CN101707207A - 门极和阴极间采用玻璃钝化保护的可控硅器件及制造方法 - Google Patents

门极和阴极间采用玻璃钝化保护的可控硅器件及制造方法 Download PDF

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Abstract

门极和阴极间采用玻璃钝化保护的可控硅器件及制造方法，属于微电子技术领域。可控硅器件包括N-衬底层(1)、P+扩散区(2)、N+扩散区(4)、台面凹槽玻璃钝化层(5)、门极(G)、阴极(T1)和阳极(T2)，门极(G)和阴极(T1)均位于可控硅器件同一侧的表面上，所述门极(G)和阴极(T1)一侧的表面上设置有表面玻璃钝化层(7)。通过湿法刻蚀全面去除氧化层，并烧结表面玻璃钝化层，消除了而因机械应力而导致硅片龟裂和破碎的现象，简化了工艺，降低了生产成本，提高了可控硅器件的可靠性，具有明显的技术先进性、显著的经济性和极强的实用性。

Description

门极和阴极间采用玻璃钝化保护的可控硅器件及制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件及工艺制造方法，特别是取消通常的门极-阴极间的氧化层保护而采用全面玻璃钝化保护的单向、双向可控硅功率器件及其制造方法。属于微电子技术领域。
背景技术
现在的单向、双向可控硅功率器件如图1，图2，图3所示，主要有N-衬底层1、P+扩散层2、氧化层3、N+扩散层4、玻璃钝化层5、门极G、阴极T1、阳极T2组成。门极G和阴极T1构成表面金属部分，阳极T2构成背面金属部分，一部分的P+对通扩散区构成P-N隔离、玻璃钝化层5形成台面凹槽内的P-N结保护。
其制造方法包括以下步骤：
a.对通隔离：在N-衬底层1的基材上以热氧化的方式先生成一层氧化层，经过对通隔离光刻以后进行P+扩散形成对通隔离区；
b.P+扩散：全面去除氧化层3以后在N-衬底层1基材的表面和背面同时进行P+扩散，形成P+扩散层2；
c.N+扩散：以光刻、湿法刻蚀方法去除覆盖在N+源区上的氧化层3后进行N+扩散，形成N+扩散层4；
d.台面腐蚀：在阴极T1的P+区上光刻环行区域，去除该区域上的氧化层3后进行台面刻蚀，刻蚀深度超过N-P+结的深度，形成台面凹槽构造；
e.去除氧化层3的凹槽突出部分：用超声波或高压水枪冲击等物理方法去除氧化层3伸至台面凹槽开口处的凹槽突出部分6；
f.台面凹槽内玻璃钝化：在台面凹状内涂玻璃粉后进行预烧，然后擦拭去除表面的残留玻璃粉，最后再进行烧结，形成玻璃钝化层5；
g.去除门极G、阴极T1和阳极T2形成区的表面氧化层3：用湿法刻蚀去除门极G、阴极T1和阳极T2形成区上的氧化层3；
h.金属化：最后在门极G、阴极T1和阳极T2的形成区上蒸发生长金属层，制成单向或双向功率器件。
在上述单向、双向可控硅功率器件的制造过程中，为了去除步骤d中台面形成以后在台面凹槽上氧化层产生的凹槽突出部分6，步骤e采用了超声波或高压水枪冲击以及其他物理方法来达到这一目的，但是这些方法都是给可控硅器件施加外力从而使凹槽突出部分6断离来完成的，其结果必然对可控硅器件产生很大的机械应力，容易造成硅片的龟裂和破碎，并且氧化层的凹槽突出部分6断离后的不规则面会影响功率器件耐压的一致性。另外，为了避免刻蚀难度较大的玻璃钝化层以便顺利地进行步骤g的氧化层刻蚀，步骤f中还要不断地反复进行预烧和擦拭去除器件表面残留的玻璃粉。所以，利用现有技术生产单向、双向功率器件的方法普遍存在因生产工序的复杂而导致碎片率高，合格率低，产品成本居高不下的不足和缺陷，这种工艺上的欠合理直接影响了产品的可靠性、经济性和技术性能的稳定性。
发明内容
本发明第一个的目的是针对现有可控硅器件耐压性能不稳定，可靠性较差，生产成本高的缺陷和不足，提供一种产品可靠性和合格率高，制作方便，生产成本较低的门极和阴极间采用玻璃钝化保护的可控硅器件。
本发明的另一个目的是针对现有可控硅器件制造方法工艺复杂，硅片龟裂和破碎率高，器件质量不稳定，生产成本高的缺陷和不足，提供一种操作简单，产品合格率高，质量稳定，生产成本较低的可控硅器件制造方法。
本发明实现第一个目的的技术解决方案是：门极和阴极间采用玻璃钝化保护的可控硅器件，包括N-衬底层、P+扩散区、N+扩散区、台面凹槽玻璃钝化层、门极、阴极和阳极，门极和阴极均位于可控硅器件同一侧的表面上，所述门极和阴极一侧的表面上设置有表面玻璃钝化层。
所述表面玻璃钝化层的厚度为10-30微米。
本发明实现第二个目的的技术解决方案是：门极和阴极间采用玻璃钝化保护的可控硅器件的制造方法，包括a.对通隔离；b.P+扩散；c.N+扩散；d.台面腐蚀的加工步骤，并进一步包括以下步骤：
e.全面去除氧化层：去除可控硅器件表面和背面上的氧化层；
f.玻璃钝化：在门极和阴极一侧的表面以及台面凹槽内涂敷玻璃粉后进行烧结，形成台面凹槽玻璃钝化层和表面玻璃钝化层；
g.玻璃腐蚀：在表面玻璃钝化层上以光刻和刻蚀方法去除门极和阴极形成区内的钝化玻璃；
h.金属化：在器件的表面和背面蒸发生长金属层，以光刻和刻蚀方法去除门极和阴极T1区域外的金属层，形成门极、阴极和阳极，即得到单向或双向可控硅器件。
所述的步骤e中，采用湿法刻蚀的方法全面去除可控硅器件表面和背面上的氧化层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明采用全面去除表面氧化层，用涂敷时形成的表面玻璃钝化层来取代原来的氧化层对表面P-N结进行保护，玻璃钝化过程中不会在台面凹槽的开口处形成凹槽突出部分，消除了而因采用超声波和高压水枪等物理方法所产生的机械应力而导致硅片龟裂和破碎的现象，也省略了擦拭表面残留玻璃粉这一繁琐的操作，使产品的合格率和可靠性得到很大的提高。
2.本发明单向、双向可控硅功率器件的制造方法，通过湿法刻蚀全面去除氧化层，并烧结表面玻璃钝化层来取代去除凹槽突出部分的超声波或高压水枪冲击等物理操作，可在功率器件的表面直接进行玻璃烧结，无需擦拭去除表面残留玻璃粉的操作，简化了工艺，降低了生产成本，提高了可控硅器件的可靠性，具有明显的技术先进性、显著的经济性和极强的实用性。
附图说明
图1是现有可控硅器件的结构示意图；
图2是本发明和现有可控硅器件制造方法中步骤a-d的流程图；
图3是现有可控硅器件制造方法中步骤e-h的流程图；
图4是本发明制造方法中步骤e-h的流程图；
图5是发明可控硅器件的结构示意图。
图中：N-衬地层1，P+扩散区2，氧化层3，N+扩散区4，台面凹槽玻璃钝化层5，凹槽突出部分6，表面玻璃钝化层7，门极G，阴极T1，阳极T2。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：
参见图5，本发明的门极和阴极间采用玻璃钝化保护的可控硅器件，包括N-衬底层1、P+扩散区2、N+扩散区4、台面凹槽玻璃钝化层5、门极G、阴极T1和阳极T2，门极G和阴极T1均位于可控硅器件同一例的表面上，所述门极G和阴极T1一侧的表面上设置有表面玻璃钝化层7。由于表面玻璃钝化层7烧结制作不会在台面凹槽的开口处的上方形成凹槽突出部分6，无需对可控硅器件施加超声波或高压水枪冲击等机械应力，大大降低了硅片龟裂和破碎的机率，从而提高了可控硅器件成品的合格率。
一般情况下，所述表面玻璃钝化层7的厚度为10-30微米。
参见图2，图4，图5，本发明方法的步骤如下：
a.对通隔离：在N-衬底层1的基材上以热氧化的方式先生成一层氧化层，经过对通隔离光刻以后进行P+扩散形成对通隔离区；
b.P+扩散：全面去除氧化层3以后在N-衬底层1基材的表面和背面同时进行P+扩散，形成P+扩散层2；
c.N+扩散：以光刻、湿法刻蚀方法去除覆盖在N+扩散区上的氧化层3后进行N+扩散，形成N+扩散层4；
d.台面腐蚀：在阴极T1的P+扩散区上光刻环行区域，去除该区域上的氧化层3后进行台面刻蚀，刻蚀深度超过N-P+结的深度，形成台面凹槽构造；
e.全面去除氧化层3：去除可控硅器件表面和背面上的氧化层3；一般采用湿法刻蚀的方法全面去除可控硅器件表面和背面上的氧化层3；
f.玻璃钝化：在门极G和阴极T1一侧的表面以及台面凹槽内涂敷玻璃粉后进行烧结，形成台面凹槽玻璃钝化层5和表面玻璃钝化层7；
g.玻璃腐蚀：在表面玻璃钝化层7上以光刻和刻蚀方法去除门极G和阴极T1形成区内的钝化玻璃；
h.金属化：在器件的表面和背面蒸发生长金属层，以光刻和刻蚀方法去除门极G和阴极T1区域外的金属层，形成门极G、阴极T1和阳极T2，即得到单向或双向可控硅器件。
本发明方法与现有方法进行对比试验：当制造5-8安倍的单向或双向可控硅功率器件时，采用本发明方法可将其产品合格率由现有的70％-80％提高到95％以上；当制造10-25安倍的单向或双向可控硅功率器件时，采用本发明方法可将其产品合格率由现有的50％-70％提高到90％以上；当制造80安倍以上的单向或双向可控硅功率器件时，采用本发明方法可将其产品合格率由现有的40％-60％提高到80％以上。
而且本发明方法工艺简便，生产成本较低。制成的单向或双向可控硅功率器件的耐压性好，可靠性高。

Claims (4)

1.门极和阴极间采用玻璃钝化保护的可控硅器件，包括N-衬底层(1)、P+扩散区(2)、N+扩散区(4)、台面凹槽玻璃钝化层(5)、门极(G)、阴极(T1)和阳极(T2)，门极(G)和阴极(T1)均位于可控硅器件同一侧的表面上，其特征在于；所述门极(G)和阴极(T1)一侧的表面上设置有表面玻璃钝化层(7)。
2.根据权利要求1所述的门极和阴极间采用玻璃钝化保护的可控硅器件，其特征在于：所述表面玻璃钝化层(7)的厚度为10-30微米。
3.门极和阴极间采用玻璃钝化保护的可控硅器件的制造方法，包括a.对通隔离；b.P+扩散；c.N+扩散；d.台面腐蚀的加工步骤，其特征在于进一步包括以下步骤：
e.全面去除氧化层(3)：去除可控硅器件表面和背面上的氧化层(3)；
f.玻璃钝化：在门极(G)和阴极(T1)一侧的表面以及台面凹槽内涂敷玻璃粉后进行烧结，形成台面凹槽玻璃钝化层(5)和表面玻璃钝化层(7)；
g.玻璃腐蚀：在表面玻璃钝化层(7)上以光刻和刻蚀方法去除门极(G)和阴极(T1)形成区内的钝化玻璃；
h.金属化：在器件的表面和背面蒸发生长金属层，以光刻和刻蚀方法去除门极(G)和阴极(T1)区域外的金属层，形成门极(G)、阴极(T1)和阳极(T2)，即得到单向或双向可控硅器件。
4.根据权利要求3所述的门极和阴极间采用玻璃钝化保护的可控硅器件的制造方法，其特征在于：所述的步骤e中，采用湿法刻蚀的方法全面去除可控硅器件表面和背面上的氧化层(3)。
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