一种硅半导体器件双级台阶结构的湿法化学腐蚀方法技术

一种硅半导体器件双级台阶结构的湿法化学腐蚀方法，其特征在于：在硅基底上生长腐蚀掩膜，通过一次掩膜工序作好选择性掩膜图形；将附有图形的待腐硅片图形向上水平浸入化学腐蚀液中，化学腐蚀液是ＨＦ、ＨＮＯ↓［３］和ＣＨ↓［３］ＣＯＯＨ的混合液；对于台阶底面距硅片表面较深情况，腐蚀液可以轻微搅拌，对于台阶底面距硅片表面较浅情况，腐蚀液可不搅拌；在腐蚀过程中，腐蚀液的温度控制在３℃－５℃范围内，并根据台阶深度来确定所需要的腐蚀时间；然后，将取出的硅片用去离子水冲洗干净，放入抛光腐蚀液中抛光处理１０－１５分钟，抛光腐蚀液是ＨＦ和ＨＮＯ↓［３］的混合液；然后用氮气吹干或烘干。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体器件加工领域，特别涉及。
技术介绍
硅功率半导体器件常采用在一个合适深度的槽底形成门极电接触，以达到与阴极充分电气隔离的目的。在O.Yamada等人的文章(“High frequencyreverse conducting GTO thyristor”ISPSD’90，April4-6，1990 Page(s)256-261)和公开的Guenther Franz等人的US 5,387,806中介绍了一种双台阶隔离结构，这种结构的采用不仅增大了最大可关断电流，同时也使得器件的表面钝化处理可靠易行。对于逆导型功率半导体器件，如T.Nakagawa等人的文章(4.5KV，3000A reverse conducting GTO thyristor(R-C GTO)ISPSD’92，May 19-21，1992 Page(s)180-183)和Futoshi Tokunoh等人的US 5,281,847中所述，在隔离区域采用双级台阶结构，可使隔离槽槽底的平整度大大改善，从而提高器件的耐压能力。双台阶结构的形成是生产这类器件的关键方法，而传统台阶结构的加工方法主要缺点表现在传统台阶结构腐蚀时，在两次台阶腐蚀之间需要再次引入掩膜工序，对于深槽腐蚀，不仅使掩膜图形转移到槽底变得困难，而且复杂化了光刻胶的涂布工序。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提供一种简单易行的硅半导体器件双级台阶结构的湿法腐蚀方法，即通过一次掩膜便可使硅半导体器件达到形成双台阶结构。本专利技术采用的解决方案是利用硅片在前述腐蚀液中轻微搅拌或不搅拌情况下的腐蚀特点，通过合理设计腐蚀掩膜图形的形状、窗口尺寸和窗口间距，在硅底上形成宽度和高度可随要求调节的双级台阶结构。具体方法是，在硅基底上生长腐蚀掩膜，通过一次掩膜工序作好选择性掩膜图形；将附有图形的待腐硅片图形向上水平浸入化学腐蚀液中，化学腐蚀液是HF、HNO3和CH3COOH的混合液；对于台阶底面距硅片表面较深情况，腐蚀液可以轻微搅拌，对于台阶底面距硅片表面较浅情况，腐蚀液可不搅拌；在腐蚀过程中，腐蚀液的温度控制在3℃-5℃范围内，并根据台阶深度来确定所需要的腐蚀时间；然后，将取出的硅片用去离子水冲洗干净，放入抛光腐蚀液中抛光处理10-15分钟，抛光腐蚀液是HF和HNO3的混合液；然后用氮气吹干或烘干。本专利技术的技术效果是1.通过一次掩膜工序可达到形成双级台阶结构的目的。2.可以通过改变相同腐蚀窗口尺寸来改变同一级台阶的宽度，也可改变相邻腐蚀窗口尺寸差别来改变台阶之间的高度差。3.采用本专利技术所提供的方法操作简单、成本低廉，适于硅半导体器件的批量生产。附图说明图1a-1d是本专利技术的一个实施例的方法流程图。图2为实施1的腐蚀图形窗口及分布。图3为实施2的腐蚀图形窗口及分布。上述各图中的符号表示分别的是1为衬底，2为掩膜(SiO2和Si3N4复合膜)，3为宽腐蚀窗口，4为窄腐蚀窗口，5为台阶I，6为台阶II，7为腐蚀窗口。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的结构形成及原理作进一步详细说明。参见附图1，本专利技术是将衬底1(硅片)作常规清洗处理后，在衬底1表面生长腐蚀掩膜2(图1a)。利用常规的掩膜工序在腐蚀掩膜上形成腐蚀图形窗口7(图1b)，将附有图形的衬底1(硅片)水平置入前述的腐蚀液中(附有图形的一面向上)。在整个腐蚀过程中，对于台阶底面距硅片表面较深情况，腐蚀液可以轻微搅拌，对于台阶底面距硅片表面较浅情况，腐蚀液不搅拌。腐蚀液是重量百分比分别为HF、HNO3和CH3COOH的混合液；腐蚀液的温度控制在3℃-5℃的范围内。根据所期望的台阶高度来确定所需要的腐蚀时间(图1c)。当腐蚀的台阶高度达到预期要求时，将硅片取出，用大量的去离子水冲洗，将冲洗后的硅片在置入前述的抛光腐蚀液中抛光处理，抛光处理时间10-15分钟(图1d)。本专利技术的原理如下硅片在前述的腐蚀液中腐蚀时，在各个方向的腐蚀速率相同或相近，即为各向同性腐蚀。因此，在腐蚀窗口处存在侧向腐蚀。但在硅片的腐蚀过程中，反应生成的副产物(气泡、反应生成物颗粒等)不断向腐蚀液中转移，使腐蚀液不断与硅基体接触，此时的腐蚀速率变化较小。随着腐蚀过程的不断进行，腐蚀的槽深逐渐加增大。而且，反应生成的副产物越来越多，副产物的转移变得迟缓，阻碍了腐蚀液与硅基体的充分接触，从而减缓了腐蚀槽纵向腐蚀速率。结果，腐蚀出的槽形是一个近半椭圆或近半圆结构。而且，不同腐蚀窗口尺寸在相同的腐蚀时间内腐蚀深度和侧向腐蚀宽度不同。利用硅片在前述的腐蚀液中腐蚀特点，通过合理设计图形窗口尺寸和窗口间距，使得硅片在腐蚀过程中，各腐蚀窗口的侧向腐蚀相互搭接，从而形成宽度和高度可随要求调节的双级台阶结构。实施例1以宽300微米、高80微米台阶I和宽280微米、高120微米台阶II的硅双级台阶结构为例。(1)常规清洗方法清洗处理待腐硅片。(2)在硅基体上热生长厚约500的SiO2层，再用低压化学气相淀积(LPCVD)法生长厚约300的Si3N4层。(3)甩涂正性光刻胶，按照常规掩膜图形加工方法在步骤2所形成的掩膜上形成腐蚀图形窗口，腐蚀图形窗口的具体尺寸如附图2所示。其中，亮区为透光区，暗区为遮光区。透光区较宽腐蚀图形窗口宽为100微米，较窄腐蚀图形窗口宽为8微米。较宽腐蚀图形窗口与较窄腐蚀图形窗口间距为110微米，较窄腐蚀图形窗口间距为85微米。(4)在腐蚀液的温度控制在3-5℃范围内的情况下，用聚四氟乙烯夹具将硅片(附有图形的一面向上)水平置入腐蚀液中。腐蚀液是重量百分比分别为48wt.％的HF、69.5wt.％的HNO3和99.5wt.％的CH3COOH以5∶5∶2体积比的混合液。腐蚀时间T＝330秒，腐蚀时，以较慢的速率旋转硅片。(5)取出硅片，用去离子水冲洗数次。(6)在将冲洗后的硅片置入抛光腐蚀液中抛光处理10min～15min。抛光腐蚀液为采用重量百分比分别为48wt.％的HF、69.5wt.％的HNO3以1∶15体积比的混合液。(7)取出硅片，用去离子水冲洗数次，用氮气吹干或烘干。实施例2 以宽70微米、高40微米台阶I和宽160微米、高70微米台阶II的硅双级台阶结构为例。(1)常规清洗方法清洗处理待腐硅片。(2)在硅基体上热生长厚约500的SiO2层，再用低压化学气相淀积(LPCVD)法生长厚约300的Si3N4层。(3)甩涂正性光刻胶，按照常规掩膜图形加工方法在步骤2所形成的掩膜上形成腐蚀图形窗口，腐蚀图形窗口的具体尺寸如附图2所示。其中，亮区为透光区，暗区为遮光区。透光区较宽腐蚀图形窗口宽为40微米，较窄腐蚀图形窗口宽为8微米。较宽腐蚀图形窗口与较窄腐蚀图形窗口间距为80微米。(4)在腐蚀液的温度控制在3-5℃范围内的情况下，用聚四氟乙烯夹具将硅片(附有图形的一面向上)水平置入腐蚀液中。腐蚀液是重量百分比分别为48wt.％的HF、69.5wt.％的HNO3和99.5wt.％的CH3COOH以5∶5∶2体积比的混合液。腐蚀时间T＝180秒。(5)取出硅片，用去离子水冲洗数次。(6)在将冲洗后的硅片置入抛光腐蚀液中抛光处理10min～15min。抛光腐蚀液为采用重量百分比分别为48wt.％的HF、69.5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅半导体器件双级台阶结构的湿法化学腐蚀方法，其特征在于在硅基底上生长腐蚀掩膜，通过一次掩膜工序作好选择性掩膜图形；将附有图形的待腐硅片图形向上水平浸入化学腐蚀液中，化学腐蚀液是HF、HNO3和CH3COOH的混合液；对于台阶底面距硅片表面较深情况，腐蚀液可以轻微搅拌，对于台阶底面距硅片表面较浅情况，腐蚀液可不搅拌；在腐蚀过程中，腐蚀液的温度控制在3℃-5℃范围内，并根据台阶深度来确定所需要的腐蚀时间；然后，将取出的硅片用去离子水冲洗干净，放入抛光腐蚀液中抛光处理10-15分钟，抛光腐蚀液是HF和HNO3的混合液；然后用氮气吹干或烘...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱长纯，王颖，吴春瑜，袁寿财，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：