专利名称：一种平面可控硅制造方法
技术领域：
本发明涉及一种平面可控硅制造方法，应用于可控硅产品的生产。
背景技术：
目前可控硅产品生产主要采用台面工艺，其结构如图I所示，工艺流程如下在最大4寸晶圆上进行掩蔽氧化层生长，而后做隔离对穿扩散，然后进行基区、发射区扩散；发射区完成后需要在正面隔离与基区之间腐蚀出一个深达50um以上，超过150um宽的槽，在槽内手工涂布一层玻璃胶，并经过高温烧结形成保护层，最终做完铝层及背面工艺，形成4层PNPN结构可控硅。由于台面工艺需要腐蚀一个深度超过50um甚至IOOum深的槽，槽内填充玻璃，而晶圆总厚度一般不大于260um，玻璃的热膨胀系数于硅不一致，因此腐蚀后的晶圆非常容易 破片。腐蚀槽对于表面基区(P)、衬底(N)是负斜角结构(见图2),表面电场大于体内电场，造成可控硅VDRM很难做到1000V以上；隔离P区与衬底N区被腐蚀槽形成正斜角结构，耐压可以达到1000V以上，这样就难以得到对称的耐压。玻璃钝化工艺需要采用手动或者电泳法涂布玻璃，这一层物质纯净度很难控制，在引入外界污染的情况下可控硅的漏电明显增加；可控硅经常工作在高温的恶劣环境下，在高温度环境中会出现大的漏电流导致可控硅发热-升温-漏电增加-发热的恶性循环。
发明内容
本发明涉及一种平面可控硅制造方法，本发明利用分压环、截止环、平面钝化工艺，P型基区与N衬底形成的PN结不再由开槽加玻璃钝化保护，而由平面的钝化层保护，有助于解决现有可控硅产品生产工艺过程中的不足。本发明的技术方案在于
一种平面可控硅制造方法，其特征在于按如下步骤进行，
步骤I、选取合适的N型硅材料片，根据不同产品的耐压需求，选择不同电阻率；厚度根据晶圆尺寸的不同，选取20(T260um ；
步骤2、在衬底片上用热氧化方法，生长一层2. Oum以上氧化层；
步骤3、用双面光刻机刻出正、反面隔离图形，并用化学腐蚀液去除不需要的氧化层；步骤4、在腐蚀出的隔离槽上沉积一层P型杂质源，然后进行长时间1250°C以上的高温扩散，最终扩散完成正、反面的P型对穿；
步骤5、在晶圆正面用光刻、注入方法，形成P型分压环，分压环的结构取决于不同耐压及管芯尺寸要求，注入条件一般是基区注入剂量的1%;
步骤6、用光刻、注入的方法形成正、反面基区结构；
步骤7、经过扩散炉高温扩散，形成正、反面深基区结构，同时形成二氧化硅层保护PN
结；
步骤8、用光刻、湿法腐蚀的方法形成发射区图形，注意如果采用双面光刻，在晶圆的正反面形成发射区，可以得到双向可控硅；如果只是在正面形成发射区，则得到单向可控硅；步骤9、在晶圆正面用光刻、腐蚀方法开出可控硅K极、G极，同时去掉背面氧化层形成A极；
步骤10、正面沉积铝层；
步骤11、采用铝反刻方法，去除正面除K极、G极之外的铝层；
步骤12、正面用CVD方式淀积一层钝化保护层保护表面的PN结结构；
步骤13、背面沉积一层金属以形成A极，最终形成PNPN 4层可控硅结构。本发明的优点在于本发明生产平面可控硅，可以在现有的集成电路生产线上流水生产，而不必调整任何设备、工艺；由于取消的开槽与玻璃钝化工艺，取消人员的手动作业，可以改用自动化设备生产，提高生产效率，降低人员生产的不稳定性；生产的产品可以得到超过1000V耐压与小于IuA的漏电流。
图I是传统台面工艺的可控硅横截面示意图。图2是传统台面工艺的可控硅玻璃钝化示意图。图3是本发明提供的平面工艺的可控硅横截面图。图4是本发明实施例的分压环结构与电场分布示意图。图5是本发明实施例步骤4的状态结构示意图。图6是本发明实施例步骤7的状态结构示意图。图7是本发明实施例步骤13的状态结构示意图。图8是本发明与传统可控硅漏电比较图。
具体实施例方式为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。本发明涉及一种平面可控硅制造方法，按如下步骤进行，
步骤I、选取合适的N型硅材料片，根据不同产品的耐压需求，选择不同电阻率；厚度根据晶圆尺寸的不同，选取20(T260um。步骤2、在衬底片上用热氧化方法，生长一层2. Oum以上氧化层
步骤3、用双面光刻机刻出正、反面隔离图形，并用化学腐蚀液去除不需要的氧化层。步骤4、在腐蚀出的隔离槽上沉积一层P型杂质源，然后进行长时间高温(1250°C以上)扩散，最终扩散完成正、反面的P型对穿。见图5
步骤5、在晶圆正面用光刻、注入方法，形成P型分压环，分压环的结构取决于不同耐压及管芯尺寸要求。注入条件一般是基区注入剂量的1%。步骤6、用光刻、注入的方法形成正、反面基区结构。步骤7、经过扩散炉高温扩散，形成正、反面深基区结构。同时形成二氧化硅层保护PN结。见图6。步骤8、用光刻、湿法腐蚀的方法形成发射区图形。注意如果采用双面光刻，在晶圆的正反面形成发射区，可以得到双向可控硅；如果只是在正面形成发射区，则得到单向可控硅。步骤9、在晶圆正面用光刻、腐蚀方法开出可控硅K极、G极。同时去掉背面氧化层形成A极。步骤10、正面沉积铝层。步骤11、采用铝反刻方法，去除正面除K极、G极之外的铝层。步骤12、正面用CVD方式淀积一层钝化保护层保护表面的PN结结构。步骤13、背面沉积一层金属以形成A极，最终形成PNPN 4层可控硅结构。见图7。其具体的实施例一为
步骤I、选取合适的N型硅材料片，根据不同产品的耐压需求，选择不同电阻率；厚度根 据晶圆尺寸的不同，选取220um ;也可用240um作为实施例二的选取数据；
步骤2、在衬底片上用热氧化方法，生长一层3. Oum氧化层；
步骤3、用双面光刻机刻出正、反面隔离图形，并用化学腐蚀液去除不需要的氧化层；步骤4、在腐蚀出的隔离槽上沉积一层P型杂质源，然后进行长时间1350°C左右的高温扩散，最终扩散完成正、反面的P型对穿；
步骤5、在晶圆正面用光刻、注入方法，形成P型分压环，分压环的结构取决于不同耐压及管芯尺寸要求，注入条件一般是基区注入剂量的1%;
步骤6、用光刻、注入的方法形成正、反面基区结构；
步骤7、经过扩散炉高温扩散，形成正、反面深基区结构，同时形成二氧化硅层保护PN
结；
步骤8、用光刻、湿法腐蚀的方法形成发射区图形，注意如果采用双面光刻，在晶圆的正反面形成发射区，可以得到双向可控硅；如果只是在正面形成发射区，则得到单向可控硅；步骤9、在晶圆正面用光刻、腐蚀方法开出可控硅K极、G极，同时去掉背面氧化层形成A极；
步骤10、正面沉积铝层；
步骤11、采用铝反刻方法，去除正面除K极、G极之外的铝层；
步骤12、正面用CVD方式淀积一层钝化保护层保护表面的PN结结构；
步骤13、背面沉积一层金属以形成A极，最终形成PNPN 4层可控硅结构。本发明利用分压环、截止环、平面钝化工艺，P型基区与N衬底形成的PN结不再由开槽加玻璃钝化保护，而由平面的钝化层保护。相对与台面开槽工艺，主要的改进有
采用平面分压环、截止环工艺，所有工艺流程完成后芯片表面平整，便于大规模生产，与现有的半导体集成工艺吻合(见图3)。分压环结构见图4。当加在主结上的电压逐渐增大，主结的耗尽区也逐渐往外扩展，增加的部分电压将降落在分压环上，由于分压环明显地增大主结耗尽区的曲率半径，因此可以提高耐压。根据仿真软件模拟，可以设计不同的分压环结构很容易得到不同耐压。采用平面工艺后取消的开槽工艺，芯片表面厚度一致，不容易发生变形、破片。采用二氧化硅与其他钝化物质保护PN结面技术，消除台面的玻璃钝化工艺的操作不便，还可以降低PN结漏电流。根据本发明生产平面可控硅，可以在现有的集成电路生产线上流水生产，而不必调整任何设备、工艺；由于取消的开槽与玻璃钝化工艺，取消人员的手动作业，可以改用自动化设备生产，提高生产效率，降低人员生产的不稳定性。另一方面，根据前文所述，台面开槽工艺生产的可控硅对于VDRM承受耐压点的PN结是负斜角，表面电场太强，因此VDRM很难达到1000V以上；本发明生产的可控硅不破坏PN结面，VDRM耐压由分压环承受，根据不同产品的电压要求，可以设计不同的结构。下表显示平面结构与传统台面结构的耐压差异。
权利要求
1.一种平面可控硅制造方法，其特征在于按如下步骤进行， 步骤I、选取合适的N型硅材料片，根据不同产品的耐压需求，选择不同电阻率；厚度根据晶圆尺寸的不同，选取20(T260um ； 步骤2、在衬底片上用热氧化方法，生长一层2. Oum以上氧化层； 步骤3、用双面光刻机刻出正、反面隔离图形，并用化学腐蚀液去除不需要的氧化层；步骤4、在腐蚀出的隔离槽上沉积一层P型杂质源，然后进行长时间1250°C以上的高温扩散，最终扩散完成正、反面的P型对穿； 步骤5、在晶圆正面用光刻、注入方法，形成P型分压环，分压环的结构取决于不同耐压及管芯尺寸要求，注入条件一般是基区注入剂量的1% ； 步骤6、用光刻、注入的方法形成正、反面基区结构； 步骤7、经过扩散炉高温扩散，形成正、反面深基区结构，同时形成二氧化硅层保护PN结； 步骤8、用光刻、湿法腐蚀的方法形成发射区图形，注意如果采用双面光刻，在晶圆的正反面形成发射区，可以得到双向可控硅；如果只是在正面形成发射区，则得到单向可控硅；步骤9、在晶圆正面用光刻、腐蚀方法开出可控硅K极、G极，同时去掉背面氧化层形成A极； 步骤10、正面沉积铝层； 步骤11、采用铝反刻方法，去除正面除K极、G极之外的铝层； 步骤12、正面用CVD方式淀积一层钝化保护层保护表面的PN结结构； 步骤13、背面沉积一层金属以形成A极，最终形成PNPN 4层可控硅结构。
全文摘要
本发明提供一种平面可控硅制造方法，可以得到超过1000V耐压与小于1uA的漏电流。包括对穿隔离、多层环分压、深基区扩散、磷扩散发射区与截止环、平面钝化工艺。本发明由于采用平面制造工艺，可以提高晶圆直径，降低生产破片率，并且可以采用自动化操作，提高生产效率。
文档编号H01L21/332GK102969246SQ20121054477
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者陈秀镁, 林立桂, 李秋, 梅海军, 熊爱华, 江桂钦, 石建武 申请人:福建福顺微电子有限公司