[发明专利]用于钝化硅晶片的沉积方法

说明书

技术领域

这里公开的主题内容主要地涉及高电压高功率半导体技术领域，并且具体地涉及一种用于在用于功率半导体的半导体晶片上单步双面沉积电钝化层的方法和装置。

背景技术

一般而言，双极功率半导体如二极管、闸流管、GTO和GCT由硅晶片制成。在这些硅晶片已经经历不同注入、扩散、光刻和金属化工艺之后，将它们切割成圆盘并且在高电压阻挡pn结上研磨负或者正斜面。这些斜面通常需要由电钝化层保护。目前使用的现有技术的钝化材料之一是通常在平行板等离子体反应器内在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)中沉积、但是一般可以在其它几何形状的PECVD反应器中或者通过离子束、溅射、阴极电弧、脉冲激光沉积或者低压CVD来沉积的非晶态氢化碳(a-C:H，也称为钻石状碳DLC)。

在图1中给出一般PECVD工艺的简化画面。硅晶片经由衬底载板与反应室内的第二下电极接触。烃前体气体(例如甲烷、乙炔)经过第一上电极中的开孔进入等离子体反应器的反应室、由射频电离并且形成块等离子体。边缘等离子体层是如下空间，其中等离子体离子由于在两个电极之间施加的直流偏置电压而获得向衬底和衬底载板的方向上加速。

常用工艺是如图1中所示在铝衬底载板上的凹陷内放置硅晶片。这一衬底载板不仅充当用于硅晶片(衬底)的保持器，而且它建立盘与反应室中的有源冷却的第二(下)电极的热接触和电接触。在硅晶片上的与第一(上)电极相向的斜面暴露于a-C:H沉积等离子体，而硅晶片的其余上表面由铝阴影掩模(shadow mask)覆盖。为了避免电性质无法令人满意的钝化层，硅晶片在沉积工艺期间的有源冷却是必需的。在J.Robertson的“Diamond-like amorphous carbon”中(Materials Science and Engineering：R：Report 37(2002)129)报导了a-C:H的热降解。

具有两个高电压阻挡pn结(例如闸流管)的硅晶片可以具有在它的相反侧中的各侧上研磨的一个负斜面。利用上述常用工艺，仅上斜面在运行的单个工艺中涂覆有a-C:H。因而需要手工翻动硅晶片并运行第二a-C:H沉积工艺。由于在第二工艺步骤中涂覆的斜面在第一工艺步骤期间是在未保护和很敏感的状态中倒置地放入凹陷中，所以所述斜面受污染的风险高，从而导致阻挡收益降低。

发明内容

本发明的目的在于揭示一种用于在晶片的两侧上沉积双面沉积为电钝化层(比如匀质a-C:H层)的单步方法。本发明的又一目的在于改进现有沉积装置以允许用于在半导体晶片上沉积电钝化层的单步工艺。

本发明方法基于与改进的衬底保持器装置组合的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。具体而言，本发明方法包括以下步骤：在衬底载板的高架衬底支撑件上装配硅晶片；以及将具有硅晶片的衬底载板放置在等离子体反应器中。形成衬底支撑件使得晶片放置于衬底支撑件上而仅它的第二主侧的中心区与衬底支撑件接触。由于这样的高架衬底支撑件，硅晶片的两个相反侧暴露于等离子体并且因此涂覆有电钝化层。通过电钝化层，晶片在电钝化层的区域中被电去激活(本发明的钝化层并非完全为电去激活，而是它部分地导电)。

本发明方法比先前方法有利，因为a-C:H层在一个工艺步骤中沉积于晶片(例如硅晶片)的两侧上(在一个硅晶片的两侧上或者在背对背堆叠的两个硅晶片上)。晶片包括：第一主侧，在第一主侧的边界上具有第一斜面；以及第二主侧，具有中心区和在第二主侧的包围中心区的边界上的第二斜面，第二主侧与第一主侧相反布置。晶片装配于衬底载板的衬底支撑件上，该衬底支撑件被形成为使得晶片放置于衬底支撑件上而仅它的第二主侧的中心区与衬底支撑件接触。然后衬底载板与晶片一起放置于等离子体反应器的反应室中。由此，第一斜面和第二斜面同时暴露于等离子体以便产生电钝化层。在一个示例实施例中，非晶态氢化碳用作等离子体以在晶片上形成电钝化层。

为了避免可能由于增加在承载于衬底载板的高架衬底支撑件上的硅晶片与有源冷却的下电极之间的距离而出现的传热退化，本发明也涉及所述新颖衬底载板设计与改进的硅晶片冷却机制的组合。这允许对于沉积工艺而言关键的合理散热，因为在近似200℃以上的衬底温度可能沉积电性质无法令人满意的更多石墨状碳层。

代替凹陷，所述本发明强调基座状衬底载板的重要性。因此硅晶片的两侧均暴露于等离子体。然而匀质沉积尤其对于与下电极相邻的斜面而言至关重要。由于均匀等离子体流速和匀质电场对于沉积均匀a-C:H层而言都是必需的，所以高架衬底支撑件的蘑菇形(例如凹形、颠倒截锥形等)设计往往比纯圆柱形设计有利。