[发明专利]一种降低二氧化硅层金属离子含量的制备方法

说明书

本发明涉及一种降低二氧化硅层金属离子含量的制备方法，对所用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900℃升到1050℃，通入氧气；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1050℃降至900℃，保持通入氮气，硅衬底片上形成了二氧化硅层；将二氧化硅片放置碳化硅高温炉，通入氩气，之后降温至800℃，至此整套工艺完成。降低了二氧化硅层的金属离子杂质，优化了二氧化硅的纯度，电压耐受能力从70V提升到90~100V左右。

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅层制备技术领域，尤其涉及一种降低二氧化硅层金属离子含量的制备方法。

背景技术

功率器件栅极的二氧化硅层的质量优劣直接决定耐压水平，从而影响到终端整体电路的应用。功率器件采用直拉单晶硅片进行加工，硅片金属离子含量决定着后期二氧化硅层的纯净程度，决定器件电压耐受大小。当前业内最常采用的方法是在低压氧化炉内，在温度800℃下生长二氧化硅层，生长过程中通入50mL/min三氯乙烯气体捕获金属离子，提高二氧化硅膜质纯度，二氧化硅金属离子含量越高，二氧化碳膜质纯度越低，电压耐受能力越低。此方法制备的二氧化硅层，金属离子含量的最低限度只能达到4.4E10 atoms/cm²的水平，电压耐受能力70V，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降低二氧化硅金属离子的含量，从而提升电压耐受能力，满足客户的指标要求，需要进一步提降低二氧化硅金属离子含量，提升电压耐受能力。

发明内容

本发明的目的是克服现有功率器件栅极的二氧化硅层因金属离子含量过多导致器件耐压不足的问题，在高温条件下，通过调整气体种类和气体流量减少金属离子含量，在栅极二氧化硅层生长时通入二氯二氢硅气体，捕获硅片表面的金属离子，同时采用氩气退火的方式显著改善了热应力，可以降低二氧化硅层中的金属离子含量，进一步提高二氧化硅层的纯度，获得一种低金属离子含量的二氧化硅层的制备方法。

本发明采取的技术方案是：一种降低二氧化硅层金属离子含量的制备方法，步骤如下：

第一步、二氧化硅层采用低压工艺生长，生长前需要对所用石英晶舟，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900℃，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900℃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900℃升到1050℃，升温速率为2℃/min，需要75min升至1050℃，通入200mL/min的氧气，然后稳定5min，之后恒温1050℃保持300min；

第四步、通入气态二氯二氢硅作为生长辅助气体，流量设定100mL/min，时间为139min，通入氧气，流量设定9L/min，生长时间为139min，氧气流量设定900mL/min，开始氢氧点火，进行湿氧化工艺，氮气停止通入；