[發(fā)明專利]一種復(fù)合內(nèi)鈍化膜單溝槽結(jié)構(gòu)高可靠性整流器件應(yīng)用芯片

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811046696.6
• 申請(qǐng)日: 2018-09-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110890415A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮亞寧;曹孫根;黃志祥;朱浩然;汪海波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽微半半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/06
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/06;H01L29/12
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種復(fù)合內(nèi)鈍化膜單溝槽結(jié)構(gòu)高可靠性整流器件應(yīng)用芯片，芯片臺(tái)面的采用單溝槽設(shè)計(jì)，溝槽內(nèi)壁表面采用復(fù)合內(nèi)鈍化層結(jié)構(gòu)，復(fù)合內(nèi)鈍化層由多晶硅膜以及底層高純度納米級(jí)氧化膜、氮化硅膜、玻璃組成。芯片由中間層單晶半導(dǎo)體本體、上層為P型硼結(jié)區(qū)和下層為N型磷結(jié)區(qū)的芯片體、臺(tái)面、上電極金屬層、下電極金屬層。本發(fā)明解決了芯片溝槽采用玻璃作為鈍化層的保護(hù)膜的可靠性差和高溫特性差的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，更具體地說(shuō)涉及一種復(fù)合內(nèi)鈍膜單溝槽高可靠性整流器件應(yīng)用芯片。

背景技術(shù)

在現(xiàn)有技術(shù)中，半導(dǎo)體整流器件應(yīng)用芯片溝槽內(nèi)壁表面采用鈍化結(jié)構(gòu)，保護(hù)芯片P/N結(jié)不受外界水汽和雜質(zhì)的干擾和影響，目前在行業(yè)中通常采用簡(jiǎn)單的、單層的玻璃層，作為半導(dǎo)體整流器件應(yīng)用芯片的溝槽內(nèi)壁表面的鈍化結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其雖然工藝簡(jiǎn)單、成本較低，玻璃熱膨脹系數(shù)與硅襯底匹配性差，玻璃在使用或芯片工作過(guò)程中易破碎，其固定和阻止有害雜質(zhì)能力不佳，如鈉離子等對(duì)器件表面的沾污能力，封裝后的熱穩(wěn)定性和可靠性較差。隨著成品封裝對(duì)半導(dǎo)體整流器件可靠性的不斷需求，需要有一種便于實(shí)施批量生產(chǎn)、批次一致性好、成本適中、可靠性高的溝槽內(nèi)壁表面鈍化結(jié)構(gòu)。對(duì)于鈍化層的基本要求是：能在封裝溫度變化過(guò)程后、且長(zhǎng)期有效地阻止有害雜質(zhì)對(duì)器件表面的沾污；熱膨脹系數(shù)與硅襯底匹配；膜的生長(zhǎng)溫度低；鈍化膜的組份和厚度均勻性好；便于制成后續(xù)提供良好歐姆接觸的金屬層。國(guó)內(nèi)復(fù)合內(nèi)鈍化膜均采用SIPOS（摻氧多晶硅）作為臺(tái)面鈍化保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，其僅能滿足150度結(jié)溫及以下的應(yīng)用場(chǎng)合。在高溫或高壓環(huán)境下可靠性差，芯片反向漏電流上升，芯片失效比例高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于溝槽采用玻璃作為鈍化層的保護(hù)膜的可靠性差和高溫特性差的問(wèn)題。

本發(fā)明提供一種復(fù)合內(nèi)鈍化膜單溝槽結(jié)構(gòu)高可靠性整流器件應(yīng)用芯片，本發(fā)明所述芯片的采用單溝槽設(shè)計(jì)，溝槽內(nèi)壁表面采用復(fù)合內(nèi)鈍化層結(jié)構(gòu)，復(fù)合內(nèi)鈍化層由多晶硅膜以及底層高純度納米級(jí)氧化膜、氮化硅膜、玻璃組成。

本發(fā)明所述芯片由中間層單晶半導(dǎo)體本體、上層為P型硼結(jié)區(qū)和下層為N型磷結(jié)區(qū)的芯片體、臺(tái)面、上電極金屬層、下電極金屬層。

作為本發(fā)明單溝槽的更進(jìn)一步的改進(jìn)，溝槽側(cè)面和上層臺(tái)面的夾角≥120°設(shè)計(jì)。使復(fù)合鈍化層在熱脹冷縮的過(guò)程中在夾角位置不易斷裂。

在硅片擴(kuò)散完成形成P/N結(jié)單向?qū)ê螅诠杵瑑蓚?cè)涂光刻膠，在需要開(kāi)溝的區(qū)域曝光紫外光，放置在顯影液和定影液中，去除開(kāi)溝區(qū)域的光刻膠，使用電子級(jí)的氫氟酸對(duì)溝槽區(qū)域的硅進(jìn)行蝕刻腐蝕，需要分3次完成蝕刻工序，第一次時(shí)間30±2MIN，第二次時(shí)間45±2MIN，第三次時(shí)間100±2MIN，最終使溝槽側(cè)面和上層臺(tái)面的夾角≥120°。

作為本發(fā)明溝槽內(nèi)壁表面采用復(fù)合內(nèi)鈍化層結(jié)構(gòu)，更進(jìn)一步的改進(jìn)是，復(fù)合內(nèi)鈍化層結(jié)構(gòu)除了要求覆蓋在溝槽側(cè)壁外，還要求部分覆蓋在上層臺(tái)面的邊緣區(qū)域，使對(duì)溝槽側(cè)面更好的保護(hù)，提高芯片的穩(wěn)定性和可靠性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用了本發(fā)明的硅整流器件的復(fù)合內(nèi)鈍化層結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明采用的氮化硅膜是惰性介質(zhì)，介質(zhì)特性優(yōu)于直接采用玻璃的二氧化硅性質(zhì)膜以及SIPOS（摻氧多晶硅）內(nèi)鈍化膜，抗鈉能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好，能明顯提高器件的可靠性和穩(wěn)定性。氮化硅膜還有著超高致密性、超強(qiáng)硬度、異常穩(wěn)定的化學(xué)特性及優(yōu)秀的離子與水汽阻擋能力，再敷蓋上特殊的玻璃鈍化材料，使擊穿集中在硅材料體內(nèi)，從而最大限度的提升了擊穿的電壓、降低了表面電場(chǎng)的影響。但氮化硅與單晶硅的結(jié)合能力和粘附能力較弱，本發(fā)明引進(jìn)一層納米級(jí)高純度氧化層以及多晶硅，來(lái)增加氮化硅的粘附性能和牢度。高純度氧化層位于多晶硅底層，不但提供多晶硅的優(yōu)選排序，而且提供多晶硅的黏附層。而多晶硅在其晶核長(zhǎng)成晶面時(shí)因取向不同，所以在形貌上形成“毛面”，有助于增加氮化硅膜的結(jié)合和粘附力。