CN1010066B - 高压垂直扩散场效应管及其制法 - Google Patents

Abstract

一种高压垂直扩散场效应管的制作方法，属半导体器件技术领域已有技术是在低阻N⁺的硅单晶衬底片上，生长一层高阻N^-外延层然后在外延层上进行双扩散制作而成。本发明不用外延片，直接在硅单晶片上制作高压VDMOS晶体管，然后采用晶片减薄工艺和薄片加工工艺，降低VDMOS晶体管的导通电阻。晶片减薄工艺和薄片加工工艺的特征是：把薄硅片同底托片粘接在一起形成复合片，对复合片进行加工。

Description

本发明提供了一种方法，适用于制造高压垂直扩散MOS场效应（VDMOS）晶体管。

本发明属于半导体器件技术领域。

VDMOS晶体管从七十年代中期以来，有了巨大发展，击穿电压从几十伏到上千伏，导通电流从一百毫安到几十安培，种类很多。但是它的基本制造技术没有变化，仍然是在低阻N+的硅单晶衬底上生长一层高阻N-外延层，然后在外延层上进行双扩散制作而成。

申请前解剖了美国IR，MOTOROLA，GERCA三家大公司的各类VDMOS晶体管，其击穿电压从100伏到950伏。查阅了1978-1988年有关半导体器件的各类刊物-SOLID    STATE    TECHNOLOGY，SOLID-STATE    ELECTRONICS，ELECTRON    DEVICES，ELECTRON    DEVICE    LETTERS，IEDM，电子材料，日经マィクロデバィス等。还检索了德温特国际电子专利IEP1980-1988年有关分立器件U12类别的专利摘要，机检了国际专利分类IPC有关半导体分立器件及制造技术部分，1963-1987年以THIN及以VDMOS为关键词的全部专利文献，没有看到不在外延片上而是直接在单晶片上制造VDMOS晶体管的报导。美国专利VS4145-700，US4366-495，US4455-565，西德专利DE3331-329所公开的VDMOS晶体管，基本结构如图七所示，都是在 N+9硅单晶衬底片上生长N^-10外延层，然后在N^-10外延层上用双扩散方法制造而成。其中，N^-10外延层起支撑电压的作用，N+9衬底起减小导通电阻的作用。但是采用这种方法制造高压VDMOS晶体管，需要生长很厚的高阻外延层。例如制作漏一源击穿电压400伏的高压VDMOS晶体管，其外延层厚度需要40μ以上，电阻率高达15-20ΩCM，制作50-60μ，电阻率高达20-30ΩCM。击穿电压越高，所需外延层厚度越厚，电阻率越高。生长很厚的高阻外延层，不仅难度大，成本高，而且外延层质量总不如单晶片好。

本发明的目的在于采用一种方法，不用外延片，直接在高阻N^-单晶片上制造VDMOS晶体管，通过晶片减薄工艺和薄片加工工艺降低VDMOS晶体管的导通电阻。

本发明用的晶片减薄工艺和薄片加工工艺与已有技术不同，已有技术是把带有管芯的硅片正面用白蜡粘在贴片盘上进行单面研磨，减薄后的硅片直接进行清洗除蜡，背面淀积金属如镀镍、溅金、蒸铝等合金后划片，也可以不经过淀积金属及合金化直接划分。这种对薄硅片直接进行加工的方法，限制了硅片减薄的程度，如果硅片被减得过薄，很容易在加工时破碎，因此，一般只把硅片减至200-300μ。欧洲专利EP127-989仅减薄到180μ。

本发明同已有技术不同的地方在于：不是对被减薄的带有管芯的硅片直接加工，而是把薄硅片同底托片粘接在一起形成复合片，对复合片进行加工。经过划分，薄硅片被分割成许多小管芯 片。这时能可把小管芯片同底托片分开，按常规工艺加工。本发明的具体方法是：在不长外延层的高阻硅单晶片上用双扩散工艺制造VDMOS管，随后晶片减薄和薄片加工。其过程是：

a.把带有管芯的硅片正面同底托片粘在一起形成复合片，把复合片的底托片这一面粘到贴片盘上。

b.对硅片背面进行单面研磨，当硅片减薄到所需厚度时，取下复合片。

c.如果对管芯背面与底盘之间的接触电阻要求阻值很小，则可清洗后，对复合片的薄硅片背面淀积金属如蒸铝、蒸金。如果对接触电阻的阻值要求不严，则可省去这道工序。

d.把复合片的薄硅片背面同另一底托片粘在一起形成三层复合片。

e.把同薄硅片正面相贴接的底托片从三层复合片中取出。这时带有管芯的薄硅片正面已露在外面。

f.划分、把薄硅片划成许多小管芯片。

g.把小管芯片同底托片分开。接着便可按常规工艺对小管芯片进行加工如合金化，粘接，键合，封管。

本发明的晶片减薄和薄片加工过程也可以是：

a.把带有管芯的硅片正面直接粘到贴片盘上，对控片背面进行单面研磨。

b.当硅片减薄到所需厚度时，把底托片同硅片背面粘接在一起形成复合片。

c.把复合片从贴片盘上取下，这时带有管芯的硅片正面已露 在外面。

d.如果对管芯片与底盘之间的接触电阻的阻值要求不严，则可直接划片。如果对接触电阻要求阻值很小则可把另一底托片同复合片的薄硅片正面粘在一起形成三重复合片。

e.把同薄硅片背面相粘接的底托片从三重复合片中取出，露出薄硅片的背面。

f.清洗后，对复合片的薄硅片背面淀积金属，如蒸金、蒸铝等。

接着，按照上一种方法的d、e、f、g项进行。

实施例1：

为制作击穿电压为600伏的VDMOS晶体管，选用20ΩCM的N-〔100〕硅单晶片，片厚500μ，用常规双扩散工艺完成器件制备，接着进行晶片减薄和薄片加工，具体作法是：

a.把经双面磨过的另一2mm厚的硅片3作为1号底托片，用白蜡2作粘接剂，同带有管芯的硅片1的正面粘接在一起，组成复合片。用502胶4把1号底托片3粘到贴片盘5上，对硅片1的背面进行单面研磨。

b.当把带有管芯的硅片1减到80μ时，用刀片割开502胶4，把复合片从贴片盘5上取下。用高纯水冲洗复合片，用无水乙醇脱水，冷风吹干，放入蒸发台对硅片1的背面冷蒸铝6，铝层厚1μ。

c.把经双面磨的另一500μ厚的硅片8作为2号底托片，用502胶7作粘接剂同硅片1的背面粘接在一起组成三层复合片。

d.把三层复合片放入80℃的烘箱内烘10分钟，白蜡2受热熔化，把1号底托片3从三层复合片中取出来，剩下由薄硅片1的背面同2号底托片8粘接而成的复合片。

e.把复合片放进四氯化碳中煮沸2遍，每遍10分钟，在丙酮中超声清洗2遍，每遍3分钟，充分除蜡。然后进行划片，划片深度90μ，把薄硅片1划成许多小管芯片。

f.用高纯水冲洗复合片，进甩干机甩干，进合金炉，炉管中通N2，炉温430℃，合金化时间30分钟。502胶6受热分解化气，复合片离解成许多小芯片和2号底托片8，同时，芯片背面已合金化。随后，便可按照常规工艺进行粘接、压焊、封管。

实施例2：

基本作法同实施例1。不同之处有二点：其一是把带有管芯的薄硅片1同2号底托片8粘接在一起的粘接剂不是502胶，而是白蜡。其二是在划片后，复合片冲高纯水并甩干后，不是直接进合金炉，而是放进四氯化碳中蒸沸2遍，每遍10分钟。接着在丙酮中超声清洗2遍，每遍3分钟，使小管芯同2号底托片8分离、同时充分除蜡，然后进合金炉。

实施例3：

其晶片减薄和薄片加工的作法是：

a.把带有管芯的硅片背面用白蜡直接粘在贴片盘上进行单面研磨，当硅片减薄到80μ时，把贴片盘放进80℃烘箱内烘20分钟。把厚1mm的硅片作为3号底托片，用白蜡作粘接剂，把3号底托片同薄硅片的背面粘接在一起。组成复合片，把复合片从贴片 盘上取下。

b.把复合片和作为1号底托片的2mm厚的硅片放进80℃的烘箱内，10分钟后用白蜡作为粘接剂把1号底托片同复合片中带有管芯的硅片正面粘接在一起，形成三层复合片。

c.把3号底托片从三层复合片中取出，剩下由薄硅片同1号底托片粘接在一起的复合片，这时，薄硅片的背面已露在外面。

d.用浸有100号汽油的棉花擦复合片外面的白蜡在丙酮中超声清洗2遍，每遍3分钟，以充分除净复合片外面的白蜡。放入HF∶H20＝1∶10的稀氢氟酸溶液中浸泡1分钟，漂掉硅片背面的氧化层，用高纯水冲清，无水乙醇脱水，冷风吹干、放入蒸发台对带有管芯的薄硅片背面冷蒸铝。以后的工艺步骤按实施例一的C.d.e.f项进行。

用减薄晶片制造高压VDMOS晶体管的方法，与已有技术相比一可提高晶体管的高压性能，降低成本，提高成品率。

附图说明：

图1。把由带有管芯的硅片正面与1号底托片粘接而成的复合片粘在贴片盘上。

1：带有管芯的硅片，正面朝下。

2：白蜡

3：1号底托片

4：502胶

5：贴片盘

图2。硅片背面蒸铝

6：铝层

图3。三层复合片

7：502胶

8：2号底托片

图4.从三层复合片中取出1号底托片3

图5.划片

图6。合金时、小芯片与底托片离解

图7。传统VDMOS晶体管结构

9：N+硅单晶衬底

10：N^-外延层

11：N⁺扩散区

12：P型扩散区

13：栅氧

14：多晶

15：栅电极

16：源电极

17：漏电极

图8。本发明的VDMOS晶体管结构

18：N^-硅单晶片

Claims (3)

1、一种高压垂直扩散MOS场效应晶体管的制造方法，其特征在于：

a、用不长外延层的高阻硅单晶片作为基片；

b、在完成管芯工艺后，把带有管芯的硅单晶片同底托片粘接成复合片，对复合片进行加工，使晶片减薄，降低晶体管的导通电阻。

2、根据权利要求1所述的高压垂直MOS场效应管的制造方法，其特征在于：把带有管芯的薄硅片同底托片粘接在一起形成复合片的粘接剂是白蜡、502胶。

3、根据权利要求1、2所述的方法制造的高压垂直扩散MOS场效应晶体管。

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