一種帶有深阱終端環結構的平面可控硅芯片的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶有深阱終端環結構的平面可控硅芯片，它包括N-﹣型硅單晶片、背面P型陽極區、正面P型短基區、N-+型陰極區、正面的門極金屬電極、正面的陰極金屬電極、背面的陽極金屬電極、對通隔離環和深阱終端環，深阱終端環內填充有鈍化保護膜，深阱終端環與正面P型短基區相連并環繞在正面P型短基區的四周，深阱終端環的深度大于正面P型短基區的深度。采用深阱終端環結構，反向偏置時，耗盡層向深阱終端環的內部擴展多，能夠減小芯片尺寸，深阱終端環是由鋁擴散形成，具有更高的臨界電場強度，可以實現更高的耐壓，減小芯片終端尺寸，節約硅片面積，提高硅片利用率。
【專利說明】
一種帶有深阱終端環結構的平面可控硅芯片
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種用于平面可控硅芯片制造的深阱終端環結構，尤其涉及一種帶有深阱終端環結構的平面可控硅芯片。
【背景技術】
[0002]平面終端技術廣泛應用于功率半導體器件芯片，目前的平面終端技術多為保護環結構。采用保護環結構的平面可控硅芯片，如圖1所示，N__型硅單晶片101’、背面P型陽極區102’、正面P型短基區103’、N-+型陰極區104’、對通隔離環105’、保護環106’、正面的門極金屬電極107’、正面的陰極金屬電極108’、背面的陽極金屬電極109’、鈍化保護膜110’，保護環106’環設于正面P型短基區103’四周，保護環106’與正面P型短基區103’間隔一定的距離，保護環106’的深度等于正面P型短基區103’的深度。反向偏置時，耗盡層沿橫向水平方向擴展，保護環承擔部分耐壓；電壓越高，所需保護環數量越多，芯片終端尺寸也就越大，芯片尺寸也就越大。具體工藝步驟:1、光刻P型基區窗口和保護環窗口；2、離子注入硼;3、推結擴散。優點是:工藝步驟少。缺點是:采用保護環結構，需更大的芯片終端尺寸，浪費硅片面積。因此，需要新的技術方案來解決上述問題。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型需要解決的技術問題是提供一種帶有深阱終端環結構的平面可控硅芯片。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型的一種帶有深阱終端環結構的平面可控硅芯片，它包括N__型硅單晶片、背面P型陽極區、正面P型短基區、N-+型陰極區、正面的門極金屬電極、正面的陰極金屬電極、背面的陽極金屬電極、對通隔離環和深阱終端環，所述深阱終端環內填充有鈍化保護膜，其特征在于:所述深阱終端環與正面P型短基區相連并環繞在正面P型短基區的四周，所述深阱終端環的深度大于正面P型短基區的深度。
[0005]其中，所述深阱終端環的深度為50-70um，深阱終端環的寬度為90-150um。
[0006]進一步的，所述深阱終端環內的雜質濃度低于正面P型短基區內的雜質濃度。
[0007]本實用新型的有益效果:采用深阱終端環結構替代保護環結構，可以有效減少終端尺寸，可以用更小的芯片面積實現相同的參數性能，提高硅單晶片的利用率。
【附圖說明】
[0008]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0009]圖1為【背景技術】中提到的具有保護環結構的平面可控硅芯片的結構示意圖。
[0010]圖2為本實用新型具有深阱終端環結構的平面可控硅芯片的結構示意圖。
[0011]其中，101、N--型硅單晶片，102、背面P型陽極區，103、正面P型短基區，104、N-+型陰極區，105、對通隔離環，106、深阱終端環，107、正面的門極金屬電極，108、正面的陰極金屬電極，109、背面的陽極金屬電極，110、鈍化保護膜。
【具體實施方式】
[0012]為了加深對本實用新型的理解，下面對本實用新型作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的保護范圍的限定。
[0013]如圖2所示，本實用新型的一種帶有深阱終端環結構的平面可控硅芯片，它包括N-_型硅單晶片101、背面P型陽極區102、正面P型短基區103、N-+型陰極區104、正面的門極金屬電極107、正面的陰極金屬電極108、背面的陽極金屬電極109、對通隔離環105和深阱終端環106，深阱終端環106內填充有鈍化保護膜110，深阱終端環106與正面P型短基區103相連并環繞在正面P型短基區103的四周，深阱終端環106的深度大于正面P型短基區103的深度。
[0014]其中，深阱終端環106的深度為50-70um，深阱終端環106的寬度為90-150um。采用深阱終端環結構，反向偏置時，耗盡層向深阱終端環的內部擴展多，能夠減小芯片尺寸。
[0015]深阱終端環106內的雜質濃度低于正面P型短基區103內的雜質濃度。使PN結耗盡層向芯片內部擴展，讓擊穿發生在體內而不是PN的終端。
[0016]上述帶有深阱終端環結構的平面可控硅芯片的制造方法，先光刻背面P型陽極區窗口和正面P型短基區窗口，再在背面P型陽極區窗口和正面P型短基區窗口內離子注入硼，光刻深阱終端環窗口，再在深阱終端環窗口內，進行離子注入鋁，然后同時進行高溫推結擴散，同時實現背面P型陽極區、正面P型短基區、深阱終端環。深阱終端環是由鋁擴散形成，具有更高的臨界電場強度，可以實現更高的耐壓。
[0017]下面是上述平面可控硅芯片的制造方法的詳細步驟:
[0018]1、生長氧化膜:對硅單晶片進行化學拋光，進行RCA清洗、甩干，將硅單晶片置于1150±50°C下的氧氣氛下氧化，氧化時間為5-10小時，要求生長的氧化膜厚度為1.0?1.8um；
[0019]2、雙面光刻對通隔離窗口:利用勻膠機將光刻膠涂敷在硅片的正、反兩面，經100±5°C/25±5min前烘，利用雙面光刻機、掩膜版進行曝光，顯影，堅膜，利用氫氟酸緩沖腐蝕液腐蝕去掉窗口的二氧化硅膜，去殘膠，洗凈，甩干；
[0020]3、對通隔離擴散:(I)對硅片進行RCA清洗、甩干，(2)在硅片的正、反兩面涂硼源，
(3)硼予沉積，在1080 ± 10°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散1.8± 0.2 h，形成P型沉積層，要求R口=5±0.5 Ω/口；(4)推結，在1275±5°C，氮氣和氧氣氣氛下，擴散140±10 h，形成P型對通隔離環；
[0021]4、光刻正面P型短基區窗口和背面P型陽極區窗口:利用勻膠機將光刻膠涂敷在硅片的正、反兩面，經100±5°C/25±5min的前烘，利用雙面光刻機、掩膜版進行曝光，顯影，堅膜，利用氫氟酸緩沖腐蝕液腐蝕去掉窗口的二氧化硅膜，去殘膠，洗凈，甩干；
[0022]5、雙面注入硼:注入劑量為IE1Vcm2至IE1 Vcm2，注入能量為60KeV至80 KeV，在窗口內形成硼的注入層；
[0023]6、光刻正面深阱終端環窗口:利用勻膠機將光刻膠涂敷在硅片的正、反兩面，經100±5°C/25±5min的前烘，利用雙面光刻機、掩膜版進行曝光，顯影，堅膜，利用氫氟酸緩沖腐蝕液腐蝕去掉窗口的二氧化硅膜，去殘膠，洗凈，甩干；
[0024]7、正面注入鋁:注入劑量為5E14/cm2至8E14/cm2，注入能量為601^￥至120 Kev，注入角度為0°至7°，在正面深阱終端環窗口內形成鋁的注入層；
[0025]8、推結擴散:在1275±5°C下，氮氣和氧氣氣氛下，擴散25-35 h，同時形成正面P型短基區、背面P型陽極區、深阱終端環；
[0026]9、光刻N+型陰極區窗口:利用勻膠機將光刻膠涂敷在硅片的正、反兩面，經100±5°C/25±5min的前烘，利用光刻機、掩膜版進行曝光，顯影，堅膜，利用氫氟酸緩沖腐蝕液腐蝕去掉窗口的二氧化硅膜，去殘膠，洗凈，甩干；
[0027]1、磷予擴:對硅片進行RCA清洗，用去離子水沖洗15次、甩干;在950?1080 °C下，通入攜帶三氯氧磷的氮氣和氧氣，擴散1.5±0.2 h，形成N+沉積層，要求Rli=0.9?4.0 Ω /□;
[0028]11、磷再擴:在1205±10°C，氮氣和氧氣氣氛下，擴散4.0±0.6 h，形成N-+型陰極區；
[0029]12、鈍化保護:LPCVD系統沉積氮化硅保護膜；
[0030]13、光刻引線窗口:利用勻膠機將光刻膠涂敷在硅片正面，經100±5°C/25±5min的前烘，利用光刻機、掩膜版進行曝光，顯影，堅膜，利用干刻機刻蝕正面窗口內、背面的氮化硅膜，利用氫氟酸緩沖腐蝕液腐蝕掉正面窗口的二氧化硅膜，同時將背面的二氧化硅膜腐蝕干凈，去殘膠，洗凈，甩干；
[0031 ] 14、雙面金屬膜蒸鍍:利用高真空電子束蒸發臺在娃片的正面蒸鍍一層5-8um厚的高純鋁膜；利用高真空電子束蒸發臺在硅片的背面蒸鍍鈦(0.I um厚)一鎳(0.5um厚)一銀(1.2um厚)的多層金屬電極；
[0032]15、正面反刻:利用勻膠機將光刻膠涂敷在硅片的正面，經100±5°C/25±5min的前烘，利用光刻機、掩膜版進行曝光，顯影，堅膜，利用磷酸腐蝕液腐蝕去掉窗口的鋁，去殘膠，洗凈，用干；
[0033]16、真空合金:真空合金爐內，合金條件510±5°C/25±5min，形成歐姆接觸；
[0034]17、芯片測試:按產品測試標準進行測試；
[0035]18、砂輪劃片:利用砂輪劃片機根據芯片尺寸進行切割；
[0036]19、檢驗、包裝。
[0037]由上述工藝制成的平面可控硅芯片，具有深阱終端環結構，其與現有技術中的保護環結構相比，其工藝部分在離子注入硼步驟和推結擴散步驟之間增加了光刻深阱終端環窗口步驟和離子注入鋁步驟，雖然工藝步驟增多了，但是能形成深阱終端環結構，深阱終端環是由鋁擴散形成，具有更高的臨界電場強度，可以實現更高的耐壓，減小芯片終端尺寸，節約硅片面積，提高硅片利用率。
【主權項】
1.一種帶有深阱終端環結構的平面可控硅芯片，它包括N-_型硅單晶片、背面P型陽極區、正面P型短基區、N-+型陰極區、正面的門極金屬電極、正面的陰極金屬電極、背面的陽極金屬電極、對通隔離環和深阱終端環，所述深阱終端環內填充有鈍化保護膜，其特征在于:所述深阱終端環與正面P型短基區相連并環繞在正面P型短基區的四周，所述深阱終端環的深度大于正面P型短基區的深度。2.根據權利要求1所述的一種帶有深阱終端環結構的平面可控硅芯片，其特征在于:所述深阱終端環的深度為50-70um，深阱終端環的寬度為90-150umo3.根據權利要求1所述的一種帶有深阱終端環結構的平面可控硅芯片，其特征在于:所述深阱終端環內的雜質濃度低于正面P型短基區內的雜質濃度。
【文檔編號】H01L29/06GK205428940SQ201620192788
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月14日
【發明人】周榕榕, 王成森, 沈怡東
【申請人】江蘇捷捷微電子股份有限公司