[发明专利]一种扩散片退火工艺

说明书

本发明公开了一种扩散片退火工艺，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‑衬底层和正面金属层；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，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。

技术领域

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。

发明内容

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：