[发明专利]一种复合内钝化膜单沟槽结构高可靠性整流器件应用芯片

说明书

本发明提供一种复合内钝化膜单沟槽结构高可靠性整流器件应用芯片，芯片台面的采用单沟槽设计，沟槽内壁表面采用复合内钝化层结构，复合内钝化层由多晶硅膜以及底层高纯度纳米级氧化膜、氮化硅膜、玻璃组成。芯片由中间层单晶半导体本体、上层为P型硼结区和下层为N型磷结区的芯片体、台面、上电极金属层、下电极金属层。本发明解决了芯片沟槽采用玻璃作为钝化层的保护膜的可靠性差和高温特性差的问题。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，更具体地说涉及一种复合内钝膜单沟槽高可靠性整流器件应用芯片。

背景技术

在现有技术中，半导体整流器件应用芯片沟槽内壁表面采用钝化结构，保护芯片P/N结不受外界水汽和杂质的干扰和影响，目前在行业中通常采用简单的、单层的玻璃层，作为半导体整流器件应用芯片的沟槽内壁表面的钝化结构物质，其虽然工艺简单、成本较低，玻璃热膨胀系数与硅衬底匹配性差，玻璃在使用或芯片工作过程中易破碎，其固定和阻止有害杂质能力不佳，如钠离子等对器件表面的沾污能力，封装后的热稳定性和可靠性较差。随着成品封装对半导体整流器件可靠性的不断需求，需要有一种便于实施批量生产、批次一致性好、成本适中、可靠性高的沟槽内壁表面钝化结构。对于钝化层的基本要求是：能在封装温度变化过程后、且长期有效地阻止有害杂质对器件表面的沾污；热膨胀系数与硅衬底匹配；膜的生长温度低；钝化膜的组份和厚度均匀性好；便于制成后续提供良好欧姆接触的金属层。国内复合内钝化膜均采用SIPOS（掺氧多晶硅）作为台面钝化保护膜结构，其仅能满足150度结温及以下的应用场合。在高温或高压环境下可靠性差，芯片反向漏电流上升，芯片失效比例高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于沟槽采用玻璃作为钝化层的保护膜的可靠性差和高温特性差的问题。

本发明提供一种复合内钝化膜单沟槽结构高可靠性整流器件应用芯片，本发明所述芯片的采用单沟槽设计，沟槽内壁表面采用复合内钝化层结构，复合内钝化层由多晶硅膜以及底层高纯度纳米级氧化膜、氮化硅膜、玻璃组成。

本发明所述芯片由中间层单晶半导体本体、上层为P型硼结区和下层为N型磷结区的芯片体、台面、上电极金属层、下电极金属层。

作为本发明单沟槽的更进一步的改进，沟槽侧面和上层台面的夹角≥120°设计。使复合钝化层在热胀冷缩的过程中在夹角位置不易断裂。

在硅片扩散完成形成P/N结单向导通后，在硅片两侧涂光刻胶，在需要开沟的区域曝光紫外光，放置在显影液和定影液中，去除开沟区域的光刻胶，使用电子级的氢氟酸对沟槽区域的硅进行蚀刻腐蚀，需要分3次完成蚀刻工序，第一次时间30±2MIN，第二次时间45±2MIN，第三次时间100±2MIN，最终使沟槽侧面和上层台面的夹角≥120°。

作为本发明沟槽内壁表面采用复合内钝化层结构，更进一步的改进是，复合内钝化层结构除了要求覆盖在沟槽侧壁外，还要求部分覆盖在上层台面的边缘区域，使对沟槽侧面更好的保护，提高芯片的稳定性和可靠性。

与现有技术相比，由于采用了本发明的硅整流器件的复合内钝化层结构，具有以下优点：本发明采用的氮化硅膜是惰性介质，介质特性优于直接采用玻璃的二氧化硅性质膜以及SIPOS（掺氧多晶硅）内钝化膜，抗钠能力强，热稳定性好，能明显提高器件的可靠性和稳定性。氮化硅膜还有着超高致密性、超强硬度、异常稳定的化学特性及优秀的离子与水汽阻挡能力，再敷盖上特殊的玻璃钝化材料，使击穿集中在硅材料体内，从而最大限度的提升了击穿的电压、降低了表面电场的影响。但氮化硅与单晶硅的结合能力和粘附能力较弱，本发明引进一层纳米级高纯度氧化层以及多晶硅，来增加氮化硅的粘附性能和牢度。高纯度氧化层位于多晶硅底层，不但提供多晶硅的优选排序，而且提供多晶硅的黏附层。而多晶硅在其晶核长成晶面时因取向不同，所以在形貌上形成“毛面”，有助于增加氮化硅膜的结合和粘附力。