一種有效控制功率器件終端場氧化層角度的方法
【專利摘要】本發明公開了一種有效控制功率器件終端場氧化層角度的方法，包括如下步驟：1準備一片硅片，該硅片的參數由器件設計性質決定；2將硅片做表面清洗步驟后，熱生長或化學氣相淀積一層致密度為A1的第一氧化層；3采用化學氣相淀積的方法，在第一氧化層上淀積一層致密度為A2的第二氧化層；第二氧化層的致密度A2應小于第一氧化層的致密度A1；4在第二氧化層上涂布光刻膠，并光刻定義出場氧化層的圖形；5采用濕法刻蝕刻穿第二氧化層，繼續采用濕法刻蝕直至刻穿第一氧化層；6去除光刻膠，形成最終的場氧化層圖形。本發明通過對場氧化層刻蝕工藝進行優化，改善場氧化層角度的可控性和角度值，最終改善場板帶來的電場分布，優化終端擊穿。
【專利說明】一種有效控制功率器件終端場氧化層角度的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電子【技術領域】，涉及功率半導體器件，具體涉及一種有效控制功率器件終端場氧化層角度的方法。
【背景技術】
[0002]現代功率器件的基本要求是能夠耐高壓且大電流工作。其中，硅基功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬-氧化層-半導體-場效晶體管)和IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)通常是通過并聯大量的器件單元形成寬長比大的功率器件，以保證實現大電流工作。但是，對于高壓工作的硅基功率器件來說，位于器件中間的各并聯單元間的表面電壓大致相同，而位于邊界(即終端)的器件單元與襯底表面的電壓卻相差很大，往往引起表面電場過于集中造成了器件的邊緣擊穿。因此，為了保證硅基功率器件能夠在高壓下正常工作，通常需要在器件邊界處采取措施即結終端保護技術，來減小表面電場強度，提高硅基功率器件PN結擊穿電壓。
[0003]目前結終端保護技術主要有場扳(Field Plate, FP)、場限環(Field LimitingRing, FLR)、結終端擴展(Junction Termination Extention, JTE)和橫向變慘雜(Variation of LateralDoping, VLD)等。其中，FP和FLR組合使用是一種改善表面擊穿特性常用的有效方法。FP可以有效地抑制表面電荷引起的低擊穿，FLR則可以減緩平面結曲率效應造成的PN結擊穿，并且它們結構簡單，工藝兼容性好，FP和FLR的結合使用顯然可以提高硅基功率器件的整體耐壓性能。
[0004]場板是提高平面結擊穿電壓的一種很有效的方法，但它存在一固有缺點是在其邊緣處電場高度集中，影響器件的耐壓。場板邊緣的峰值電場是由于場板的靜電感應，場板邊緣下的表面電荷產生的橫向電場互相加強，造成一個橫向場的峰值。要實現場板最大擊穿電壓，需要選擇合適的場板下氧化層厚度和場板坡度，使得場板邊緣的曲率降低，電場更加緩變，從而達到提高硅基功率器件擊穿電壓。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種有效控制功率器件終端場氧化層角度的方法，通過對場氧化層刻蝕工藝進行優化，改善場氧化層角度的可控性和角度值，最終改善場板帶來的電場分布，優化終端擊穿。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供一種有效控制功率器件終端場氧化層角度的方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1，準備一片硅片，該硅片的參數由器件設計性質決定；
[0008]步驟2，將硅片做表面清洗步驟后，熱生長或化學氣相淀積一層致密度為Al的第
一氧化層；
[0009]步驟3，采用化學氣相淀積的方法，在第一氧化層上淀積一層致密度為A2的第二氧化層；所述第二氧化層的致密度A2應小于所述第一氧化層的致密度Al ；
[0010]步驟4，在第二氧化層上涂布光刻膠，并光刻定義出場氧化層的圖形；
[0011]步驟5，采用濕法刻蝕刻穿第二氧化層，繼續采用濕法刻蝕直至刻穿第一氧化層；
[0012]步驟6，去除光刻膠，形成最終的場氧化層圖形。
[0013]步驟I中，所述的硅片的類型、厚度、電阻率、前處理等參數，與最終應用的器件本身有關；所述硅片的厚度在50微米到800微米之間；所述硅片是外延片、直拉硅片、區熔硅片、或SOI硅片。所述的前處理包括器件本身設計需要而做的終端注入、退火，表面潔凈處理等。
[0014]步驟2中，所述的熱生長或化學氣相淀積一層致密度為Al的第一氧化膜，所述熱生長是濕法，或者是干法，或者是干法和濕法氧化混合進行；所述化學氣相淀積是常壓化學氣相淀積、低壓化學氣相淀積、或等離子增強化學氣相淀積。所述第一氧化層的厚度是0.1微米到10微米。
[0015]步驟3中，所述第二氧化層的化學氣相淀積方法，是常壓化學氣相淀積、低壓化學氣相淀積、或等離子增強化學氣相淀積方法。所述的第二氧化層的厚度在30埃到10微米之間。
[0016]步驟4中，所述光刻膠是正性光刻膠，或負性光刻膠；所述光刻膠的厚度在0.1微米到10微米之間。
[0017]步驟5中，所述濕法刻蝕所用腐蝕液的刻蝕速率在100 A /min到3000 A /min。步驟5完成后,形成角度Θ 2較大的第二氧化層和角度ΘI較小的第一氧化層。
[0018]在步驟6所述去除光刻膠之后，還可以增加如下步驟:采用濕法刻蝕去除第二氧化層，僅剩第一氧化層，形成最終的場氧化層圖形。
[0019]和現有技術相比，本發明具有以下有益效果:本發明主要針對場氧化層刻蝕工藝進行優化，利用不同場氧化層的腐蝕速率的差異，使得氧化層的角度更加可控，角度值可以做的更加小，從而改善場板帶來的電場分布，優化終端擊穿，優化器件反向阻斷能力。本發明針對于所有應用了場氧化層功率半導體器件。通過改善場氧化層的刻蝕方式，利用淀積氧化層和熱氧化層之間的濕法刻蝕速率的差異，制作出更加貼近于設計的場氧化層角度，從而得到更高耐壓的終端結構，縮小終端面積，進而縮小芯片面積。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明方法的步驟I完成后的剖面示意圖；
[0021]圖2是本發明方法的步驟2完成后的剖面示意圖；
[0022]圖3是本發明方法的步驟3完成后的剖面示意圖；
[0023]圖4是本發明方法的步驟4完成后的剖面示意圖；
[0024]圖5a是本發明方法的步驟5中刻穿第二氧化層后的剖面示意圖；
[0025]圖5b是本發明方法的步驟5完成后(即刻穿第一氧化層后)的剖面示意圖；
[0026]圖6a是本發明方法的步驟6完成后的剖面示意圖；
[0027]圖6b是本發明方法的步驟7完成后的剖面示意圖。
[0028]圖中附圖標記說明如下:
[0029]I是硅片，2是第一氧化層，3是第二氧化層，4是光刻膠，Θ I是第一氧化層的角度，θ 2是第二氧化層的角度。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0031]如圖1-圖6b所示，本發明的一種有效控制功率器件終端場氧化層角度的方法，具體包括如下步驟:
[0032]1.如圖1所示，準備一片硅片1，硅片I的類型、厚度、電阻率、前處理等參數，與最終應用的器件本身有關，均由器件設計性質決定，可以是任何電阻率，硅片I的厚度可以是50微米到800微米之間，可以是外延片、直拉硅片、區熔硅片，還可以是SOI硅片(稱為絕緣體娃片或絕緣娃，SILICon-on-1nsulator, SOI);所述前處理包括器件本身設計需要而做的終端注入、退火，表面潔凈處理等；
[0033]2.如圖1所示的硅片1，做表面清洗步驟后，熱生長或化學氣相淀積一層致密度為Al的第一氧化層2，如圖2所示；所述熱生長可以是濕法，也可以是干法，還可以是干法和濕法氧化混合進行；所述化學氣相淀積，可以是常壓化學氣相淀積、低壓化學氣相淀積、等離子增強化學氣相淀積等方法；第一氧化層2的厚度可以是0.1微米到10微米不等；
[0034]3.在圖2的基礎上，再用化學氣相淀積的方法，在氧化層2上淀積一層致密度為A2的第二氧化層3，如圖3所示；第二氧化層3的化學氣相淀積方法，可以是是常壓化學氣相淀積、低壓化學氣相淀積、等離子增強化學氣相淀積等方法；第二氧化層3的厚度可以是30埃到10微米之間；第二氧化層3的致密度A2需小于第一氧化層2的致密度Al。
[0035]4.在第二氧化層3上涂布光刻膠4，并光刻定義出場氧化層的圖形，如圖4所示；光刻膠4可以是正性光刻膠，也可以是負性光刻膠，其厚度在0.1微米到10微米之間；
[0036]5.以刻蝕速率為B A/niin進行濕法刻蝕，刻穿第二氧化層3，如圖5a所示，繼續以刻蝕速率為B A/min進行濕法刻蝕，直至刻穿第一氧化層2，形成如圖5b所示的角度Θ2較大的第二氧化層3和角度Θ I較小的第一氧化層2 ;濕法刻蝕所用腐蝕液的刻蝕速率B可以是I ΟθΑ/min到3000 A/min不等；
[0037]6.采用本領域常規方法去除光刻膠4，形成最終的場氧化層圖形，如圖6a所示；
[0038]7.如果對氧化層表面有進一步需求，可以再濕法刻蝕掉第二氧化層3，僅剩角度較小的第一氧化層2，則最終場氧化層的圖形如圖6b所示。根據設計需要，可以保留第二氧化層3也可以去除掉第二氧化層3。
【權利要求】
1.一種有效控制功率器件終端場氧化層角度的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，準備一片硅片，該硅片的參數由器件設計性質決定； 步驟2，將硅片做表面清洗步驟后，熱生長或化學氣相淀積一層致密度為Al的第一氧化層； 步驟3，采用化學氣相淀積的方法，在第一氧化層上淀積一層致密度為A2的第二氧化層；所述第二氧化層的致密度A2應小于所述第一氧化層的致密度Al ； 步驟4，在第二氧化層上涂布光刻膠，并光刻定義出場氧化層的圖形； 步驟5，采用濕法刻蝕刻穿第二氧化層，繼續采用濕法刻蝕直至刻穿第一氧化層； 步驟6，去除光刻膠，形成最終的場氧化層圖形。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I中，所述的硅片的類型、厚度、電阻率、前處理參數，與最終應用的器件本身有關；所述硅片的厚度在50微米到800微米之間；所述硅片是外延片、直拉硅片、區熔硅片、或SOI硅片。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的前處理包括器件本身設計需要而做的終端注入、退火，表面潔凈處理。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述的熱生長或化學氣相淀積一層致密度為Al的第一氧化膜，所述熱生長是濕法，或者是干法，或者是干法和濕法氧化混合進行；所述化學氣相淀積是常壓化學氣相淀積、低壓化學氣相淀積、或等離子增強化學氣相淀積。
5.如權利要求1或4所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述第一氧化層的厚度是0.1微米到10微米。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中，所述第二氧化層的化學氣相淀積方法，是常壓化學氣相淀積、低壓化學氣相淀積、或等離子增強化學氣相淀積方法。
7.如權利要求1或6所述的方法，其特征在于，步驟3中，所述的第二氧化層的厚度在30埃到10微米之間。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4中，所述光刻膠是正性光刻膠，或負性光刻膠；所述光刻膠的厚度在0.1微米到10微米之間。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5中，所述濕法刻蝕所用腐蝕液的刻蝕速率在i00 A /min到3000 A /min?
10.如權利要求1或9所述的方法，其特征在于，步驟5完成后，形成角度(Θ2)較大的第二氧化層和角度(Θ I)較小的第一氧化層。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟6所述去除光刻膠之后，還增加如下步驟:采用濕法刻蝕去除第二氧化層，僅剩第一氧化層，形成最終的場氧化層圖形。
【文檔編號】H01L21/311GK103824769SQ201210468895
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年11月19日 優先權日:2012年11月19日
【發明者】斯海國 申請人:上海華虹宏力半導體制造有限公司