改善沟槽式超级结击穿电压均匀性的工艺研究

摘要

超级结器件和传统功率器件相比有导通电阻低击穿电压高的特点，在汽车电子，低压电机，变频器，逆变器，电压控制器件和变压器等领域，具有越来越广泛的应用。本文针对如何改善超级结器件的击穿电压参数问题，从深沟槽的刻蚀、深沟槽的光刻工艺和沟槽内外延层的生长等三个方面开展了研究。本文的研究结果改善了超级结器件击穿电压参数的均匀性和稳定性同时提高了产品成品率。这一研究为超级结芯片的国产化做出了贡献。
　　首先在超级结器件深沟槽的刻蚀方面，通过实验比对发现相对LamTCP9400PTX而言Lam TCP9400DSIE作为沟槽的刻蚀机台具有明显的刻蚀深度均匀性优势。本文同时研究了沟槽刻蚀机台的参数对形貌和均匀性的影响，最终确定了以SF6/O2为主刻蚀气体，反应压力在30～35mT，温度为15摄氏度等为基准的刻蚀工艺条件。另外沟槽刻蚀过程无论那种机台都会出现晶圆边缘的针状缺陷。针对这一缺陷问题，本文对机台进行了改造，开发了一种称为BSR(bottomshadow ring)的部件，加入这一部件后能够完全消除边缘缺陷同时对均匀性有了进一步的提升。
　　对沟槽刻蚀工艺优化后，发现击穿电压性能得到了改善，但是击穿电压在晶圆上的分布依然存在不均匀的问题。通过沟槽光刻尺寸的分组实验找到了击穿电压与沟槽尺寸的相关性，根据这样的相关性本文提出了一种通过采用不同曝光能量的新的深沟槽光刻工艺，从而改善了沟槽尺寸分布以及晶圆击穿电压分布的均匀性。
　　最后本文对沟槽内外延层的生长做了进一步优化，提出了一种辅助掺杂的新工艺。通过对晶圆中间部分额外增加杂质气体，使得外延层浓度分布由中间低边缘高变成中间高边缘低，这样使得整个晶圆范围内沟槽中参与电荷补偿的杂质总量（沟槽深度，沟槽尺寸，沟槽内外延层浓度三者乘积）比较一致，最终使得晶圆击穿电压的分布更加均匀。
　　通过以上研究，本文建立了一套沟槽式超级结击穿电压参数性能的工艺控制方法，可使产品的良率达到97～98％，面内击穿电压差异可以控制在50V以内，并且片与片之间的重复性也很好，片间差异小于10V。

目录

摘要

0 引言

第一节 超级结市场前景与研究状况

第二节 本文主要工作

第一章 超级结基本介绍以及击穿电压控制的主要问题

第一节 传统功率器件VDMOS与超级结功率器件基本介绍

第二节 超级结器件结构简介以及电性分析

第三节 超级结工艺方法

第四节 超级结击穿电压工艺控制的主要问题

第五节 本章小结

第二章 影响击穿电压的工艺因素分析

第一节 影响击穿电压的工艺步骤

第二节 影响击穿电压的工艺参数分析

第三章 沟槽刻蚀工艺对击穿电压优化

第一节 深沟槽刻蚀机型选择

第二节 硬掩膜层刻蚀机台选择

第三节 深沟槽工艺参数对形貌的影响

第四节 沟槽刻蚀工艺稳定性确认

第五节 沟槽刻蚀机台硬件结构对形貌的影响

第六节 沟槽刻蚀工艺优化对击穿电压的改善

第七节 本章小结

第四章 光刻工艺对击穿电压的改善

第一节 沟槽光刻尺寸和击穿电压相关性

第二节 光刻工艺优化对击穿电压的改善

第三节 本章小结

第五章 外延工艺对击穿电压的改善

第一节 外延层杂质浓度与击穿电压的相关性

第二节 外延层杂质浓度优化对击穿电压的改善

第三节 本章小结

第六章 结论及展望

第一节 实验总结

第二节 展望

参考文献

致谢

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