碳化硅芯片的场氧化层制备方法与流程

本发明涉及半导体，更具体地说，本发明涉及碳化硅芯片的场氧化层制备方法。

背景技术：

1、碳化硅是一种高频、高效、高功率的先进第三代半导体材料，不仅能够满足智能制造、节能减排以及信息安全等国家重大战略需求，更是可以支撑移动通信、能源互联网等产业自主创新发展的重点电子元器件，为了提高碳化硅芯片的静态关断状态下的击穿电压，需要在碳化硅外延上形成场氧化层。场氧存在缺陷，容易导致场管漏电，失去隔离的作用，使管芯失去功能。

2、经检索在现有已经公开的技术文献中，公告号cn117542734a的中国专利公开了一种高压碳化硅器件及制备方法，该制备技术通过芯片边缘刻蚀沟槽使得p区注入结深增加，在器件反向加压测试时，使得背面电极的等势面不在划片道表面，由于刻蚀形成的深pn结在反向耗尽时，其电场梯度几乎全部转移到耗尽区内，划片道表面电势将被极大限度的拉低，两者之间的电势差根本不足以激发空气电离，从而避免打火现象的发生。并且，刻蚀后形成的pn结深更深，电场梯度转移到更深的外延层内，终端至划片道可以设计得更小，从而提高晶圆利用率，降低成本。但是该制备方法存在如下缺陷；

3、制备方法在对碳化硅芯片的场氧化层进行制备过程中，虽然可以实现制备，但是在制备过程中每一步骤都难以实现精确控制，这就导致控制精确性较差，难以实现精确化制备。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供碳化硅芯片的场氧化层制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：碳化硅芯片的场氧化层制备方法，包括具体步骤如下：

3、s1、初步处理，在氧化硅介质层上旋涂光刻胶，在120-150℃温度下烘烤120-150s后曝光；再在120-150℃温度下烘烤60-80s，再进行显影，坚膜；

4、s2、检测识别，使用高分辨率的图像采集ccd相机对坚膜后的图像进行拍摄，若存在偏差或缺陷，需根据具体情况进行返工；

5、s3、晶圆处理，将晶圆在氧气、氮气和真空的保护环境中，进行扫胶20秒，确保光刻显影区域无光刻胶残留；

6、s4、双次校对，高分辨率的图像采集设备对涂有光刻胶的晶圆进行扫描，获取清晰的图像，图像分析算法双次检测，根据双次检测的结果，判定晶圆是否合格；

7、s5、去除操作，用干法刻蚀工艺刻蚀700-900nm左右厚度的氧化硅，在boe溶液中浸泡100-120s腐蚀掉剩余厚度的氧化硅；

8、s6、晶圆检测，使用高分辨率的光学显微镜观察晶圆表面5-10次，对比刻蚀前后的图像，检查氧化硅层是否被完全去除，观察氧化硅层的表面形貌，判断是否有残留；

9、s7、清洗与退火，在场氧刻蚀完成后，晶圆需要处理后退火；

10、s8、最终检测，通过测量光在氧化硅薄膜表面反射后的偏振状态变化，精确测定薄膜的厚度，查看是否在设计范围内。

11、优选地，所述s1中坚膜过程通过加热使光刻胶与基底之间形成更牢固的化学键和物理连接。

12、优选地，所述s2中拍摄5-10张获取清晰的图像，图像采集过程中光线充足、对焦准确，以减少图像模糊和畸变，对采集到的图像进行预处理，包括去噪、增强对比度、边缘检测，从预处理后的图像中提取关键特征，线条宽度、间距、形状，这些特征应与设计要求一致，将提取出的特征与设计图纸或标准模板进行比对分析，检查是否存在偏差或缺陷，比对分析时，可采用自动比对算法的方式，根据比对分析的结果，判定光刻胶图形是否合格。

13、优选地，所述s4中利用图像处理软件对图像进行预处理和特征提取5-10次，以识别出晶圆上的图案和光刻胶的涂覆图像，预设的合格标准为5-10mm，线条宽度、间距、光刻胶厚度，对提取出的特征进行比对分析，检测旨在快速筛选出明显不合格的晶圆，对于首次检测中可能存在的模糊区域或接近临界值的晶圆为0.5-2mm。

14、优选地，所述s6中通过椭偏仪通过测量光在样品表面反射后的偏振状态变化为50-80nm，来精确测定薄膜的厚度，在刻蚀和boe腐蚀后，使用椭偏仪对晶圆上的氧化硅层进行测量，对比刻蚀前的厚度数据差值范围为50-60nm，判断剩余厚度是否为零或接近零。

15、优选地，所述s7中晶圆表面需要经过严格的清洗和预处理，去除残留的光刻胶、污染物和杂质。晶圆被放置在退火炉内，于800至1300℃的温度范围内进行保温处理，同时确保整个过程在氮气保护或真空环境中进行，保温时间维持在0.5至2h之间。

16、优选地，所述s8中x射线衍射用于分析氧化硅薄膜的晶体结构和相组成，高分辨率光学显微镜观察氧化硅薄膜的表面形貌，检查是否有裂纹、针孔缺陷，四探针测试，测量氧化硅薄膜的电阻率5-10次。

17、所述s8中光学显微镜通过激光聚焦在晶圆上，照亮一个光斑，反射光重新聚焦在接收平面上，通过对光的分析，实现对晶圆表面的检测，光学显微镜的分辨率有限，但在检测晶圆表面的颗粒、缺陷等方面具有重要作用，所述s8中通过内嵌式微处理器控制的小型光谱仪进行膜厚测量，光源发出的光经过准直和起偏后变为椭圆偏振光，在测试样品表面发生折射和反射后，光偏振状态发生变化，通过交替转变起偏器和检偏器，使反射光成为线偏振光，并经过检偏器消光后获取消光信息，计算出薄膜的厚度。

18、本发明的技术效果和优点：

19、1、本发明使用高分辨率的图像采集ccd相机对坚膜后的图形进行拍摄，拍摄获取清晰的图像，图像采集过程中光线充足、对焦准确，以减少图像模糊和畸变，对采集到的图像进行预处理，包括去噪、增强对比度、边缘检测，从预处理后的图像中提取关键特征，线条宽度、间距、形状，这些特征应与设计要求一致，检查是否存在偏差或缺陷，比对分析时，可采用自动比对算法的方式，实现自动检测每一步制备是否合格，提高制备精确性；

20、2、本发明通过高分辨率的图像采集设备对涂有光刻胶的晶圆进行扫描，线条宽度、间距、光刻胶厚度，对提取出的特征进行比对分析，检测旨在快速筛选出明显不合格的晶圆，获取清晰的图像，图像分析算法双次检测，对比刻蚀前后的图像，检查氧化硅层是否被完全去除，通过椭偏仪通过测量光在样品表面反射后的偏振状态变化，判断剩余厚度是否为零或接近零，实现高精确制备处理；

21、3、本发明利用测量光在氧化硅薄膜表面反射后的偏振状态变化，x射线衍射用于分析氧化硅薄膜的晶体结构和相组成，高分辨率光学显微镜观察氧化硅薄膜的表面形貌，是否有裂纹、针孔缺陷，四探针测试，查看氧化硅薄膜电阻率是否在设计范围内。

技术特征：

1.碳化硅芯片的场氧化层制备方法，其特征在于：包括具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的碳化硅芯片的场氧化层制备方法，其特征在于：所述s1中坚膜过程通过加热使光刻胶与基底之间形成更牢固的化学键和物理连接。

3.根据权利要求1所述的碳化硅芯片的场氧化层制备方法，其特征在于：所述s2中拍摄5-10张获取清晰的图像，图像采集过程中光线充足、对焦准确，以减少图像模糊和畸变，对采集到的图像进行预处理，包括去噪、增强对比度、边缘检测，从预处理后的图像中提取关键特征，线条宽度、间距、形状，这些特征应与设计要求一致，将提取出的特征与设计图纸或标准模板进行比对分析，检查是否存在偏差或缺陷，比对分析时，可采用自动比对算法的方式，根据比对分析的结果，判定光刻胶图形是否合格。

4.根据权利要求1所述的碳化硅芯片的场氧化层制备方法，其特征在于：所述s4中利用图像处理软件对图像进行预处理和特征提取5-10次，以识别出晶圆上的图案和光刻胶的涂覆图像，预设的合格标准为5-10mm，线条宽度、间距、光刻胶厚度，对提取出的特征进行比对分析，检测旨在快速筛选出明显不合格的晶圆，对于首次检测中可能存在的模糊区域或接近临界值的晶圆为0.5-2mm。

5.根据权利要求1所述的碳化硅芯片的场氧化层制备方法，其特征在于：所述s6中通过椭偏仪通过测量光在样品表面反射后的偏振状态变化为50-80nm，来精确测定薄膜的厚度，在刻蚀和boe腐蚀后，使用椭偏仪对晶圆上的氧化硅层进行测量，对比刻蚀前的厚度数据差值范围为50-60nm，判断剩余厚度是否为零或接近零。

6.根据权利要求1所述的碳化硅芯片的场氧化层制备方法，其特征在于：所述s7中晶圆表面需要经过严格的清洗和预处理，去除残留的光刻胶、污染物和杂质，晶圆被放置在退火炉内，于800至1300℃的温度范围内进行保温处理，同时整个过程在氮气保护或真空环境中进行，保温时间维持在0.5至2h之间。

7.根据权利要求1所述的碳化硅芯片的场氧化层制备方法，其特征在于：所述s8中x射线衍射用于分析氧化硅薄膜的晶体结构和相组成，高分辨率光学显微镜观察氧化硅薄膜的表面形貌，检查是否有裂纹、针孔缺陷，四探针测试，测量氧化硅薄膜的电阻率5-10次。

8.根据权利要求1所述的碳化硅芯片的场氧化层制备方法，其特征在于：所述s8中光学显微镜通过激光聚焦在晶圆上，照亮一个光斑，反射光重新聚焦在接收平面上，通过对光的分析，实现对晶圆表面的检测。

9.根据权利要求1所述的碳化硅芯片的场氧化层制备方法，其特征在于：所述s8中通过内嵌式微处理器控制的小型光谱仪进行膜厚测量，光源发出的光经过准直和起偏后变为椭圆偏振光，在测试样品表面发生折射和反射后，光偏振状态发生变化，通过交替转变起偏器和检偏器，使反射光成为线偏振光，并经过检偏器消光后获取消光信息，计算出薄膜的厚度。

技术总结本发明公开了碳化硅芯片的场氧化层制备方法，具体涉及碳化硅芯片制备技术领域，包括S1、初步处理，S2、检测识别，S3、晶圆处理，S4、双次校对，S5、去除操作，S6、晶圆检测，S7、清洗与退火，S8、最终检测，通过测量光在氧化硅薄膜表面反射后的偏振状态变化。本发明使用高分辨率的图像采集CCD相机对坚膜后的图形进行拍摄，拍摄获取清晰的图像，图像采集过程中光线充足、包括去噪、增强对比度、边缘检测，从预处理后的图像中提取关键特征：线条宽度、间距、形状，检查是否存在偏差或缺陷，比对分析时，可采用自动比对算法的方式，实现自动检测每一步制备是否合格。技术研发人员：邓转龙,冯旭,李晓波,刘文清,张霍受保护的技术使用者：山西第三代半导体技术创新中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18