一种终端钝化方法及半导体功率器件与流程

本发明涉及半导体功率器件制备技术领域，具体涉及一种终端钝化方法及半导体功率器件。

背景技术：

半导体功率器件广泛应用于工业加工，家用电器，交通运输，智能电网，国防军事装备和航空航天等领域，因此需要具备较高的可靠性。目前主要是在半导体功率器件的结构设计和工艺流程上，尤其是在其终端钝化的结构设计和工艺流程上提高半导体功率器件的可靠性。

半导体功率器件的终端一般为采用平面工艺制造的平面终端，如双极性器件或场效应器件。平面终端可以采用覆盖薄膜的方式对其进行钝化，阻挡有害杂质离子向衬底表面扩散，从而提高半导体功率器件的可靠性。其中，钝化薄膜主要包括硼磷硅玻璃(Boro Phospho Silicate Glass，BPSG)、氮化硅、半绝缘多晶硅(Semi-Insulating Polycrystalline Silicon，SIPOS)、氮氧化硅、聚酰亚胺(Polyimide，PI)和玻璃等。半绝缘多晶硅由于具备下述优点被广泛使用：

1、半绝缘性。其电阻率为1E7～1E10Ω.cm。

衬底表面感应产生的电荷流入半绝缘多晶硅薄膜时，能够形成空间电荷层；该空间电荷层与绝缘层相比能更有效的屏蔽外电场，与金属层相比不会产生过大的漏电流。

2、不产生固定电荷，即保持电中性。

衬底表面感应产生的电荷流入半绝缘多晶硅薄膜时，能够形成空间电荷层；该空间电荷层与绝缘层相比能更有效的屏蔽外电场，与金属层相比不会产生过大的漏电流。

3、存在缺陷能级，能有效屏蔽外电场，大大降低了表面效应。

当半绝缘多晶硅受到正电场作用时能够建立负的空间电荷区以屏蔽外电场。同样，当受到负电场作用时则能够建立正的空间电荷区以屏蔽外电场，使半导体功率器件表面表现出相当稳定的特性，大大降低了表面效应，减小了表面漏电流。

但是，半绝缘多晶硅具有一定的吸潮性，对Na离子及水汽的阻挡能力很弱，当半导体功率器件工作于恶劣环境时可能造成半导体功率器件的可靠性大大降低，影响其正常工作。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种终端钝化方法及半导体功率器件。

第一方面，本发明中一种终端钝化方法的技术方案是：

所述方法包括：

在半导体功率器件上顺次淀积半绝缘多晶硅薄膜、氮化层、二氧化硅层和钝化层，形成多层复合钝化层。

进一步地，本发明提供优选技术方案为：所述在半导体功率器件上淀积半绝缘多晶硅薄膜之前包括：

在所述半导体功率器件的硅衬底表面生长氧化层，对所述氧化层进行光刻和刻蚀形成有源区窗口，向硅衬底进行掺杂形成PN结；

在所述氧化层及其所在平面上淀积半绝缘多晶硅薄膜，并对所述半绝缘多晶硅薄膜进行光刻和刻蚀形成引线孔。

进一步地，本发明提供优选技术方案为：所述在半绝缘多晶硅薄膜上淀积氮化层包括：

在充满氮气的环境下对所述半绝缘多晶硅薄膜进行激光退火，在其表面形成氮化层。

进一步地，本发明提供优选技术方案为：所述在二氧化硅层上淀积钝化层之前包括：

在所述二氧化硅层上淀积金属层，所述金属层向下填入所述引线孔且与所述硅衬底的有源区接触；对所述金属层进行光刻和刻蚀形成金属电极。

进一步地，本发明提供优选技术方案为：在所述二氧化硅层上淀积钝化层包括：

在所述半导体功率器件的金属电极及其所在平面上淀积钝化层，并对所述钝化层进行光刻和刻蚀形成焊接窗口。

进一步地，本发明提供优选技术方案为：

所述氧化层的厚度为8000～20000埃；

所述钝化层为聚酰亚胺薄膜层。

第二方面，本发明中一种半导体功率器件的技术方案是：

所述半导体功率器件包括：

硅衬底；

氧化层，所述氧化层淀积在所述硅衬底上；

半绝缘多晶硅薄膜，所述半绝缘多晶硅薄膜淀积在所述氧化层上，所述半绝缘多晶硅薄膜包括引线孔；

氮化层，所述氮化层通过对所述半绝缘多晶硅薄膜进行激光退火生长在其表面；

二氧化硅层，所述二氧化硅层淀积在所述氮化层上；

金属层，所述金属层淀积在所述二氧化硅层上，并向下填入所述引线孔且与所述硅衬底的有源区接触；

钝化层，所述钝化层淀积在所述金属层上，并在所述金属层上形成焊接窗口。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种终端钝化方法，通过制造多层复合钝化层可以提高半导体功率器件的密封性，阻挡有害杂质离子向衬底表面扩散，同时在半绝缘多晶硅薄膜上淀积氮化层，可以阻挡水汽和钠离子，从而提高半导体功率器件的可靠性；

2、本发明提供的一种半导体功率器件，包括绝缘多晶硅薄膜、氮化层、二氧化硅层和钝化层构成多层复合结构，能够显著提高半导体功率器件的密封性，使其应用于恶劣环境下时也可以保持较高的可靠性。

附图说明

图1：本发明实施例中氧化层示意图；

图2：本发明实施例中有源区窗口示意图；

图3：本发明实施例中PN结示意图；

图4：本发明实施例中半绝缘多晶硅薄膜示意图；

图5：本发明实施例中二氧化硅层示意图；

图6：本发明实施例中金属电极示意图；

图7：本发明实施例中钝化层示意图；

其中，1：硅衬底N+层；2：硅衬底N-层；3：氧化层；4：PN结；5：半绝缘多晶硅薄膜；6：二氧化硅层；7：金属电极；8：钝化层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明实施例提供的一种终端钝化方法进行说明。

本实施例中通过在半导体功率器件上顺次淀积半绝缘多晶硅薄膜、氮化层、二氧化硅层和钝化层，形成多层复合钝化层。多层复合钝化层可以提高半导体功率器件的密封性，阻挡有害杂质离子向衬底表面扩散，同时在半绝缘多晶硅薄膜上淀积氮化层，可以阻挡水汽和钠离子，从而提高半导体功率器件的可靠性。

进一步地，本实施例中在半导体功率器件上淀积半绝缘多晶硅薄膜包括下述实施步骤。

1、在半导体功率器件的硅衬底表面生长氧化层。

图1为本发明实施例中氧化层示意图，如图所示，本实施例中硅衬底包括硅衬底N+层1和硅衬底N-层2，对硅衬底进行清洗后采用高温氧化的方法在硅衬底表面生长氧化层3。其中，氧化层3的厚度为8000～20000埃。

2、对氧化层进行光刻和刻蚀形成有源区窗口。

图2为本发明实施例中有源区窗口示意图，如图所示，本实施例中形成有源区窗口可以包括下述步骤。

(1)在氧化层3上涂覆光刻胶，并对其进行烘烤加固；

(2)对光刻胶进行曝光；

(3)用显影液去除曝光后硅衬底上应该去掉的部分光刻胶；

(4)对暴露于光刻胶处的氧化层3进行刻蚀，使得此处的硅衬底暴露出来；

(5)去除硅衬底表面所剩余的光刻胶，最后暴露于氧化层3处的硅衬底即为有源区窗口。

3、向硅衬底进行掺杂形成PN结。

图3为本发明实施例中PN结示意图，如图所示，本实施例中向硅衬底进行掺杂形成PN结包括下述实施步骤：

(1)在有源区窗口处的硅衬底表面生长一层氧化层作为掩蔽层，其厚度为300～500埃，可以防止向硅衬底注入杂质时发生损伤；

(2)本实施例中硅衬底为N型衬底，因此向硅衬底注入剂量为1e13-1e15(atom/cm2)的硼，注入条件为在1200℃氮气条件下推结1-5um。

4、在氧化层3及其所在平面上淀积半绝缘多晶硅薄膜5，并对半绝缘多晶硅薄膜5进行光刻和刻蚀形成引线孔。

图4为本发明实施例中半绝缘多晶硅薄膜示意图，如图所示，本实施例中半绝缘多晶硅薄膜5淀积在氧化层3以及暴露于有源区窗口的部分硅衬底上。

进一步地，本实施例中在半绝缘多晶硅薄膜上淀积氮化层包括下述实施步骤。

在充满氮气的环境下对半绝缘多晶硅薄膜进行激光退火，在其表面形成氮化层。

本实施例中采用激光退火的方式淀积氧化层，可以使得氧化层具备良好的应力匹配性，且降低氧化层与二氧化硅层的粘附性。同时，氮气和硅形成氮化硅的温度要大于900℃，淀积半绝缘多晶硅薄膜的温度一般为600～700℃，若采用常规的氮化硅淀积方法，其淀积高温将会改变半绝缘多晶硅薄膜的物理化学性质，而激光退火仅在半绝缘多晶硅薄膜的浅层机退火，不影响半绝缘多晶硅薄膜的物理化学性质，其中退火深度可根据波长不同调整。

进一步地，本实施例中在二氧化硅层上淀积钝化层包括下述实施步骤。

1、在二氧化硅层6上淀积金属层，金属层向下填入引线孔且与硅衬底的有源区接触；对金属层进行光刻和刻蚀形成金属电极7。

图5为本发明实施例中二氧化硅层示意图，如图所示，二氧化硅层6淀积在氮化层上。

图6为本发明实施例中金属电极示意图，如图所示，本实施例中金属层淀积在玻璃钝化层6上且向下填入介质层5形成的引线孔内，与有源区接触。

2、在半导体功率器件的金属电极7及其所在平面上淀积钝化层8，并对钝化层8进行光刻和刻蚀形成焊接窗口。

本实施例中钝化层可以采用聚酰亚胺薄膜层。

图7为本发明实施例中钝化层示意图，如图所示，本实施例中钝化层8为半导体功率器件的最后一层钝化层，分别与半绝缘多晶硅薄膜5、氮化层、二氧化硅层6构成多层复合结构，能够显著提高半导体功率器件的密封性。

本发明还提供了一种半导体功率器件，并给出具体实施。

本实施例中半导体功率器件包括硅衬底、氧化层、半绝缘多晶硅薄膜、氮化层、二氧化硅层、金属层和钝化层。其中，

硅衬底可以为P型衬底或N型衬底。

氧化层淀积在硅衬底上。

半绝缘多晶硅薄膜淀积在氧化层上，半绝缘多晶硅薄膜包括引线孔。

氮化层通过对半绝缘多晶硅薄膜进行激光退火淀积在其表面。

二氧化硅层淀积在氮化层上。

金属层淀积在二氧化硅层上，并向下填入引线孔且与硅衬底的有源区接触。

钝化层淀积在金属层上，并在金属层上形成焊接窗口。

本实施例中半绝缘多晶硅薄膜、氮化层、二氧化硅层和钝化层构成多层复合结构，能够显著提高半导体功率器件的密封性，使其应用于恶劣环境下时也可以保持较高的可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。