一种用于高压SiC功率器件的表面钝化层及其制备方法与流程

本发明属于sic高压功率器件制作工艺，具体属于一种用于高压sic功率器件的表面钝化层及其制备方法。

背景技术：

1、碳化硅(sic)作为第三代宽禁带半导体的代表，相比硅等传统半导体具有更大的禁带宽度、更高的工作温度及工作频率、更大的击穿场强及热导率等诸多优势。sic器件在减小通态损耗和开关损耗、提高系统效率的同时也使器件在高温、高湿等恶劣环境中的应用更为可靠。但sic器件的高压终端放电问题一直影响其在高压输电等领域的应用。高压器件的终端钝化技术可以降低表面电场以提高其耐压能力，但器件终端的电场分布不仅依赖于终端设计，同时也与所采用的表面钝化材料密切相关，合理的选用表面钝化材料对器件耐压水平的提高有着显著作用。目前，对于sic器件，最主要的钝化保护是采用聚酰亚胺类(pi)材料，但传统的一步旋涂法得到的聚酰亚胺薄膜厚度一般在15μm以下，所能制备的厚度有限，固化后约12μm以下，所制备的钝化层能够承受的电压有限，无法满足10kv以上sic功率器件的要求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于高压sic功率器件的表面钝化层及其制备方法，能有效解决高压sic器件表面钝化层耐压不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于高压sic功率器件表面钝化层的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：对sic晶圆进行表面处理后，在sic晶圆表面涂敷第一层聚酰亚胺，并进行烘烤，得到第一层聚酰亚胺薄膜；

4、s2：在第一层聚酰亚胺薄膜上涂敷第二层聚酰亚胺，并进行烘烤，得到第二层聚酰亚胺薄膜；

5、s3：对第一层聚酰亚胺薄膜和第二层聚酰亚胺薄膜进行光刻，得到聚酰亚胺薄膜；

6、s4：在保护气氛下，对聚酰亚胺薄膜进行固化，形成聚酰亚胺钝化层。

7、进一步的，s1中，在120℃～140℃高温下，利用六甲基二硅胺烷对sic晶圆进行表面处理。

8、进一步的，s1中，所述涂敷采用旋涂法，旋涂时，主轴转速为低速300rpm～800rpm，时长3s～10s；高速1000rpm～3000rpm，时长为20s～40s。

9、进一步的，s1中，聚酰亚胺涂敷液粘度为12000cp～18000cp。

10、进一步的，s1中，所述烘烤为阶段性升温烘烤，所述阶段性升温烘烤包括第一阶段和第二阶段，具体为：升温速度为5℃/min～20℃/min，第一阶段在60℃～80℃烘烤5min～20min，第二阶段在80℃～120℃烘烤5min～20min。

11、进一步的，s2中，所述涂敷采用旋涂法，旋涂时，主轴转速为低速300rpm～800rpm，时长3s～10s；高速1000rpm～2000rpm，时长为20s～40s。

12、进一步的，s2中，所述烘烤为阶段性升温烘烤，所述阶段性升温烘烤包括第一阶段和第二阶段，具体为：升温速度为5℃/min～20℃/min，第一阶段在60℃～80℃烘烤5min～20min，第二阶段在80℃～120℃烘烤20min～50min。

13、进一步的，s4中，在氮气氛围下进行固化，所述固化为阶段性升温固化，升温速度为5～20℃/min，升温梯度为：在80～100℃固化20～40min、在120～150℃固化20～40min、在180～200℃固化20～40min、在250℃固化20min、在250～380℃固化0.5～2h。

14、进一步的，固化前，第一层聚酰亚胺薄膜和第二层聚酰亚胺薄膜的总厚度大于60μm；固化后，聚酰亚胺钝化保护层厚度大于40μm。

15、本发明还提供一种用于高压sic功率器件的表面钝化层，采用上述制备方法制得，所述表面钝化层的击穿场强大于300v/μm，击穿电压大于10kv。

16、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

17、本发明提供一种用于高压sic功率器件表面钝化层的制备方法，高压sic器件在反偏状态下时，在导体尖端处容易产生尖端放电现象，致使器件失效，本发明采用双层聚酰亚胺作为高压sic芯片表面的钝化保护材料，具有良好的介电性能，其高击穿电压可以保护器件不产生尖端放电的现象，同时还具有优异的机械性能、热稳定性能及抗钠离子沾污等特点，在固化过程中，聚酰胺酸在高温下分子链中的羧基和氨基会发生脱水缩合反应，生产具有优异性能的聚酰亚胺薄膜，本发明提供的聚酰亚胺层涂敷厚度可达60μm以上，固化后厚度可达40μm以上，得到的聚酰亚胺钝化层的击穿场强大于300v/μm，击穿电压可达10kv以上，本发明的表面钝化层可用于高压sic功率器件。

18、本发明的制备方法理论简单易于理解，过程简便、快捷、成本低廉。

19、本发明采用阶段性升温的方式可以使得进行烘烤时溶剂可以均匀地、充分低挥发，提高成膜质量，避免薄膜内部出现缺陷影响其性能，也可以使得固化反应更加充分的进行，生成的水蒸气顺利逸出，避免薄膜内部产生缺陷，降低薄膜内应力、提高成膜质量。

技术特征：

1.一种用于高压sic功率器件表面钝化层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于高压sic功率器件表面钝化层的制备方法，其特征在于，s1中，在120℃～140℃高温下，利用六甲基二硅胺烷对sic晶圆进行表面处理。

3.根据权利要求1所述的一种用于高压sic功率器件表面钝化层的制备方法，其特征在于，s1中，所述涂敷采用旋涂法，旋涂时，主轴转速为低速300rpm～800rpm，时长3s～10s；高速1000rpm～3000rpm，时长为20s～40s。

4.根据权利要求1所述的一种用于高压sic功率器件表面钝化层的制备方法，其特征在于，s1中，聚酰亚胺涂敷液粘度为12000cp～18000cp。

5.根据权利要求1所述的一种用于高压sic功率器件表面钝化层的制备方法，其特征在于，s1中，所述烘烤为阶段性升温烘烤，所述阶段性升温烘烤包括第一阶段和第二阶段，具体为：升温速度为5℃/min～20℃/min，第一阶段在60℃～80℃烘烤5min～20min，第二阶段在80℃～120℃烘烤5min～20min。

6.根据权利要求1所述的一种用于高压sic功率器件表面钝化层的制备方法，其特征在于，s2中，所述涂敷采用旋涂法，旋涂时，主轴转速为低速300rpm～800rpm，时长3s～10s；高速1000rpm～2000rpm，时长为20s～40s。

7.根据权利要求1所述的一种用于高压sic功率器件表面钝化层的制备方法，其特征在于，s2中，所述烘烤为阶段性升温烘烤，所述阶段性升温烘烤包括第一阶段和第二阶段，具体为：升温速度为5℃/min～20℃/min，第一阶段在60℃～80℃烘烤5min～20min，第二阶段在80℃～120℃烘烤20min～50min。

8.根据权利要求1所述的一种用于高压sic功率器件表面钝化层的制备方法，其特征在于，s4中，在氮气氛围下进行固化，所述固化为阶段性升温固化，升温速度为5～20℃/min，升温梯度为：在80～100℃固化20～40min、在120～150℃固化20～40min、在180～200℃固化20～40min、在250℃固化20min、在250～380℃固化0.5～2h。

9.根据权利要求1所述的一种用于高压sic功率器件表面钝化层的制备方法，其特征在于，固化前，第一层聚酰亚胺薄膜和第二层聚酰亚胺薄膜的总厚度大于60μm；固化后，聚酰亚胺钝化保护层厚度大于40μm。

10.一种用于高压sic功率器件的表面钝化层，其特征在于，采用权利要求1～9中任一项所述制备方法制得，所述表面钝化层的击穿场强大于300v/μm，击穿电压大于10kv。

技术总结
本发明提供一种用于高压SiC功率器件的表面钝化层及其制备方法，包括以下步骤：S1：对SiC晶圆进行表面处理后，在SiC晶圆表面涂敷第一层聚酰亚胺，并进行烘烤，得到第一层聚酰亚胺薄膜；S2：在第一层聚酰亚胺薄膜上涂敷第二层聚酰亚胺，并进行烘烤，得到第二层聚酰亚胺薄膜；S3：对第一层聚酰亚胺薄膜和第二层聚酰亚胺薄膜进行光刻，得到聚酰亚胺薄膜；S4：在保护气氛下，对聚酰亚胺薄膜进行固化，形成聚酰亚胺钝化层。本发明的钝化层能有效解决高压SiC器件表面钝化层耐压不足的问题。

技术研发人员：郭晨悦,薛丽霞,王怡鑫,侯斌,薛芫昕,胡长青
受保护的技术使用者：西安微电子技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11