CN105826172A - 一种提升半导体芯片可靠性与良率的钝化保护方法 - Google Patents

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李轶
丁波
裴紫伟
陈瀚
侯金松
杭海燕
徐伟涛
张文亮
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof

Abstract

本发明提供了一种提升半导体芯片可靠性与良率的钝化保护方法，其特征在于，包括如下步骤：钝化前清洗步骤，对完成沟槽化学腐蚀的晶圆片进行清洗；SIPOS薄膜制备步骤，通过LPCVD设备在所述晶圆片上制备SIPOS薄膜；电泳法玻璃钝化步骤，对前述SIPOS薄膜制备步骤后得到的晶圆片进行玻璃粉电泳，电泳完成后进行玻璃烧结；LTO薄膜制备步骤，通过LPCVD设备在所述电泳法玻璃钝化步骤后得到的晶圆片上制备LTO薄膜；引线孔钝化保护层去除步骤，去除所述LTO薄膜制备步骤后得到的晶圆片引线窗口上的LTO薄膜与SIPOS薄膜。本发明可以有效的降低产品的漏电流，提升玻璃工艺的均匀性，提高生产效率、降低生产制造成本。

Description

一种提升半导体芯片可靠性与良率的钝化保护方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种提升半导体芯片可靠性与良率的钝化保护方法。
背景技术
半导体晶圆器件的钝化保护工艺，可以有效地保护PN结，提升二极管、可控硅、晶体管、IGBT、MOSFET、GTO等半导体分立器件和半导体功率器件的可靠性与良率，既能保证高温稳定性，提高了芯片的耐压，降低芯片的反向漏电流，又减少了人工刮涂玻璃操作，还节省了光刻胶和玻璃粉，并提升了上述半导体器件生产效率，降低了制造成本。因此，钝化保护工艺广泛地应用于半导体器件的生产过程当中。
目前国内外的钝化保护工艺主要有，人工刀刮涂覆玻璃法，机器旋转涂覆光阻玻璃法等。人工刀刮玻璃法有许多弊端，例如采用人工手工方式对每片晶圆单片进行涂覆，造成玻璃的厚度均匀性难以保证、刮涂效率低下、带入金属离子污染等，并且人工操作有许多不确定的因素。机器旋转涂覆光阻玻璃法虽然取代了人工，但需要使用光刻胶和玻璃粉混合，使用旋转涂覆和喷淋显影的方式进行玻璃粉涂覆，不但工艺难度较大，而且受光刻胶纯度与混合玻璃的均匀性影响，因此成本较高，玻璃膜厚均匀性无法保证。
无论是刀刮法还是电泳法，都不能有效的解决规模化、批量化生产中，半导体器件界面电荷产生的漏电问题，所以在保证产品质量的前提下，降低产品的漏电流，提升玻璃工艺的均匀性，提高生产效率、降低生产制造成本成为迫在眉睫的问题。
技术方案
本发明针对上述提到的半导体器件界面电荷产生漏电的问题，提出了一种提升半导体芯片可靠性与良率的钝化保护方法，是一种在半导体晶圆器件制造过程中进行钝化保护工艺时，采用SIPOS(半绝缘多晶硅)薄膜和电泳玻璃的钝化保护方法，能够降低半导体芯片的反向漏电流，提升玻璃工艺的均匀性，实现批量化高效率生产、并显著降低玻璃粉和光刻胶的使用量，节约生产制造成本。
鉴于如上所述的目的，本发明的一种提升半导体芯片可靠性与良率的钝化保护方法，包括如下步骤：
钝化前清洗步骤，对完成沟槽化学腐蚀的晶圆片进行清洗；SIPOS薄膜制备步骤，通过LPCVD设备在所述晶圆片上制备SIPOS薄膜；电泳法玻璃钝化步骤，对前述SIPOS薄膜制备步骤后得到的晶圆片进行玻璃电泳，电泳完成后进行玻璃烧结；LTO薄膜制备步骤，通过LPCVD设备在所述电泳法玻璃钝化步骤后得到的晶圆片上制备LTO薄膜；引线孔钝化保护层去除步骤，去除所述LTO薄膜制备步骤后得到的晶圆片引线窗口上的LTO薄膜与SIPOS薄膜。
优选地，所述钝化前清洗步骤采用标准的RCA1溶液、RCA2溶液对所述晶圆片进行清洗。
优选地，所述钝化前清洗步骤对所述晶圆片采用等离子电浆清洗。
优选地，所述SIPOS薄膜步骤中SIPOS薄膜的折射率在1.5-4.5，膜厚在2000埃-10000埃，膜厚均匀性在正负10％以内。
优选地，所述电泳法玻璃钝化步骤中使用电泳槽进行玻璃电泳，所述电泳槽具有可精密调节的直流电压源、用于使玻璃粉悬浊液均匀的大功率超声缸和促进电泳的高功率照射光源；
优选地，所述LTO薄膜的膜厚在1500埃-3000埃，膜厚均匀性在正负10％以内。
优选地，所述引线孔钝化保护层去除步骤中，使用不同品种的酸液，分别去除引线窗口上的LTO薄膜与SIPOS薄膜。
优选地，所述引线孔钝化保护层去除步骤中，先使用BOE溶液去除LTO薄膜，再使用混酸去除SIPOS薄膜，所述混酸的成分比率如下：HNO3:HF:冰乙酸＝18:1:1。
优选地，所述引线孔钝化保护层去除步骤使用等离子蚀刻或激光表面去除一次性去除所述LTO薄膜制备步骤后得到的晶圆片引线窗口上的LTO薄膜与SIPOS薄膜。
本发明的提升半导体芯片可靠性与良率的钝化保护方法使用电子级的化学品对沟槽进行清洗，并引入超声清洗的方法保证金属离子去除干净，使用LPCVD设备制备SIPOS薄膜与LTO薄膜，精准地进行淀积，并通过电泳玻璃的方法，制备玻璃钝化层，最后使用分层去除的方法去除钝化保护层或者等离子蚀刻/激光表面处理一次性去除钝化保护层，可以有效地降低产品的漏电流，提升玻璃工艺的均匀性，提高生产效率、降低生产制造成本。
附图说明
图1是根据本发明的提升半导体芯片可靠性与良率的钝化保护方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。以下实施例并不是对本发明的限制。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中。
实施例1
首先是钝化前清洗步骤，先将开沟好的晶圆片(完成沟槽化学腐蚀的晶圆片)在RCA1(标准RCA湿式化学清洗法1号液)溶液中清洗，然后在纯水中漂洗，接着在RCA2(标准RCA湿式化学清洗法2号液)溶液中清洗，再次在纯水中冲水漂洗，引入流动的纯水超声清洗，并甩干。钝化前清洗步骤保证了PN结附近无残留的金属离子。
接着是SIPOS(半绝缘掺氧多晶硅，Semi-InsulatingPolycrystallineSilicon)薄膜步骤，通过LPCVD(低压力化学气相沉积法，LowPressureChemicalVaporDeposition)设备在清洗后的晶圆片上制备SIPOS薄膜，辅以精准的温度控制、气压真空度控制、硅烷和笑气等气体流量比例控制，以保证SIPOS薄膜的折射率在1.5-4.5，膜厚在2000埃-10000埃，膜厚均匀性在10％以内，其中多晶硅的厚度为50埃-2000埃，MTO(中温化学气相淀积氧化物，MiddletemperatureCVDoxide)的厚度为2000埃-8000埃。本步骤中，使用LPCVD设备制备SIPOS薄膜，精确地控制沉积的气体流量，沉积压力与沉积温度；保证了SIPOS薄膜的折射率、膜厚、均匀性。
接下来是电泳法玻璃钝化步骤，配置玻璃粉悬浮电泳液，将电泳液放入电泳装置中，开启超声振荡，开启光源照射，设置直流电压源，对前述SIPOS薄膜步骤后得到的晶圆片进行电泳，电泳完成后进行玻璃烧结。本步骤中，电泳装置(电泳槽)具有可精密调节的直流电压源、用于使玻璃粉悬浊液均匀的大功率超声缸和促进电泳的高功率照射光源，保证了电泳玻璃的均匀性，并可一次性电泳数十片甚至几十片，实现批量化生产。
接下来是LTO(low-temperatureCVDoxide低温化学气相淀积氧化物)薄膜步骤，通过LPCVD设备在前述电泳法玻璃钝化步骤后得到的晶圆片上制备LTO薄膜，辅以精准的温度控制、气压真空度控制、硅烷和氧气等气体流量比例控制，以保证LTO薄膜的膜厚在1500埃-3000埃，膜厚均匀性在10％以内。本步骤中，使用LPCVD设备制备LTO薄膜，精确的控制沉积的气体流量，沉积压力与沉积温度；保证了LTO薄膜的折射率、膜厚、均匀性。
最后是引线孔钝化保护层选择性去除步骤，选择性去除前述LTO步骤后得到的晶圆片上的钝化保护层时，先使用BOE溶液去除LTO薄膜，再使用混酸去除SIPOS薄膜。其中，较佳地，混酸的成分和其比率如下：
硝酸:氢氟酸:冰乙酸＝18:1:1。
本步骤中，使用不同品种的酸液，分别去除晶圆片引线窗口上的LTO薄膜与SIPOS薄膜，保证了引线窗口内没有任何薄膜的残留。
实施例2
首先是钝化前清洗步骤，先将开沟好的晶圆片使用等离子清洗。钝化前清洗步骤保证了PN结附近无残留的金属离子。
接着是SIPOS薄膜步骤，通过LPCVD设备制备SIPOS薄膜，辅以精准的温度、气压、气体流量控制，以保证SIPOS薄膜的折射率在1.5-4.5，膜厚在2000埃-10000埃，膜厚均匀性在10％以内，其中多晶硅的厚度为50埃-2000埃，MTO的厚度为2000埃-8000埃。
接下来是电泳法玻璃钝化步骤，配置玻璃粉悬浮电泳液，将电泳液放入电泳装置中，开启超声振荡，开启光源照射，设置直流电压源进行电泳，电泳完成后进行玻璃烧结。
接下来是LTO步骤，通过LPCVD设备制备LTO薄膜，辅以精准的温度、气压、气体流量控制，以保证LTO薄膜的膜厚在1500埃-3000埃，膜厚均匀性在10％以内。
最后是引线孔钝化层除去步骤，使用等离子蚀刻或激光表面处理一次性除去引线孔区域的所有薄膜。
利用实施例2的方法能够得到与实施例1同样的技术效果。
显然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种提升半导体芯片可靠性与良率的钝化保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
钝化前清洗步骤，对完成沟槽化学腐蚀的晶圆片进行清洗；
SIPOS薄膜制备步骤，通过LPCVD设备在所述晶圆片上制备SIPOS薄膜；
电泳法玻璃钝化步骤，对前述SIPOS薄膜制备步骤后得到的晶圆片进行玻璃电泳，电泳完成后进行玻璃烧结；
LTO薄膜制备步骤，通过LPCVD设备在所述电泳法玻璃钝化步骤后得到的晶圆片上制备LTO薄膜；
引线孔钝化保护层去除步骤，去除所述LTO薄膜制备步骤后得到的晶圆片引线窗口上的LTO薄膜与SIPOS薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钝化前清洗步骤采用标准的RCA1溶液、RCA2溶液对所述晶圆片进行清洗。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钝化前清洗步骤对所述晶圆片清洗采用等离子电浆清洗。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SIPOS薄膜步骤中SIPOS薄膜的制备使用硅烷和笑气，SIPOS薄膜的折射率在1.5-4.5，膜厚在2000埃-10000埃，膜厚均匀性在10％以内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电泳法玻璃钝化步骤中使用电泳槽进行玻璃电泳，所述电泳槽具有可精密调节的直流电压源、用于使玻璃粉悬浊液均匀的大功率超声缸和促进电泳的高功率照射光源。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LTO薄膜的制备使用硅烷和氧气，LTO薄膜厚度在1500埃-3000埃，膜厚均匀性在10％以内。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引线孔钝化保护层去除步骤中，使用不同品种的酸液，分别去除所述晶圆片引线窗口上的LTO薄膜与SIPOS薄膜。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述引线孔钝化保护层去除步骤中，先使用BOE溶液去除LTO薄膜，再使用混酸去除SIPOS薄膜，所述混酸的成分比率如下：HNO3:HF:冰乙酸＝18:1:1。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引线孔钝化保护层去除步骤使用等离子蚀刻或激光表面去除一次性去除所述LTO薄膜制备步骤后得到的晶圆片引线窗口上的LTO薄膜与SIPOS薄膜。
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