CN113611607A - 半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,属于快恢复芯片生产领域,其特征在于,首先对晶圆进行清洗,保证其表面洁净,然后采用低温化学气相沉积法在晶圆表面形成一层氧化隔离膜,膜厚在>6000埃;再依次经光刻、沟槽蚀刻、电泳法玻璃钝化、金属化制得快恢复芯片;本发明在晶圆表面形成一层致密的隔离膜,通过把控氧化温度及时间保证其隔离膜能有效的保阻断钝化时玻璃粉在台面上的沉积,同时又保证产品TRR不受温度影响,确保产品的一致性,实现快恢复芯片的规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及快恢复芯片生产领域,具体涉及一种半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法。
背景技术
随着高频大功率半导体器件研发和制造技术的快速发展,尤以 IGBT、VDMOS为代表的功率开关器件在生活中的应用愈加广泛和深入,快速恢复二极管市场需求量非常巨大。
现有技术中,快恢复芯片的生产多采用刮涂法工艺,其产品玻璃均匀性较差,对台面的保护不好同时刮涂法在作业过程对人员的依赖性较高,不利于规模化生产。
电泳工艺是GPP芯片常用的生产工艺,其采用自动化设备进行作业,在一定程度上摆脱劳动力的限制。但是,由于快恢复芯片扩散掺杂铂金以及产品TRR参数的特性,电泳工艺中所涉氧化方式生成的绝缘隔离介质膜会对产品TRR的一致性造成影响。因此,现有的电泳工艺无法适用于快恢复芯片的制造工艺中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种解决快恢复芯片生产过程中由于常规氧化影响产品TRR一致性的问题的半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,光刻前在晶圆表面形成一层致密的隔离膜,通过把控氧化温度及时间保证其隔离膜能有效的阻断钝化时玻璃粉在台面上的沉积,同时又保证产品TRR不受温度影响,确保产品的一致性。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,其特征在于,首先对晶圆进行清洗,保证其表面洁净,然后采用低温化学气相沉积法在晶圆表面形成一层氧化隔离膜,膜厚在>6000埃;再依次经光刻、沟槽蚀刻、电泳法玻璃钝化、金属化制得快恢复芯片,进一步的,晶圆清洗过程中依次采用酸洗、RCA1溶液清洗、纯水来对晶圆进行清洗。
更进一步的,所述酸洗过程中酸液采用体积比为18:1:1的HNO3:HF:冰乙酸的混酸。
更进一步的,所述RCA1溶液清洗过程中采用标准RCA湿式化学清洗法1号液即水:双氧水:氨水的体积比= 5:1:1。
进一步的,所述氧化隔离膜的形成是在LPCVD设备中完成的,通过LPCVD设备在上述清洗后得到的晶圆片上制备LTO薄膜,膜厚在6000埃-7000埃,膜厚均匀性在10%以内。
更进一步的,LPCVD设备中,控制沉积的气体流量SIH4 110sccm、O2 150sccm,沉积压力SIH4 1.5-2.5bar O2/N2 2-6bar,沉积温度600℃,保证LTO薄膜的折射率、膜厚、均匀性。
进一步的,所述光刻是在光刻机中进行,将表面匀好光刻胶的晶圆放置在设备操作盘上,利用和光刻版软接触的方式,进行曝光,然后晶圆片浸入显影液中进行显定影。
进一步的,所述沟槽蚀刻即将光刻后的晶圆放置在-7℃的酸液中,其中酸液采用HNO3:HF:CH3COOH:H2SO4的体积比=9:9:12:4的混酸,通过控制酸液的腐蚀时间500 -700s来达到规格要求的槽深和槽宽,腐蚀后将晶圆表面的光刻胶通过硫酸和双氧水的混合溶液去除,抽水并甩干。
进一步的,所述电泳法玻璃钝化为:将晶圆片放置在电泳液中,开启电泳机,通过控制玻璃粉的重量以及电泳时间使玻璃粉均匀饱满地附着在沟槽内,电泳完的晶圆通过钝化炉高温熔融形成晶体玻璃。
具体地,将硅片平行置于夹具的正负极板间的沟槽内,夹具固定在电泳设备上,通过设备的上下提动放置在电泳溶液内,通电后电泳溶液中丙酮是作为悬浊介质,硝酸作为电解质,使玻璃粉离子带负电,在直流电场的作用下玻璃颗粒向正电极上硅片方向运动,沉淀在硅片上,晶圆表面因附着一层致密的LTO 氧化膜,阻挡玻璃粉在表面的沉淀,通过控制玻璃粉的重量以及电泳时间使玻璃粉匀均饱满的附着在沟槽内,电泳完的晶圆通过钝化高温熔融形成晶体玻璃,来达到保护PN结的目的。
进一步的,所述金属化是指在晶圆表面通过镀镍机电镀的方式在表面电镀一层镍金属。
本发明的有益效果是:本发明改善快恢复芯片的传统生产工艺,采用电泳工艺并配以特定不可更改的工艺顺序,即在光刻工序前通过LPCVD(低温化学气相沉积)工艺方式,在晶圆表面沉积一层致密氧化膜,LPCVD 拥有极佳的台阶覆盖性,良好的组成成分和结构控制性,较高的沉积速率,其隔离膜能有效的保阻断钝化时玻璃粉在台面上的沉积,并且这种方法不需要载离子气体,大大降低了颗粒污染,应用于快恢复芯片的电泳工艺中,能够有效解决生产过程中常规氧化影响产品TRR一致性的问题,保证产品TRR不受温度影响,确保产品的一致性。从而实现了快恢复芯片的电泳工艺制作,能够实现快恢复芯片的规模化生产。相比现有技术中在电泳工序后施加LTO保护,其目的是对产片沟槽结构的保护,提升产品可靠性;而本发明的制作流程顺序不得变更,本发明低温氧化隔离膜的作用如前所述与LTO后置于电泳工序所起的作用截然不同。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明的原理和特征进行描述,所举实施例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1所示,本实施例的半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,包括如下步骤:
1)依次采用酸洗、RCA1溶液清洗、纯水来对晶圆进行清洗,保证其表面洁净。其中,酸洗过程中酸液采用体积比为18:1:1的HNO3:HF:冰乙酸的混酸,RCA1溶液清洗过程中采用标准RCA湿式化学清洗法1号液即水:双氧水:氨水的体积比= 5:1:1。
2)采用低温化学气相沉积法在晶圆表面形成一层氧化隔离膜,膜厚在>6000埃。该过程是在LPCVD设备中完成的,通过LPCVD设备在上述清洗后得到的晶圆片上制备LTO薄膜,膜厚在6000埃-7000埃,膜厚均匀性在10%以内;
LPCVD设备中,控制沉积的气体流量SIH4 110sccm、O2 150sccm,沉积压力SIH41.5-2.5bar O2/N2 2-6bar,沉积温度600℃,保证LTO薄膜的折射率、膜厚、均匀性。
3)光刻:在光刻机中进行,将表面匀好光刻胶的晶圆放置在设备操作盘上,利用和光刻版软接触的方式,进行曝光10S,然后晶圆片浸入显影液中进行显定影。
4)沟槽蚀刻:将光刻后的晶圆放置在-7℃的酸液中,其中酸液采用HNO3:HF:CH3COOH:H2SO4的体积比=9:9:12:4的混酸,通过控制酸液的腐蚀时间500 -700s来达到规格要求的槽深和槽宽,腐蚀后将晶圆表面的光刻胶通过硫酸和双氧水的混合溶液去除(硫酸和双氧水的比例为2:1),抽水10分钟放入甩干机甩干。
5)电泳法玻璃钝化:将晶圆片放置在电泳液(丙酮8L+玻璃粉30g-40g+硝酸1ml)中,开启电泳机,通过控制玻璃粉的重量以及电泳时间使玻璃粉均匀饱满地附着在沟槽内,电泳完的晶圆通过钝化炉高温熔融形成晶体玻璃;
具体地,将硅片平行置于夹具的正负极板间的沟槽内,夹具固定在电泳设备上,通过设备的上下提动放置在电泳溶液内,通电后电泳溶液中丙酮是作为悬浊介质,硝酸作为电解质,使玻璃粉离子带负电,在直流电场的作用下玻璃颗粒向正电极上硅片方向运动,沉淀在硅片上,晶圆表面因附着一层致密的LTO 氧化膜,阻挡玻璃粉在表面的沉淀,通过控制玻璃粉的重量以及电泳时间使玻璃粉匀均饱满的附着在沟槽内,电泳完的晶圆通过钝化高温熔融形成晶体玻璃,来达到保护PN结的目的。
6)金属化:在晶圆表面通过镀镍机电镀的方式在表面电镀一层镍金属,制得快恢复芯片。
对比例
本对比例采用现有常用的刮涂法制备快恢复芯片,其生产流程为:光刻、蚀刻、RCA清洗、刮涂、金属化。具体步骤如下:
1)光刻即在光刻机中进行,将表面匀好光刻胶的晶圆放置在设备操作盘上,利用和光刻版软接触的方式,进行曝光,然后晶圆片浸入显影液中进行显定影。
2)沟槽蚀刻即将光刻后的晶圆放置在-7℃的酸液中,其中酸液采用HNO3:HF:CH3COOH:H2SO4的体积比=9:9:12:4的混酸,通过控制酸液的腐蚀时间500 -700s来达到规格要求的槽深和槽宽,腐蚀后将晶圆表面的光刻胶通过硫酸和双氧水的混合溶液去除,冲水并甩干。
3)RCA1溶液清洗过程中采用标准RCA湿式化学清洗法1号液即水:双氧水:氨水的体积比= 5:1:1。
4)刮涂即将清洗好的晶圆通过人工涂抹的方式将配好的玻璃粉(无水乙醇:玻璃粉 1:1.5)匀均的涂抹在沟槽内,完成涂抹后将晶圆片放置在石英舟,然后通过玻璃钝化炉进行高温的熔融。
5)金属化是指在晶圆表面通过镀镍机电镀的方式在表面电镀一层镍金属,作为电路的内引线。
上述实施例和对比例所得产品的技术参数见下表。
备注:快恢复产品包括FR 产品及SF产品
FR (Fast Recovery Rectifier Diode): 快恢复二极管
SF (Super Fast Recovery Rectifier Diode): 超快恢复二极管
VF: 最大正向压降
VR: 反向击穿电压
IR: 反向漏电流
TRR:反向恢复时间。
通过上述表中数据及批量生产表明,实施例采用电泳方法生产的产品与现有技术中现用工艺即对比例刮涂法生产的产品品质相当,技术参数与可靠性有明显优势。
Claims (10)
1.半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,其特征在于,首先对晶圆进行清洗,保证其表面洁净,然后采用低温化学气相沉积法在晶圆表面形成一层氧化隔离膜,膜厚在>6000埃;再依次经光刻、沟槽蚀刻、电泳法玻璃钝化、金属化制得快恢复芯片。
2.根据权利要求1所述的半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,其特征在于,晶圆清洗过程中依次采用酸洗、RCA1溶液清洗、纯水来对晶圆进行清洗。
3.根据权利要求2所述的半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,其特征在于,所述酸洗过程中酸液采用体积比为18:1:1的HNO3:HF:冰乙酸的混酸。
4.根据权利要求2所述所述的半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,其特征在于,所述RCA1溶液清洗过程中采用标准RCA湿式化学清洗法1号液即水:双氧水:氨水的体积比= 5:1:1。
5.根据权利要求1所述所述的半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,其特征在于,所述氧化隔离膜的形成是在LPCVD设备中完成的,通过LPCVD设备在上述清洗后得到的晶圆片上制备LTO薄膜,膜厚均匀性在10%以内。
6.根据权利要求5所述所述的半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,其特征在于,LPCVD设备中,控制沉积的气体流量SIH4 110sccm、O2 150sccm,沉积压力SIH4 1.5-2.5bar O2/N2 2-6bar,沉积温度600℃。
7.根据权利要求1所述所述的半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,其特征在于,所述光刻是在光刻机中进行,将表面匀好光刻胶的晶圆放置在设备操作盘上,利用和光刻版软接触的方式,进行曝光,然后晶圆片浸入显影液中进行显定影。
8.根据权利要求1所述所述的半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,其特征在于,所述沟槽蚀刻即将光刻后的晶圆放置在-7℃的酸液中,其中酸液采用HNO3:HF:CH3COOH:H2SO4的体积比=9:9:12:4的混酸,通过控制酸液的腐蚀时间500-700s来达到规格要求的槽深和槽宽,腐蚀后将晶圆表面的光刻胶通过硫酸和双氧水的混合溶液去除,抽水并甩干。
9.根据权利要求1所述所述的半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,其特征在于,所述电泳法玻璃钝化为:将晶圆片放置在电泳液中,开启电泳机,通过控制玻璃粉的重量以及电泳时间使玻璃粉均匀饱满地附着在沟槽内,电泳完的晶圆通过钝化炉高温熔融形成晶体玻璃。
10.根据权利要求1所述所述的半导体分立器件快恢复芯片的电泳工艺制造方法,其特征在于,所述金属化是指在晶圆表面通过镀镍机电镀的方式在表面电镀一层镍金属。
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2021
- 2021-08-26 CN CN202110986211.7A patent/CN113611607A/zh active Pending
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