一种含氧多晶硅钝化膜的沉积方法及具有该钝化膜的芯片与流程

本发明涉及芯片钝化技术领域，具体涉及一种含氧多晶硅钝化膜的沉积方法及具有该钝化膜的芯片。

背景技术：

硅半导体二极管芯片，一般包括一个或多个pn结，为了保证每个pn结的电特性不受自然环境的影响，通常在制造过程中首先对结暴露于环境的那部分表面进行护封处理，一般通过在结表面覆盖一层保护膜来实现与环境的隔离，这在技术上被称为表面钝化。具有不同电特性的芯片，对于钝化的要求亦不同，通常，通过改变保护膜的种类、厚度来实现表面钝化。膜的种类依据其构成的材料可分为玻璃、氧化硅、氮化硅、半绝缘多晶硅(sipos)等，而即使对于同一种膜，不同的形成方法又导致了不同的物理特性以及不同的成本。

对于台面结构的芯片，一般采用玻璃钝化的方法，在台面的四周做上玻璃，该玻璃覆盖了暴露于台面侧面的所有pn结表面。玻璃是一种很好的绝缘材料，但是玻璃中存在无法去除的气泡，且气泡的击穿电压很低，这与气泡的大小有关。当位于结表面的气泡在一定的电压下击穿时，击穿的气泡中将会流过一个微小的电流，该电流和表面其它漏电流与芯片体内的反向电流之和达到击穿电压的测试电流时，将会使击穿电压在小于体内击穿时提前达到击穿判定条件，这就缩小了击穿电压，缩小的量就是多个并联的气泡的击穿电压。流过击穿气泡的电流将是pn结在该电压下的旁路电流，如果此时所施加的电压正是测试pn结漏电流的电压，则此时的漏电流将是pn结本身的漏电流加流过气泡的旁路电流。所以此时漏电流增加了，且pn结的击穿电压越低，其在该电压下的空间电荷区越窄，结的漏电流增量也越大，其中通过气泡的旁路电流增量也越大。

为了消除玻璃-硅界面上的气泡对pn结反向特性的影响，对隧道击穿模式或隧道-雪崩混合击穿模式的低压pn结，可以在台面的侧面用沉积的薄膜取代玻璃，由于膜中不存在气泡，故不存在气泡击穿后形成的旁路电流，与玻璃钝化相比可以大幅度减小在相同反向电压下测试时的漏电流。常用钝化膜的成分一般为二氧化硅、半绝缘多晶硅，用低压化学气相沉积(lpcvd)的方法将其沉积于晶圆表面，再用光刻的方法去除钝化区以外的不需要的膜。但是实现lpcvd的设备及其昂贵，且其原料气体硅烷(sih4)易燃易爆，而原料气体一氧化二氮(笑气)则具有麻醉作用，二者均需作为特殊气体处理。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中存在的采用低压化学气相沉积方法时设备昂贵、原料气体均为特殊气体的问题，提出了一种含氧多晶硅钝化膜的沉积方法及具有该钝化膜的芯片，该沉积方法可在常压、低温(400～650℃)条件下将硅、一氧化硅、二氧化硅多晶钝化膜沉积于晶圆上，无需特气设备及真空设备，方法简单、成本低。

本发明的技术方案是：

一种含氧多晶硅钝化膜的沉积方法，原料硅醚和氧气在常压、低温条件下于反应室内发生化学气相沉积反应，氮气作为携带气体和稀释气体，通过调节氧气与硅醚的摩尔比例，在一定反应条件下将反应产物硅、一氧化硅、二氧化硅的混合物以薄膜的形态沉积于放置在反应室中的晶圆上。硅醚，分子式为c6h18osi2，在反应室中分解后将形成含硅、一氧化硅、二氧化硅多晶(简称含氧多晶硅)钝化膜及气态的碳氢化合物，含氧多晶硅沉积于晶圆表面及反应室内壁，碳氢化合物由氮气携带出反应室。当反应室内温度一定时，通过控制用作携带气体的氮气的流量来控制反应室内硅醚的浓度，以此控制含氧多晶硅钝化膜的沉积速率。

进一步的，所述氧气与硅醚的摩尔比例为0～8。当反应室中的氧气体积为0时，硅醚分解为硅、一氧化硅、二氧化硅的混合物，该混合物以薄膜的形态沉积于置于反应室的晶圆表面以及反应室的内壁；当反应室中的氧气体积大于0时，硅醚先分解为硅、一氧化硅和二氧化硅的混合物，接着其中的硅、一氧化硅又与氧气反应，部分或全部转化为二氧化硅，转化比例与氧气与硅醚的摩尔比例有关，当氧气与硅醚的摩尔比例大于3/2时接近纯二氧化硅。转化过程只有在两气体分子发生碰撞时才可发生，因此只有当氧气的浓度远大于硅醚浓度时才有较大的碰撞几率，才能保证混合物中二氧化硅所占比例更大。

进一步的，所述低温的温度范围为400～650℃。

进一步的，所述反应室为圆筒形，所述反应室由石英或碳化硅制成。

进一步的，所述硅醚通入反应室的方式为氮气携带，氮气携带硅醚的方式为恒温鼓泡，温度设置为35℃，氮气作为携带气体的流量为5-10ml/min。将硅醚装入鼓泡瓶，通过鼓泡的方式将硅醚蒸汽与氮气混合并带出鼓泡瓶，氮气的流量可调控。当作为携带气体的氮气的流量一定时，为了精确控制反应室内硅醚的浓度，需要精确控制硅醚的挥发速度，通常用恒温装置使鼓泡瓶及其中的硅醚处于恒定的温度，来获得恒定的挥发速度。

进一步的，所述氮气作为稀释气体的流量为50-100ml/min，向反应室提供稀释用氮气的方法为管路汇合引入。通常在鼓泡瓶出口附近将另一路氮气加入同一管路，该路氮气的流量可调，一般比从鼓泡瓶流出的携带气体的流量大，可对从鼓泡瓶带出的高浓度的硅醚气体进行稀释。

进一步的，所述反应室中通入氧气的方法为管路汇合引入，通入氧气的流量范围为0-50ml/min。在反应室的入口处将氧气加入携带气体的气体管路，氧气的流量通常比携带气体的流量小很多且需要精确控制。显然如果氧气量为0，含氧多晶硅膜中的含氧量仅为硅醚分子中的含氧量，此时氧在多晶硅膜中的比例为1/3，当在反应室中加入氧气时，膜中的含氧量将在1/3的基础上随氧的量的增加而增加，直到全部变成二氧化硅。

进一步的，所述反应室内部气流方向上的温度梯度为3℃/10cm，反应时间为90-120min。在反应室内硅醚流动的路径上，为了获得尽量一致的反应产物硅或硅的氧化物的浓度，还需要控制分解速度，因此通过在硅醚的流动方向上设置一温度梯度来逐步增加反应产物的浓度，以此来获得沉积消耗与分解产出的平衡。原料刚进入反应室的一端温度应高于400℃，在气流方向上每前进10cm，温度增加3℃，在不超出650℃的范围内变化。根据对膜的钝化效果的要求，沉积时间在90-120min之间。

进一步的，一种含氧多晶硅钝化膜的沉积方法制备的芯片，所述芯片的表面沉积有硅、一氧化硅、二氧化硅混合物的多晶钝化膜或者二氧化硅钝化膜。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种含氧多晶硅钝化膜的沉积方法可在常压低温条件下反应，采用硅醚和氧气作为反应原料，无需特气设备及真空设备，即可得到与相同含氧量的低压化学气相沉积膜相近的钝化效果，并且相比于低压化学气相沉积方法昂贵的设备，本发明提供的沉积方法操作简单，成本低。

附图说明

图1为本发明实施例10得到的硅醚沉积膜作为钝化膜的低击穿电压双向tvs芯片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种含氧多晶硅钝化膜的沉积方法。

实施例1

将晶圆放入反应室中，设置反应室气流进入一端的温度为400℃，气流方向上的温度梯度为3℃/10cm；将硅醚装入鼓泡瓶中，设置恒温装置的温度为35℃，携带硅醚的氮气流量设置为5ml/min，携带硅醚进入反应室，同时向反应室中通入流量为5ml/min的氧气，并通入流量为50ml/min的稀释用氮气；反应时间110min，至反应产物硅、一氧化硅、二氧化硅的混合物以薄膜的形态沉积于圆晶表面。

实施例2

将晶圆放入反应室中，设置反应室气流进入一端的温度为450℃，气流方向上的温度梯度为3℃/10cm；将硅醚装入鼓泡瓶中，设置恒温装置的温度为35℃，携带硅醚的氮气流量设置为6ml/min，携带硅醚进入反应室，同时向反应室中通入流量为20ml/min的氧气，并通入流量为60ml/min的稀释用氮气；反应时间110min，至反应产物硅、一氧化硅、二氧化硅的混合物以薄膜的形态沉积于圆晶表面。

实施例3

将晶圆放入反应室中，设置反应室气流进入一端的温度为500℃，气流方向上的温度梯度为3℃/10cm；将硅醚装入鼓泡瓶中，设置恒温装置的温度为35℃，携带硅醚的氮气流量设置为7ml/min，携带硅醚进入反应室，同时向反应室中通入流量为30ml/min的氧气，并通入流量为70ml/min的稀释用氮气；反应时间100min，至反应产物硅、一氧化硅、二氧化硅的混合物以薄膜的形态沉积于圆晶表面。

实施例4

将晶圆放入反应室中，设置反应室气流进入一端的温度为550℃，气流方向上的温度梯度为3℃/10cm；将硅醚装入鼓泡瓶中，设置恒温装置的温度为35℃，携带硅醚的氮气流量设置为8ml/min，携带硅醚进入反应室，同时向反应室中通入流量为40ml/min的氧气，并通入流量为80ml/min的稀释用氮气；反应时间90min，至反应产物硅、一氧化硅、二氧化硅的混合物以薄膜的形态沉积于圆晶表面。

实施例5

将晶圆放入反应室中，设置反应室气流进入一端的温度为600℃，气流方向上的温度梯度为3℃/10cm；将硅醚装入鼓泡瓶中，设置恒温装置的温度为35℃，携带硅醚的氮气流量设置为10ml/min，携带硅醚进入反应室，同时向反应室中通入流量为50ml/min的氧气，并通入流量为100ml/min的稀释用氮气；反应时间90min，至反应产物硅、一氧化硅、二氧化硅的混合物以薄膜的形态沉积于圆晶表面。

实施例6

将晶圆放入反应室中，设置反应室气流进入一端的温度为550℃，气流方向上的温度梯度为3℃/10cm；将硅醚装入鼓泡瓶中，设置恒温装置的温度为35℃，携带硅醚的氮气流量设置为5ml/min，携带硅醚进入反应室，同时向反应室中通入流量为5ml/min的氧气，并通入流量为100ml/min的稀释用氮气；反应时间100min，至反应产物硅、一氧化硅、二氧化硅的混合物以薄膜的形态沉积于圆晶表面。

实施例7

将晶圆放入反应室中，设置反应室气流进入一端的温度为550℃，气流方向上的温度梯度为3℃/10cm；将硅醚装入鼓泡瓶中，设置恒温装置的温度为35℃，携带硅醚的氮气流量设置为10ml/min，携带硅醚进入反应室，同时向反应室中通入流量为50ml/min的氧气，并通入流量为50ml/min的稀释用氮气；反应时间90min，至反应产物硅、一氧化硅、二氧化硅的混合物以薄膜的形态沉积于圆晶表面。

实施例8

将晶圆放入反应室中，设置反应室气流进入一端的温度为550℃，气流方向上的温度梯度为3℃/10cm；将硅醚装入鼓泡瓶中，设置恒温装置的温度为35℃，携带硅醚的氮气流量设置为10ml/min，携带硅醚进入反应室，同时向反应室中通入流量为0的氧气，并通入流量为50ml/min的稀释用氮气；反应时间90min，至反应产物硅、一氧化硅、二氧化硅的混合物以薄膜的形态沉积于圆晶表面。

本发明还提供了一种按上述方法制得的芯片。

实施例9

含氧多晶硅钝化膜用于击穿电压>1000v的整流芯片的钝化，步骤如下：

(1)选择晶圆：4”n型<111>晶向，ρ＝35～40ω.cm，厚0.28mm，非抛光表面。

(2)清洗。

(3)将每两片晶圆夹一片磷纸(磷扩散源)作为一组，再将每组叠在一起装入扩散舟；如此每片晶圆的一面将会扩入磷并且会形成一高浓度的磷扩散层。

(4)将装载晶圆和纸源的扩散舟推入扩散炉管中的恒温区。

(5)扩散4小时，温度1215℃；从600℃～1215℃的升温斜率为5℃/min，从1215℃～600℃的降温斜率为1.2℃/min。

(6)浸泡氢氟酸将晶圆分离。

(7)用研磨或吹沙的方法将未扩磷的一面减薄10～15微米。

(8)清洗。

(9)在晶圆未扩磷的一面旋涂溶有饱和三氧化二硼的乙二醇乙醚溶液；其中的硼作为p型杂质扩散源。

(10)将每两片晶圆涂有硼扩散源的一面相对叠在一起作为一组，再将每组叠在一起装入扩散舟。

(11)将装载晶圆和纸源的扩散舟推入扩散炉管中的恒温区。

(12)扩散24小时，温度1260℃；从600℃～1260℃的升温斜率为5℃/min，从1260℃～600℃的降温斜率为1.2℃/min。

(13)浸泡氢氟酸将晶圆分离；现将扩硼的一面定义为p⁺面。

(14)每面各减薄1～3微米。

(15)高温湿氧氧化40min，温度1000℃。

(16)p⁺面一次光刻，开沟道蚀刻窗口。背面只涂胶不做图形。

(17)沟道蚀刻、去胶。

(18)rca清洗。

(19)在晶圆表面沉积多晶钝化膜，沉积方法同实施例1—8。

(20)p⁺面二次光刻，开台面金属化接触窗口。

(21)化学镀镍或化学镀镍金。

(22)点测。

(23)背面激光切割。

(24)裂片，芯片分离。

实施例10

含氧多晶硅钝化膜用于6.4～7.1v的低击穿电压双向tvs(瞬态二极管)芯片的钝化，得到的芯片如图1所示；钝化步骤如下：

(1)选择晶圆：4”p型<111>晶向，ρ＝0.002～0.004ω.cm，厚0.28mm，非抛光表面。

(2)清洗。

(3)按晶圆-磷纸(磷扩散源)-晶圆-磷纸……晶圆的顺序将晶圆与磷纸叠在一起并装入扩散舟。磷纸中所含的磷将作为n型杂质源；如此将在晶圆的两面扩入磷并在距表面一定的深度形成pn⁺结。

(4)将装载晶圆和纸源的扩散舟推入扩散炉管中的恒温区。

(5)扩散6小时，温度1215℃；从600℃～1215℃的升温斜率为5℃/min，从1215℃～600℃的降温斜率为1.2℃/min。

(6)浸泡氢氟酸将晶圆分离。

(7)高温湿氧氧化40min，温度1000℃。

(8)双面一次光刻，开沟道蚀刻窗口。

(9)沟道蚀刻、去胶。

(10)rca清洗。

(11)在晶圆表面沉积多晶钝化膜，沉积方法同实施例1—8。

(12)双面二次光刻或正面、背面分别二次光刻，开台面金属化接触窗口。

(13)化学镀镍或化学镀镍金。

(14)双面点测或正面、背面分别点测。

(15)激光切割。

(16)裂片，芯片分离。

实验例

对本发明实施例10中制得的20颗硅醚沉积膜钝化的双向tvs芯片样品中的40个pn结进行测试，测试数据见下表左半部分；作为对比，本实验例还给出了晶圆及制造背景相同的20颗玻璃钝化的双向tvs样品的测试数据，见下表右半部分：

其中，ir1、ir2分别为每个样品中两个结的漏电流，单位为μa；vb1、vb2分别为相应的击穿电压，单位为v。

由上述表格数据可得出，玻璃钝化、硅醚沉积膜钝化pn结的平均漏电流分别为234.89ua和47.00ua，硅醚沉积膜钝化样品比玻璃钝化产品的漏电流小很多。

以上说明仅为本发明的优选实施例，并非是对本发明的限制，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，在本发明的内容范围内所做出的任何修改、等同替换，均应包含在本发明的专利保护范围之内。