[发明专利]一种提升二氧化硅层耐压能力的制备方法

说明书

本发明涉及一种提升二氧化硅层耐压能力的制备方法，对石英晶舟和碳化硅桨用酸液进行清洗；将硅衬底片装在晶舟上通过碳化硅桨从炉口送入到炉管内，硅衬底片参考面位置统一向上；从炉管当前的850℃升到1000℃，通入氢气，通入气态二氯二氢硅作为生长辅助气体，通入氧气，氢氧点火，进行湿氧化工艺，氮气停止通入；增加氧气流量，通入氢气，通入三氯乙烯气体；将温度从1000℃降至850℃，保持通入氮气，硅衬底片上形成了二氧化硅层；将二氧化硅层放入氮气退火炉进行退火，至此整套工艺完成。显著优化了二氧化硅层的质量，电压耐受能力可以达到90V~100V的水平，能够满足目前终端客户对电压耐受能力指标要求。

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅层材料的制备技术领域的制备方法，尤其涉及一种提升二氧化硅层耐压能力的制备方法。

背景技术

VDMOS功率器件属于功率器件的一种，基本结构包含硅衬底片、外延层、源极、漏极栅极多晶硅、栅极二氧化硅层，其中最主要的工艺是高质量二氧化硅层的制备。栅极氧化诱生的层错缺陷导致栅极漏电失效，它的质量优劣直接关系到VDMOS功率器件的电学性能。

二氧化硅层的优劣与所用硅片本身的质量存在很大的关系，VDMOS功率器件所用硅衬底片采用直拉单晶硅片进行加工，直拉单晶时的氧元素沉淀为这些缺陷生长的原始基础，氧沉淀的浓度越高，后续生长出的氧化诱生层错缺陷越多。

当前采用低压氧化炉生长二氧化硅层，传统工艺方法为工艺温度800℃，三氯乙烯50mL/min，升温速率2℃/min，降温速率2℃/min。此方法制备的二氧化硅层耐受电压能力只能够达到70V，但是随着科技的不断进步，已经不能满足目前终端客户对电压耐受能力指标要求，在后期整机使用过程中容易早期失效，对电路中其它元器件造成过压过流的影响，从而烧毁整个应用电路。目前终端客户电压耐受能力指标要求90V~100V，达到此指标后，后期整机使用会处于一个相对安全的使用环境中。

因此传统工艺方法不能满足目前二氧化硅层耐受电压的指标要求，需要进一步提升二氧化硅层的生长质量。

发明内容

鉴于现有技术的状况及存在的不足，应用领域已经提出需要二氧化硅层耐受电压达到90V~100V的水平，以减少器件使用时的早期失效问题，增加可靠性。

本发明的目的是克服现有VDMOS功率器件的二氧化硅层的耐压水平偏低的问题，通过提高工艺温度和降低升降温速率，增加氮气退火工艺释放二氧化硅层的热处理时积累的应力，从而提升二氧化硅层的生长质量，获得一种提升二氧化硅层耐压能力的制备方法。

本发明采取的技术方案是：一种提升二氧化硅层耐压能力的制备方法，步骤如下：

第一步、二氧化硅层采用低压氧化炉生长，生长前需要对所用石英晶舟和碳化硅桨用酸液进行清洗，以清除吸附晶舟卡槽内壁和碳化硅桨表面的附着物，给炉子内的炉管加热，温度设定为850℃，通入工艺氮气进行保护，工艺氮气流量设定为12 L/min，通入时间为5min，之后加大工艺氮气流量，流量设定为20 L/min，在高温下对炉管前期沉积的颗粒通过吹扫方式进行去除，吹扫时间设定为10min，之后将工艺氮气流量恢复到12 L/min，将炉管升温速率设为10℃/min，当炉管温度升至850℃后，稳定15min；

第二步、将硅衬底片装在晶舟上，然后将晶舟放置在碳化硅桨上，从炉口将碳化硅桨送入到炉管内，移动速度为20cm/min，10min后硅衬底片放置完毕，硅衬底片参考面位置统一向上；炉口，炉中，炉尾分别放置一片监控片，监控片为N型抛光片，电阻率10~20Ω·cm，晶向100，厚度610~640μm；

第三步、从炉管当前的850 ℃升到1000 ℃，升温速率为1℃/min，需要150min升至1000℃，通入200mL/min的氧气，然后稳定5min，之后恒温1000℃保持305min；