专利名称：一种硅半导体台面器件的复合钝化工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于功率半导体器件加工领域，特别涉及一种掺氧半绝缘多晶硅和聚酰亚胺复合钝化工艺。
背景技术：
一般半导体台面器件表面常用SiO2、Si3N4、磷硅玻璃(PSG)以及非晶硅氢(α-Si:H)半绝缘膜进行钝化。但这些钝化膜有着许多不足。SiO2钝化膜内存在固定电荷和可动钠离子；Si3N4与Si之间的应力较大，易与Si器件表面形成高密度的表面缺陷；PSG易吸潮且在高温下会释放出钠离子；α-Si:H虽然钝化效果较好，但当热处理温度高于200℃时，造成H的溢出，大大降低了其钝化能力。掺氧半绝缘多晶硅膜的出现使得器件钝化，但单独掺氧半绝缘多晶硅膜不能阻挡钠离子，因此需要在掺氧半绝缘多晶硅膜外覆盖一层有机膜来达到保护掺氧半绝缘多晶硅膜的目的。因此，在美国专利(No.US5,661,079)中，采用掺氧SIPOS+掺氮SIPOS+SiO2的复合钝化结构。美国专利(No.US2002/0130330 A1)中，采用掺氧SIPOS+SiO2的复合钝化结构。美国专利(No.US4,297,149)中，在金属化前对掺氧SIPOS进行退火处理，以改善其钝化效果。这样会增加制造成本。而且，生长SiO2膜的温度较高，与现行的高压硅半导体台面器件的工艺不兼容。虽然聚酰亚胺在高温下也会产生离子输运，但聚酰亚胺具有良好的耐热性能(可在300℃-400℃高温下使用)、介电性能(介电常数2.8-3.5)、粘附性能、耐辐射性能(在1010rad的γ射线和快中子作用下，电性能和力学性能的变化很小)和很好的化学稳定性(抗有机溶剂和潮气的侵蚀)。因此，可以作为一种优良的二次钝化材料。
发明内容
针对上述钝化工艺存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种简单易行的硅半导体台面器件的复合钝化工艺，即采用掺氧半绝缘多晶硅作为主钝化层和聚酰亚胺作为二次钝化层的复合钝化工艺。
本发明采用的解决方案是将前述管芯在HF∶HNO3∶H2O混合液中处理以大大降低硅半导体台面器件的表面态；利用直流辉光放电在半导体器件的终端台面上淀积一层掺氧半绝缘多晶硅膜；在掺氧半绝缘多晶硅膜上涂敷聚酰亚胺，达到复合钝化的目的。
本发明的工艺简单，得到的硅半导体台面器件具有良好的稳定性和可靠性。特别地，硅半导体台面器件的高温特性得到了显著的改善。
具体实施例方式
本发明是将硅半导体器件作常规的终端台面造型、腐蚀及清洗处理后，在配比为1∶8∶8的HF∶HNO3∶H2O混合液中处理1-2分钟，这样可以填补台面表面处的悬挂键，大大降低硅半导体台面器件的表面态。采用直流辉光放电法，将直流高压2500V-3000V加在真空反应室内的两个平行的极板上，其中阴极接高压端，阳极与真空系统和真空室同时接地。将电阻率大于500Ω·cm的高阻硅单晶作为溅射源放在阴极板上；将钝化的硅半导体台面器件放在阳极板上，两个平行极板的间距为3cm～8cm。再用铝制挡板将待钝化的硅半导体台面器件的阴极电接触遮挡，即只露出器件的台面部分。然后，充溅射气体氩气和氧气混合气体，氩气和氧气的流量比控制在0.5％-15％范围内。真空室内的真空度为3×10-2-1×10-3乇。这时，施加的直流高压使其产生辉光放电，辉光放电产生的正离子高速向阴极运动，轰击阴极的硅靶，被轰击出来的硅原子与氧气反应的生成物淀积到硅半导体器件的台面上。然后，将半导体器件自然冷却至小于60℃，将聚酰亚胺涂敷于已淀积的掺氧半绝缘多晶硅膜上，在烘箱中120℃预烘30分钟；140℃预固化3小时；在N2气保护下300℃固化1小时。
实施例1(1)将经台面造型的整流管芯或晶闸管管芯进行常规的清洗、烘干。
(2)将前述管芯在配比为1∶8∶8的HF∶HNO3∶H2O混合液中处理1分钟。
(3)将前述处理后的管芯作常规的清洗后烘干或用N2气吹干、备用。
(4)将电阻率为(＞500Ω·cm)的高阻硅单晶作为溅射源放在阴极板上，钝化的硅半导体台面器件放在阳极板上，两个平行极板的间距为4.5cm。
(5)用铝制挡板将待钝化的硅半导体台面器件的阴极电接触遮挡，即只露出器件的台面部分。
(6)充氩气和氧气混合气体，氩气和氧气的流量比为5％；真空室内的真空度为1×10-2乇；将直流高压3000V加在真空反应室内的两个平行的极板上(阴极接高压端，阳极与真空系统和真空室同时接地)；溅射时间为约15分钟。
(7)管芯自然冷却至小于60℃。
(8)在掺氧半绝缘多晶硅膜上涂敷聚酰亚胺。并静止放置10分钟。
(9)将涂敷聚酰亚胺的管芯放入烘箱中，抽真空或N2气保护下120℃预烘30分钟；(10)继续升温至140℃，抽真空或N2气保护下预固化3小时；(11)抽真空或N2气保护下300℃固化1小时。
(12)将管芯自然降温至室温后取出即可。
实施例2(1)将经腐蚀形成正台面或负台面的晶体管管芯进行常规的清洗、烘干。
(2)将前述管芯在配比为1∶8∶8的HF∶HNO3∶H2O混合液中处理1分钟。
(3)将前述处理后的管芯作常规的清洗后烘干或用N2气吹干、备用。
(4)将电阻率为(＞500Ω·cm)的高阻硅单晶作为溅射源放在阴极板上，钝化的硅半导体台面器件放在阳极板上，两个平行极板的间距为4.5cm。
(5)用铝制挡板将待钝化的硅半导体台面器件的阴极电接触遮挡，即只露出器件的台面部分。
(6)充氩气和氧气混合气体，氩气和氧气的流量比为5％；真空室内的真空度为1×10-2乇；将直流高压3000V加在真空反应室内的两个平行的极板上(阴极接高压端，阳极与真空系统和真空室同时接地)；溅射时间为约20分钟。
(7)将管芯自然冷却至小于60℃。
(8)涂敷聚酰亚胺，并静止放置10分钟。
(9)将涂敷聚酰亚胺的管芯放入烘箱中，抽真空或N2气保护下120℃预烘30分钟；(10)继续升温至140℃，抽真空或N2气保护下预固化3小时；(11)抽真空或N2气保护下300℃固化1小时。
(12)将管芯自然降温至室温后取出即可。
本发明提供的复合钝化工艺同时也适用于其他采用台面造型的硅半导体器件。
权利要求
1.一种硅半导体台面器件的复合钝化工艺，其特征在于，利用直流辉光放电的方法，在半导体器件的终端台面上淀积一层掺氧半绝缘多晶硅膜，再在掺氧半绝缘多晶硅膜上涂敷聚酰亚胺，使半导体台面器件钝化；包括以下步骤1)将经台面造型的硅台面半导体器件作常规的终端台面造型并进行常规的腐蚀、清洗；2)将前述管芯在配比为1∶8∶8的HF∶HNO3∶H2O混合液中处理1-2分钟。3)将前述处理后的管芯作常规的清洗后烘干或用N2气吹干、备用。4)将电阻率大于500Ω·cm的高阻硅单晶作为溅射源放在真空反应室内的阴极板上，将钝化的硅半导体台面器件放在阳极板上，两个平行极板的间距为3cm～8cm；5)用铝制挡板将待钝化的硅半导体台面器件的阴极电接触遮挡，即只露出器件的台面部分。6)在真空反应室内充溅射气体氩气和氧气混合气体，氩气和氧气的流量比控制在0.5％-15％之间；使真空室内的真空度为1×10-2乇；7)将直流高压3000V加在真空反应室内的两个平行的极板上，其中阴极接高压端，阳极与真空系统和真空室同时接地，溅射时间为15min；直流高压使其产生辉光放电，辉光放电产生的正离子高速向阴极运动，轰击阴极的硅靶，被轰击出来的硅原子与氧气反应的生成的掺氧半绝缘多晶硅膜淀积到硅半导体器件的台面上；8)将硅半导体台面器件自然冷却至小于60℃后，将聚酰亚胺涂敷于已淀积的掺氧半绝缘多晶硅膜上，并静止放置10分钟；9)将涂敷聚酰亚胺的管芯放入烘箱中，抽真空或N2气保护下120℃预烘30分钟；10)继续升温至140℃，抽真空或N2气保护下预固化3小时；11)抽真空或N2气保护下300℃固化1小时；12)将管芯自然降温至室温后取出即可。
全文摘要
本发明公开了一种硅半导体台面器件的复合钝化工艺，利用直流辉光放电法，在半导体器件的终端台面上淀积一层掺氧半绝缘多晶硅膜，再在掺氧半绝缘多晶硅膜上涂敷聚酰亚胺，达到钝化半导体台面器件的目的。采用本发明所提供的复合钝化工艺得到的硅半导体台面器件，具有良好的稳定性和可靠性。特别地，器件的高温特性得到了显著的改善。
文档编号H01L21/02GK1564311SQ20041002605
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月20日 优先权日2004年4月20日
发明者朱长纯, 王颖, 刘君华, 吴春瑜 申请人:西安交通大学