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硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的pn結(jié)保護(hù)方法

文檔序號(hào):7106220閱讀:577來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的pn結(jié)保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)工藝技術(shù)領(lǐng)域,特別是硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)工藝。
背景技術(shù)
當(dāng)今硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)工藝,是采用在硅片表面涂覆一層玻璃層,以達(dá)到保護(hù)PN結(jié)的作用。其工藝原理是將稀釋劑和玻璃粉的混合液,均勻涂敷在完成了擴(kuò)散工序待鈍化的硅片的表面,再將硅片裝入載片舟,推入擴(kuò)散爐,升溫至470°C,在O2氣氛中焙燒20分鐘后將載片舟拉出,去除表面多余的玻璃粉;然后將硅片裝入載片舟,推入擴(kuò)散爐,升溫至820°C,在O2氣氛中燒結(jié)20分鐘后將載片舟拉出,取下硅片,PN結(jié)表面即覆蓋了一層玻璃鈍化層。該工藝的不足之處在于,由于玻璃層內(nèi)的氣泡的存在和玻璃層密度的、影響,玻璃層的厚度需要達(dá)到30 40 y m的厚度,方能達(dá)到鈍化要求。由此帶來(lái)了一些弊端,半導(dǎo)體器件在惡劣環(huán)境中,玻璃層內(nèi)會(huì)產(chǎn)生裂紋,從而影響鈍化質(zhì)量。長(zhǎng)期以來(lái),在半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域,人們不斷進(jìn)行工藝創(chuàng)進(jìn),力求降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品的性價(jià)比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可避免玻璃層出現(xiàn)裂紋的硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)方法。本發(fā)明技術(shù)方案包括以下步驟
1)在完成了擴(kuò)散工序的硅片表面采用氣相沉積法覆蓋SIPOS(半絕緣多晶硅)薄膜,并采用掩膜的方法,去除多余的SIPOS薄膜,只在PN結(jié)表面保留SIPOS薄膜;
2)將玻璃粉的稀釋混合液涂敷在硅片表面,低溫焙燒后,去除多余的玻璃粉,再將硅片置于擴(kuò)散爐內(nèi),在O2氣氛中燒結(jié)。本發(fā)明采用半絕緣多晶硅(SIPOS)疊加玻璃鈍化膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)單一的玻璃鈍化膜直接對(duì)臺(tái)面半導(dǎo)體器件進(jìn)行PN結(jié)表面保護(hù)的工藝方法,以提高鈍化效果。本發(fā)明的工藝原理是通過(guò)步驟I ),將反應(yīng)源氣體汽化,以層流的方式進(jìn)入反應(yīng)室,到達(dá)被預(yù)先加熱至反應(yīng)溫度的襯底。在襯底上方的層流層中,載氣中的反應(yīng)源分子穿過(guò)滯留層,分解并擴(kuò)散至晶體表面,經(jīng)物理和化學(xué)過(guò)程,可控地淀積到襯底上,形成需要的淀積層SIP0S,利用掩膜的方法,去除多余的SIP0S,在PN結(jié)表面保留一層SIP0S。通過(guò)步驟2),則在PN結(jié)部位留下玻璃粉,并在高溫下燒結(jié)以形成玻璃鈍化保護(hù)膜。本發(fā)明生產(chǎn)工藝過(guò)程所用的設(shè)備為CVD爐和通用的擴(kuò)散爐,工藝成熟,操作簡(jiǎn)單,易于實(shí)施,利用SIPOS和融凝玻璃層的有效結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體器件的PN結(jié)的保護(hù)。該工藝的發(fā)明,突破了傳統(tǒng)的理念,利用SIPOS和玻璃層有機(jī)結(jié)合,提高了半導(dǎo)體器件的抗惡劣環(huán)境的能力。步驟I)中,將完成擴(kuò)散和臺(tái)面成型的硅片清洗干凈并甩干后,裝入載片舟,在CVD爐內(nèi)溫度為650±20°C的條件下,在無(wú)氧條件下,將SiH4、N2O的混合液進(jìn)行汽化處理60±5分鐘,然后將硅片載片舟拉出,取下硅片;再采用化學(xué)清洗劑對(duì)硅片進(jìn)行清洗并甩干后,再在硅片的表面覆蓋厚度為2 3iim的光刻膠,將硅片裝入片架,并置于90±5°C的烘箱內(nèi)處理30±5分鐘,取出片架,選擇性曝光、顯影,再將硅片片架置于150±5°C的烘箱內(nèi)處理30±5分鐘后取出;再經(jīng)腐蝕窗口、去除光光刻膠,則在硅片的PN結(jié)表面沉積了 SIPOS薄膜。在步驟I)中,利用無(wú)氧條件,在低壓的情況下,將反應(yīng)源氣體(SiH4、N2O)汽化,以層流的方式進(jìn)入反應(yīng)室,到達(dá)被預(yù)先加熱至反應(yīng)溫度的襯底。本發(fā)明經(jīng)CVD爐處理后,在硅片上覆蓋的SIPOS薄膜厚度為I 2iim。一定厚度的SIPOS薄膜利于沉積玻璃鈍化保護(hù)膜。 本發(fā)明所述SiH4、N2O的混合液的混合投料質(zhì)量比為85 90 10 15。本發(fā)明所述化學(xué)清洗劑由質(zhì)量比為10 I I的順03、HF和冰乙酸混合組成。步驟2)中,采用化學(xué)清洗劑對(duì)硅片進(jìn)行清洗并甩干后,在硅片的表面均勻涂敷玻璃粉的稀釋混合液層,并裝入載片舟,在爐內(nèi)溫度為470 ± 5°C的擴(kuò)散爐中,在O2氣氛中焙燒20±2分鐘;再將載片舟拉出擴(kuò)散爐,去除硅片表面多余的玻璃粉,再將硅片裝上載片舟,置于爐內(nèi)溫度為820±5°C的擴(kuò)散爐中,在O2氣氛中燒結(jié)20±2分鐘,然后取出硅片。步驟2)中使用的化學(xué)清洗劑的組分為氨水、雙氧水和水,各成分的質(zhì)量比為1:2:5。上述玻璃粉的稀釋混合液由乙基纖維素和玻璃粉以2. 5 I的質(zhì)量比混合組成。合適的混合比目的是保證涂覆在硅片表面的混合液有一定的粘度,以便于操作,并保證涂覆均勻,達(dá)到鈍化保護(hù)的目的。為了控制玻璃鈍化保護(hù)膜的厚度,在硅片的表面涂敷的玻璃粉的稀釋混合液層的厚度為15 20iim。


圖I為擴(kuò)散片被覆蓋SIPOS后的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為發(fā)明完成后的芯片結(jié)構(gòu)不意。
具體實(shí)施例方式附圖I中,I為擴(kuò)散后在硅片表面形成的SiO2保護(hù)膜,2為淀積的SIPOS層保護(hù)膜。附圖2中,I為擴(kuò)散后在硅片表面形成的SiO2保護(hù)膜,2、3為淀積的SIPOS層保護(hù)膜,4、5為玻璃鈍化層。一、準(zhǔn)備玻璃粉的稀釋混合液
將乙基纖維素和玻璃粉以2. 5 I的質(zhì)量比充分混合均勻,形成玻璃粉的稀釋混合液。二、準(zhǔn)備SiH4、N2O的混合液
調(diào)節(jié)好SiH4、N20的流量閥,以保證質(zhì)量比為85 90 10 15,先關(guān)閉放料閥門開關(guān),待用。三、準(zhǔn)備化學(xué)清洗劑
I、準(zhǔn)備化學(xué)清洗A :將HN03、HF和冰乙酸以10 I I的質(zhì)量比混合,形成化學(xué)清洗劑A。2、準(zhǔn)備化學(xué)清洗劑B
將氨水、雙氧水和水以I : 2 : 5的質(zhì)量比混合,形成化學(xué)清洗B劑。四、準(zhǔn)備腐蝕劑
將氫氟酸、氟化鞍和水以3 6 10的質(zhì)量比混合,形成腐蝕劑。五、加工步驟
I、氣相沉積SIPOS薄膜
將完成擴(kuò)散和臺(tái)面成型的硅片采用化學(xué)清洗劑A清洗干凈并甩干后,裝入載片舟,緩慢推入CVD爐,在爐內(nèi)溫度為650±20°C的條件下,采用無(wú)氧條件,對(duì)由SiH4、N2O的混合液 進(jìn)行汽化處理60土5分鐘,然后將硅片載片舟緩慢拉出,取下硅片。對(duì)硅片進(jìn)行清洗并甩干后,再在硅片的表面覆蓋厚度為2 3pm的光刻膠。將硅片裝入片架,并置于90±5°C的烘箱內(nèi)處理30±5分鐘,取出片架,選擇性曝光、顯影,再將娃片片架置于150±5°C的烘箱內(nèi)處理30±5分鐘后取出。以腐蝕劑腐蝕出窗口 將硅片裝入片架,并將片架放入溫度在36土 TC的腐蝕劑中,加入配好的腐蝕劑,必須保證腐蝕劑的液面高于片架,并不斷抖動(dòng)片架,以保證腐蝕速度的均勻,待窗口內(nèi)的SIPOS腐蝕干凈后,取出片架,并用去離子水沖洗干凈。去除光刻膠將片架置于硫酸和雙氧水質(zhì)量比為95 5的混合液中,并保持溶液的溫度在120±5°C,并不斷抖動(dòng)片架,以保證去膠時(shí)氣泡的及時(shí)排出,待硅片表面的光刻膠去除干凈后,取出片架,并用去離子水沖洗干凈、甩干。經(jīng)過(guò)以上工藝則在硅片的PN結(jié)表面沉積了一層厚度為I 2iim的SIPOS薄膜。如圖I所示。 2、制作玻璃鈍化保護(hù)膜
采用化學(xué)清洗劑B對(duì)硅片進(jìn)行清洗并甩干后,在硅片的表面均勻涂敷厚度為15 20 iim的玻璃粉的稀釋混合液層,并裝入載片舟,推入爐內(nèi)溫度為470±5°C的擴(kuò)散爐中,在O2氣氛中焙燒20 ±2分鐘。結(jié)束后將載片舟拉出擴(kuò)散爐,去除硅片表面多余的玻璃粉,再將硅片裝上載片舟,推入爐內(nèi)溫度為820±5°C的擴(kuò)散爐中,在O2氣氛中燒結(jié)20±2分鐘。結(jié)束后將載片舟拉出擴(kuò)散爐,取下娃片,這樣在娃片表面的PN結(jié)處就覆蓋了一層15 20 ii m的玻璃鈍化保護(hù)膜,產(chǎn)品如圖2所示。五、效果比效
將經(jīng)該發(fā)明工藝處理后的制品用于反向阻斷三極閘流晶體管生產(chǎn)中,產(chǎn)品的擊穿電壓由原來(lái)的軟擊穿變成了硬擊穿,電壓值由原來(lái)的800伏,提高到現(xiàn)在的1100伏,極大限度地發(fā)揮了 PN結(jié)的擊穿特性,產(chǎn)品的漏電流明顯降低,達(dá)到了 IyA以下,玻璃層未見裂紋。
權(quán)利要求
1.硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)方法,其特征在于包括以下步驟 1)在完成了擴(kuò)散工序的硅片表面采用氣相沉積法覆蓋SIPOS薄膜,并采用掩膜的方法,去除多余的SIPOS薄膜,只在PN結(jié)表面保留SIPOS薄膜; 2)將玻璃粉的稀釋混合液涂敷在硅片表面,低溫焙燒后,去除多余的玻璃粉,再將硅片置于擴(kuò)散爐內(nèi),在O2氣氛中燒結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)方法,其特征在于在所述步驟1)中,將完成擴(kuò)散和臺(tái)面成型的硅片清洗干凈并甩干后,裝入載片舟,在CVD爐內(nèi)溫度為650±20°C的條件下,無(wú)氧條件下,將SiH4、N2O的混合液進(jìn)行汽化處理60±5分鐘,然后將硅片載片舟拉出,取下硅片;再采用化學(xué)清洗劑對(duì)硅片進(jìn)行清洗并甩干后,再在硅片的表面覆蓋厚度為2 3 iim的光刻膠,將硅片裝入片架,并置于90±5°C的烘箱內(nèi)處理30±5分鐘,取出片架,選擇性曝光、顯影,再將硅片片架置于150±5°C的烘箱內(nèi)處理30±5分鐘后取出;再經(jīng)腐蝕窗口、去除光光刻膠,則在硅片的PN結(jié)表面沉積了 SIPOS薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)方法,其特征在于經(jīng)CVD爐處理后,在硅片上覆蓋的SIPOS薄膜厚度為I 2iim。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)方法,其特征在于所述SiH4、N20的混合液的混合投料質(zhì)量比為85 90 10 15。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)方法,其特征在于所述化學(xué)清洗齊U的組分為順03、HF和冰乙酸,各成分的質(zhì)量比為10 : I : I。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)方法,其特征在于在所述步驟2)中,采用化學(xué)清洗劑對(duì)硅片進(jìn)行清洗并甩干后,在硅片的表面均勻涂敷玻璃粉的稀釋混合液層,并裝入載片舟,在爐內(nèi)溫度為470±5°C的擴(kuò)散爐中,在O2氣氛中焙燒20±2分鐘;再將載片舟拉出擴(kuò)散爐,去除硅片表面多余的玻璃粉,再將硅片裝上載片舟,置于爐內(nèi)溫度為820±5°C的擴(kuò)散爐中,在O2氣氛中燒結(jié)20±2分鐘,然后取出硅片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)方法,其特征在于所述化學(xué)清洗劑的組分為氨水、雙氧水和水,各成分的質(zhì)量比為1:2:5。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)方法,其特征在于所述玻璃粉的稀釋混合液由乙基纖維素和玻璃粉以2. 5 I的質(zhì)量比混合組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)方法,其特征在于在硅片的表面涂敷的玻璃粉的稀釋混合液層的厚度為15 20 ii m。
全文摘要
硅臺(tái)面半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)方法,涉及半導(dǎo)體器件的PN結(jié)保護(hù)工藝技術(shù)領(lǐng)域,在完成了擴(kuò)散工序的硅片表面采用氣相沉積法覆蓋SIPOS薄膜,并采用掩膜的方法,去除多余的SIPOS薄膜,只在PN結(jié)表面保留SIPOS薄膜;再將玻璃粉的稀釋混合液涂敷在硅片表面,低溫焙燒后,去除多余的玻璃粉,再將硅片置于擴(kuò)散爐內(nèi),在O2氣氛中燒結(jié)。本發(fā)明采用半絕緣多晶硅(SIPOS)疊加玻璃鈍化膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)單一的玻璃鈍化膜直接對(duì)臺(tái)面半導(dǎo)體器件進(jìn)行PN結(jié)表面保護(hù)的工藝方法,以提高鈍化效果。
文檔編號(hào)H01L21/56GK102779764SQ201210296649
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者周明, 王榮元, 穆連和, 顧理建 申請(qǐng)人:南通明芯微電子有限公司
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