 0039 在本申请的描述中， 需要说明的是， 除非另有明确的规定和限定， 术语 “安装” 、“相 连” 、“连接” 应做广义理解， 例如，。

13、 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或一体地连接； 可 以是机械连接， 也可以是电气连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 还可 以是两个元件内部的连通， 可以是无线连接， 也可以是有线连接。 对于本领域的普通技术人 员而言， 可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。 0040 此外， 下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构 说明书 2/6 页 4 CN 111540683 A 4 成冲突就可以相互结合。 0041 在晶圆制造过程中， 背面减薄会采用TAIKO工艺以减少晶圆翘曲以及提高晶圆的 强度， 采用TAIKO工艺减薄后的晶圆背面会形成。

14、一个TAIKO环。 0042 由于目前对IGBT芯片的整体散热要求越来越高， 为了增强晶圆正面金属的厚度和 硬度， 可以采用化学镀工艺在晶圆的正面镀上金属。 然而化学镀工艺在实际作业中， 会出现 金属贴附在表面不平整的TAIKO环上的现象， 化学镀工艺完成后容易造成TAIKO环上的金属 脱落， 甚至导致晶圆碎片、 机台沾污。 0043 本申请实施例提供了一种功率器件的制作方法， 该方法可以包括如下步骤： 0044 步骤101， 在衬底上形成功率器件的单元结构， 功率器件为IGBT。 0045 步骤102， 形成正面金属层。 0046 在衬底的正面形成正面金属层， 引出IGBT的栅极和源区。 0。

15、047 步骤103， 对衬底的背面进行TAIKO减薄。 0048 根据功率器件的厚度需求和封装条件， 减薄衬底。 0049 步骤104， 在衬底的背面形成集电区。 0050 对减薄后的衬底背面进行离子注入， 并退火， 形成IGBT的集电区。 0051 步骤105， 利用保护材料封住衬底的背面。 0052 利用保护材料封住衬底的背面， 在后续进行化学镀工艺时， 将化学药剂与衬底的 背面隔绝， 避免衬底背面的TAIKO环部分出现金属残留， 实现避免TAIKO环上有金属脱落的 效果。 0053 保护材料具有耐腐蚀、 耐高温、 可被去除、 耐强酸、 耐强碱的特性； 保护材料不会改 变衬底背面的结构和性。

16、能。 0054 可选的， 保护材料的耐温范围至少为25至150。 0055 步骤106， 利用化学镀工艺在衬底的正面形成目标金属。 0056 可选的， 目标金属有多层金属构成， 每层金属的材料和厚度根据实际情况确定。 0057 可选的， 目标金属为一层金属， 比如， 目标金属为镍。 目标金属的厚度和材料根据 实际情况确定。 0058 步骤107， 去除衬底背面的保护材料。 0059 去除衬底背面的保护材料， 去除保护材料后， 衬底背面的结构和性能不被破坏。 0060 步骤108， 在衬底背面形成金属层。 0061 在衬底的背面沉积金属， 形成金属层， 利用该金属层引出IGBT的集电区。 006。

17、2 在一个例子中， 保护材料为保护膜。 该功率器件的制作方法可以由如下步骤实现， 如图1所示： 0063 在步骤201中， 在衬底上形成功率器件的单元结构， 功率器件为IGBT。 0064 IGBT器件的元胞结构包括漂移区、 基极区、 位于基极区内的源区、 栅极结构和集电 区。 0065 可选的， 衬底内形成有一个IGBT器件的元胞结构， 或， 两个及以上的IGBT器件的元 胞结构， 衬底上还可以形成有其他器件。 0066 在衬底内形成IGBT的漂移区。 衬底上设置有外延层， 通过离子注入工艺在外延层 中形成漂移区。 说明书 3/6 页 5 CN 111540683 A 5 0067 可选的，。

18、 衬底为P型衬底， 注入N型离子， 形成N-漂移区。 0068 在漂移区内形成IGBT的基极区。 通过光刻工艺定义出基极区图案， 根据基极区图 案向漂移区内注入离子， 形成基极区。 0069 可选的， 根据基极区图案向N-漂移区内注入硼离子， 形成基极区。 0070 形成IGBT的栅极结构。 IGBT的栅极结构为位于衬底表面的多晶硅栅或沟槽型栅。 0071 当IGBT的栅极结构为位于衬底表面的多晶硅栅时， 通过在衬底表面形成栅氧化 层， 在栅氧化层上沉积多晶硅层， 并通过光刻和刻蚀工艺刻蚀多晶硅层， 得到多晶硅栅。 0072 当IGBT的栅极结构为沟槽栅结构时， 通过光刻和刻蚀工艺在衬底内形成。

19、沟槽， 沟 槽的底部位于漂移区内， 在沟槽内形成栅氧化层， 利用多晶硅填充沟槽， 形成沟槽栅结构。 0073 通过离子注入工艺和退火， 在基极区内形成IGBT的源区。 0074 在步骤202中， 形成正面金属层。 0075 在衬底的正面沉积层间介质层， 通过光刻和刻蚀工艺在层间介质层中形成接触 孔； 溅射金属， 通过光刻和刻蚀工艺在衬底的正面形成正面金属层， 得到引出源区和栅极的 金属电极。 0076 如图2所示， 衬底11的正面形成有正面金属层12， 衬底11的正面还形成有介质层 13。 0077 在步骤203中， 对衬底的背面进行TAIKO减薄。 0078 采用TAIKO工艺减薄衬底背面。。

20、 0079 如图3所示， 对衬底11的背面进行减薄后， 衬底11的厚度减小。 0080 在步骤204中， 在衬底的背面形成集电区。 0081 通过离子注入工艺并退火， 在衬底的背面形成集电区。 0082 在步骤205中， 在衬底的背面覆膜。 0083 可选的， 在对衬底的背面进行覆膜工艺时， 利用晶圆盒将晶圆传输至相应的贴膜 机台， 将晶圆取下后， 在晶圆上方装载环形切割刀， 并将晶圆与环形切割刀对准， 传输保护 膜， 将保护膜粘贴在晶圆的背面， 并利用环形切割刀去除多余部分的保护膜， 再将背面贴附 有保护膜的晶圆取下机台， 放入传输盒中。 0084 如图4所示， 衬底11的背面贴附有一层保护。

21、膜14， 保护膜14将衬底11的背面封住。 0085 贴附在衬底背面的膜为耐高温、 耐强酸强碱材料， 耐温范围至少为20至150。 0086 在步骤206中， 利用化学镀工艺在衬底的正面形成目标金属。 0087 利用化学镀工艺在衬底正面的正面金属层上镀上目标金属。 0088 可选的， 目标金属包括两层， 第一层目标金属为镍(Ni) ,第二层目标金属为金 (Au)。 利用化学镀工艺在衬底正面的金属电极上依次镀上镍和金。 0089 可选的， 目标金属包括三层， 第一层目标金属为(Ni),第二层目标金属为钯(Pd)， 第三层目标金属为金(Au)。 利用化学镀工艺在衬底正面的金属电极上依次镀上镍、 钯。

22、和金。 0090 各层金属的厚度根据实际情况确定。 比如： 在目标金属层中， 金的厚度范围为500A 至5000A； 在目标金属层中， 钯的厚度范围为500A至5000A； 在目标金属层中， 镍的厚度范围 为0.5um至20um。 0091 如图5所示， 衬底11的正面镀上了目标金属15。 0092 在步骤207中， 去除贴附在衬底背面的膜。 说明书 4/6 页 6 CN 111540683 A 6 0093 采用背面揭膜工艺去除贴附在衬底背面的保护膜。 0094 在步骤208中， 在衬底的背面形成金属层。 0095 在衬底背面进行金属化工艺形成金属层， 引出集电区。 0096 如图6所示， 。

23、衬底11的背面形成有金属层16。 0097 通过在衬底上形成IGBT器件的单元结构后， 在衬底正面形成正面金属层， 减薄衬 底， 在衬底背面形成集电区， 在进行化学镀之前在衬底的背面覆膜， 利用保护膜避免晶圆背 面的TAIKO环与化学镀工艺利用的化学药剂接触， 再利用化学镀工艺在衬底的正面形成目 标金属， 然后去除晶圆背面贴附的膜， 对衬底进行背面金属化工艺， 解决了利用化学镀工艺 增加正面金属厚度和硬度， 容易造成晶圆碎片的问题； 达到了改善化学镀后金属脱落情况， 优化IGBT制作工艺与化学镀工艺的结合效果的效果。 0098 在另一个例子中， 保护材料为光刻胶。 该功率器件的制作方法可以由如。

24、下步骤实 现： 0099 在步骤301中， 在衬底上形成功率器件的单元结构， 功率器件为IGBT。 0100 IGBT器件的元胞结构包括漂移区、 基极区、 位于基极区内的源区、 栅极结构和集电 区。 0101 可选的， 衬底内形成有一个IGBT器件的元胞结构， 或， 两个及以上的IGBT器件的元 胞结构， 衬底上还可以形成有其他器件。 0102 在衬底内形成IGBT的漂移区。 衬底上设置有外延层， 通过离子注入工艺在外延层 中形成漂移区。 0103 可选的， 衬底为P型衬底， 注入N型离子， 形成N-漂移区。 0104 在漂移区内形成IGBT的基极区。 通过光刻工艺定义出基极区图案， 根据基极。

25、区图 案向漂移区内注入离子， 形成基极区。 0105 可选的， 根据基极区图案向N-漂移区内注入硼离子， 形成基极区。 0106 形成IGBT的栅极结构。 IGBT的栅极结构为位于衬底表面的多晶硅栅或沟槽型栅。 0107 当IGBT的栅极结构为位于衬底表面的多晶硅栅时， 通过在衬底表面形成栅氧化 层， 在栅氧化层上沉积多晶硅层， 并通过光刻和刻蚀工艺刻蚀多晶硅层， 得到多晶硅栅。 0108 当IGBT的栅极结构为沟槽栅结构时， 通过光刻和刻蚀工艺在衬底内形成沟槽， 沟 槽的底部位于漂移区内， 在沟槽内形成栅氧化层， 利用多晶硅填充沟槽， 形成沟槽栅结构。 0109 在步骤302中， 形成正面金。

26、属层。 0110 在衬底的正面沉积层间介质层， 通过光刻和刻蚀工艺在层间介质层中形成接触 孔； 溅射金属， 通过光刻和刻蚀工艺在衬底的正面形成正面金属层， 得到引出源区和栅极的 金属电极。 0111 在步骤303中， 对衬底的背面进行TAIKO减薄。 0112 采用TAIKO工艺减薄衬底背面。 0113 在步骤304中， 在衬底的背面形成集电区。 0114 通过离子注入工艺并退火， 在衬底的背面形成集电区。 0115 在步骤305中， 在衬底的背面涂布光刻胶。 0116 在衬底的背面涂布光刻胶， 并曝光， 利用光刻胶覆盖衬底的背面， 阻挡背面的 TAIKO环部分与化学镀工艺中的化学药液接触。 。

27、说明书 5/6 页 7 CN 111540683 A 7 0117 在步骤306中， 利用化学镀工艺在衬底的正面形成目标金属。 0118 利用化学镀工艺在衬底正面的正面金属层上镀上目标金属。 0119 可选的， 目标金属包括两层， 第一层目标金属为镍(Ni) ,第二层目标金属为金 (Au)。 利用化学镀工艺在衬底正面的金属电极上依次镀上镍和金。 0120 可选的， 目标金属包括三层， 第一层目标金属为(Ni),第二层目标金属为钯(Pd)， 第三层目标金属为金(Au)。 利用化学镀工艺在衬底正面的金属电极上依次镀上镍、 钯和金。 0121 各层金属的厚度根据实际情况确定。 比如： 在目标金属层中。

28、， 金的厚度范围为500A 至5000A； 在目标金属层中， 钯的厚度范围为500A至5000A； 在目标金属层中， 镍的厚度范围 为0.5um至20um。 0122 在步骤307中， 去除衬底背面的光刻胶。 0123 在步骤308中， 在衬底的背面形成金属层。 0124 在衬底背面进行金属化工艺形成金属层， 引出集电区。 0125 显然， 上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例， 而并非对实施方式的限定。 对 于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或 变动。 这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。 而由此所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本申请创造的保护范围之中。 说明书 6/6 页 8 CN 111540683 A 8 图1 图2 图3 说明书附图 1/2 页 9 CN 111540683 A 9 图4 图5 图6 说明书附图 2/2 页 10 CN 111540683 A 10 。