[發明專利]一種提升二氧化硅層耐壓能力的制備方法

在審

• 申請號: 202110278171.0
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113035702A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 董彬;唐發俊;李明達;居斌;薛兵
• 申請（專利權）人: 中電晶華（天津）半導體材料有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/02
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 李美英

本發明涉及一種提升二氧化硅層耐壓能力的制備方法，對石英晶舟和碳化硅槳用酸液進行清洗；將硅襯底片裝在晶舟上通過碳化硅槳從爐口送入到爐管內，硅襯底片參考面位置統一向上；從爐管當前的850℃升到1000℃，通入氫氣，通入氣態二氯二氫硅作為生長輔助氣體，通入氧氣，氫氧點火，進行濕氧化工藝，氮氣停止通入；增加氧氣流量，通入氫氣，通入三氯乙烯氣體；將溫度從1000℃降至850℃，保持通入氮氣，硅襯底片上形成了二氧化硅層；將二氧化硅層放入氮氣退火爐進行退火，至此整套工藝完成。顯著優化了二氧化硅層的質量，電壓耐受能力可以達到90V~100V的水平，能夠滿足目前終端客戶對電壓耐受能力指標要求。

技術領域

本發明涉及一種二氧化硅層材料的制備技術領域的制備方法，尤其涉及一種提升二氧化硅層耐壓能力的制備方法。

背景技術

VDMOS功率器件屬于功率器件的一種，基本結構包含硅襯底片、外延層、源極、漏極柵極多晶硅、柵極二氧化硅層，其中最主要的工藝是高質量二氧化硅層的制備。柵極氧化誘生的層錯缺陷導致柵極漏電失效，它的質量優劣直接關系到VDMOS功率器件的電學性能。

二氧化硅層的優劣與所用硅片本身的質量存在很大的關系，VDMOS功率器件所用硅襯底片采用直拉單晶硅片進行加工，直拉單晶時的氧元素沉淀為這些缺陷生長的原始基礎，氧沉淀的濃度越高，后續生長出的氧化誘生層錯缺陷越多。

當前采用低壓氧化爐生長二氧化硅層，傳統工藝方法為工藝溫度800℃，三氯乙烯50mL/min，升溫速率2℃/min，降溫速率2℃/min。此方法制備的二氧化硅層耐受電壓能力只能夠達到70V，但是隨著科技的不斷進步，已經不能滿足目前終端客戶對電壓耐受能力指標要求，在后期整機使用過程中容易早期失效，對電路中其它元器件造成過壓過流的影響，從而燒毀整個應用電路。目前終端客戶電壓耐受能力指標要求90V~100V，達到此指標后，后期整機使用會處于一個相對安全的使用環境中。

因此傳統工藝方法不能滿足目前二氧化硅層耐受電壓的指標要求，需要進一步提升二氧化硅層的生長質量。

發明內容

鑒于現有技術的狀況及存在的不足，應用領域已經提出需要二氧化硅層耐受電壓達到90V~100V的水平，以減少器件使用時的早期失效問題，增加可靠性。

本發明的目的是克服現有VDMOS功率器件的二氧化硅層的耐壓水平偏低的問題，通過提高工藝溫度和降低升降溫速率，增加氮氣退火工藝釋放二氧化硅層的熱處理時積累的應力，從而提升二氧化硅層的生長質量，獲得一種提升二氧化硅層耐壓能力的制備方法。

本發明采取的技術方案是：一種提升二氧化硅層耐壓能力的制備方法，步驟如下：

第一步、二氧化硅層采用低壓氧化爐生長，生長前需要對所用石英晶舟和碳化硅槳用酸液進行清洗，以清除吸附晶舟卡槽內壁和碳化硅槳表面的附著物，給爐子內的爐管加熱，溫度設定為850℃，通入工藝氮氣進行保護，工藝氮氣流量設定為12 L/min，通入時間為5min，之后加大工藝氮氣流量，流量設定為20 L/min，在高溫下對爐管前期沉積的顆粒通過吹掃方式進行去除，吹掃時間設定為10min，之后將工藝氮氣流量恢復到12 L/min，將爐管升溫速率設為10℃/min，當爐管溫度升至850℃后，穩定15min；

第二步、將硅襯底片裝在晶舟上，然后將晶舟放置在碳化硅槳上，從爐口將碳化硅槳送入到爐管內，移動速度為20cm/min，10min后硅襯底片放置完畢，硅襯底片參考面位置統一向上；爐口，爐中，爐尾分別放置一片監控片，監控片為N型拋光片，電阻率10~20Ω·cm，晶向100，厚度610~640μm；

第三步、從爐管當前的850 ℃升到1000 ℃，升溫速率為1℃/min，需要150min升至1000℃，通入200mL/min的氧氣，然后穩定5min，之后恒溫1000℃保持305min；