CN102790083A - 一种改进的可控硅结构及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进的可控硅结构，包括台面槽、穿通环、长基区、正面短基区、背面短基区、阴极区和门极区，其特征在于：阴极区和门极区之间开有阴极门极间槽，阴极门极间槽内填充有玻璃粉。生产上述可控硅结构的生产工艺，包括双面抛光片步骤、氧化步骤、光刻穿通、穿通扩散、短基区扩散、光刻阴极、阴极扩散、光刻台面槽、化学腐蚀台面槽、光刻引线孔、正面蒸铝、铝反刻、铝合金、背面喷砂、背面金属化、芯片测试、划片包装步骤，在化学腐蚀台面槽和光刻引线步骤之间增加了光刻阴极门极间槽步骤、化学腐蚀阴极门极间槽步骤和玻璃钝化步骤。本发明的优点是：耐压高，漏电低，也不存在反型条件和表面烧毁现象，大大提高了可控硅的可靠性。

Description

一种改进的可控硅结构及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种改进的可控硅结构及其生产工艺。
背景技术
可控规生产过程中，阴极和门极均靠氧化层保护，采用氧化层保护，存在如下缺点：1、氧化层易受到杂质离子影响造成阴极、门极间漏电大，器件失效；2、表面浓度越淡，表面易形成反型，容易使器件失效；3、阴极和门极之间因工作时存在工作电流和电压，使用过程中易造成此处PN结烧毁，器件失效。因此，应该提供一种新的技术方案解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是：针对上述不足，提供一种表面无烧毁、可靠性高的改进的可控硅结构及其生产工艺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种改进的可控硅结构，包括台面槽、穿通环、长基区、正面短基区、背面短基区、阴极区和门极区，所述穿通环设于长基区的四周，所述阴极区和门极区之间开有阴极门极间槽，所述阴极门极间槽内填充有玻璃粉。
生产一种改进的可控硅结构的生产工艺，包括双面抛光片步骤、氧化步骤、光刻穿通步骤、穿通扩散步骤、短基区扩散步骤、光刻阴极步骤、阴极扩散步骤、光刻台面槽步骤、化学腐蚀台面槽步骤、光刻引线孔步骤、正面蒸铝步骤、铝反刻步骤、铝合金步骤、背面喷砂步骤、背面金属化步骤、芯片测试步骤、划片步骤和芯片包装步骤，在化学腐蚀台面槽步骤和光刻引线步骤之间增加了光刻阴极门极间槽步骤、化学腐蚀阴极门极间槽步骤和玻璃钝化步骤，
所述光刻阴极门极间槽步骤为：常规涂胶，前烘，光刻阴极门极间槽，使用单面光刻机，使用阴极门极间槽光刻板对准曝光，正常显影；
所述化学腐蚀阴极门极间槽的步骤为：采用腐蚀液腐蚀阴极门极间槽，所述腐蚀液按照冰乙酸:HF:HNO3：=1.5:3:10的质量比例配置而成， 腐蚀液温度：0℃，腐蚀槽深：5-10μm；
   所述玻璃钝化步骤为：用GP370玻璃粉刮涂阴极门极间槽，温度为760±20℃，时间为25±5min。
生产一种改进的可控硅结构的生产工艺，具体的步骤如下：
双面抛光片步骤：硅单晶电阻率30-40Ω·cm，来料厚度260-270μm，抛光后厚度210-230μm；
氧化步骤：将硅片置于高温扩散炉进行氧化，氧化温度为1120—1180℃，首先进行干氧氧化0.5—1.5h，再进行湿氧氧化6—8h，最后再进行干氧氧化1—3h，氧化层厚度为1—2um；
光刻穿通步骤：将硅片置于双面光刻机上，正背面图形对称曝光；
进行穿通扩散步骤：对硅片进行穿通扩散，控制温度为：1260-1275℃，时间为：150-200h，结深Xj=120-140μm；
短基区扩散步骤：
     硼（乳胶源）预淀积：T=950-970℃，t=1h，扩散浓度R□=38-40Ω/□；
    再分布：T=1240-1250℃，t=24-35h ，结深Xj=33-38μm；
光刻阴极步骤：将硅片的正面使用阴极版进行光刻，背面使用光刻胶保护；
阴极扩散步骤：用磷源进行扩散，预淀积、再分布条件根据产品而定；
光刻台面槽步骤：利用光刻机光刻台面槽；
化学腐蚀台面槽步骤：采用化学腐蚀液腐蚀台面槽，所述腐蚀液按照冰乙酸:HF:HNO3：=1.5:3:10的质量比例配置而成， 腐蚀液温度：0℃，腐蚀槽深：60-70μm；
光刻阴极门极槽：常规涂胶，前烘，光刻阴极门极间槽，使用单面光刻机，使用阴极门极间槽光刻板对准曝光，正常显影；
玻璃钝化步骤：用GP370玻璃粉刮涂阴极门极间槽，温度为760±20℃，时间为25±5min；
光刻引线孔步骤：使用引线孔版对硅片进行光刻引线孔；
正面蒸铝步骤：使用电子束蒸发台进行蒸铝，铝层厚度 3-5μm；
铝反刻步骤：使用铝反刻版对硅片进行光刻；
铝合金步骤：将铝反刻后的硅片进行合金操作，温度T=470±20℃， 时间t=0.3±0.2h；
背面喷砂步骤：用W20金刚砂喷出新鲜面；
背面金属化步骤：使用高真空电子束蒸发台对可控硅硅片背面蒸发Ti -Ni -Ag三层金属，对应厚度分别为：Ti ：600—1000?，Ni ：3000—6000?，Ag：6000—18000?；
芯片测试步骤：采用JUNO DTS1000分立器件测试系统测试各参数；
划片步骤：将硅片划透，蓝膜划切1/3厚度，然后进行包装。
本发明的优点是：在阴极区和门极区之间开有间槽，并在槽内填充高纯度玻璃粉，玻璃粉耐压高，漏电低，也不存在反型条件和表面烧毁现象，大大提高了可控硅的可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细叙述。
图1为本发明结构俯视图。
图2为本发明结构剖视图。
其中：1、台面槽，2、穿通环，3、长基区，4、正面短基区，5、背面短基区，6、阴极区，7、门极区，8、阴极门极间槽，9、玻璃粉。
具体实施方式
    实施例1
    如图1和2所示，本发明一种改进的可控硅结构，包括台面槽1、穿通环2、长基区3、正面短基区4、背面短基区5阴极区6和门极区7，穿通环2设于长基区3的四周，阴极区6和门极区7之间开有阴极门极间槽8，阴极门极间槽8内填充有玻璃粉9。
生产上述改进的可控硅结构的生产工艺，包括双面抛光片步骤、氧化步骤、光刻穿通步骤、穿通扩散步骤、短基区扩散步骤、光刻阴极步骤、阴极扩散步骤、光刻台面槽步骤、化学腐蚀台面槽步骤、光刻引线孔步骤、正面蒸铝步骤、铝反刻步骤、铝合金步骤、背面喷砂步骤、背面金属化步骤、芯片测试步骤、划片步骤和芯片包装步骤，在化学腐蚀台面槽步骤和光刻引线步骤之间增加了光刻阴极门极间槽步骤、化学腐蚀阴极门极间槽步骤和玻璃钝化步骤，
所述光刻阴极门极间槽步骤为：常规涂胶，前烘，光刻阴极门极间槽，使用单面光刻机，使用阴极门极间槽光刻板对准曝光，正常显影；
所述化学腐蚀阴极门极间槽的步骤为：采用腐蚀液腐蚀阴极门极间槽，所述腐蚀液按照冰乙酸:HF:HNO3：=1.5:3:10的质量比例配置而成， 腐蚀液温度：0℃，腐蚀槽深：5-10μm；
   所述玻璃钝化步骤为：用GP370玻璃粉刮涂阴极门极间槽，温度为760±20℃，时间为25±5min。
生产上述改进的可控硅结构的生产工艺，具体的步骤如下：
双面抛光片步骤：硅片电阻率30-40Ω·cm，来料厚度260-270μm，抛光后厚度210-230μm；
氧化步骤：将硅片置于高温扩散炉进行氧化，氧化温度为1120℃，首先进行干氧氧化0.5h，再进行湿氧氧化6h，最后再进行干氧氧化1h，氧化层厚度为1um；
光刻穿通步骤：将硅片置于双面光刻机上，正背面图形对称曝光；
进行穿通扩散步骤：对硅片进行穿通扩散，控制温度为：1260℃，时间为：150h，结深Xj=120-140μm；
短基区扩散步骤：
     硼（乳胶源）预淀积：T=950℃，t=1h，扩散浓度R□=38-40Ω/□；
     再分布：T=1240℃，t=24h ，结深Xj=33-38μm；
光刻阴极步骤：将硅片的正面使用阴极版进行光刻，背面使用光刻胶保护；
阴极扩散步骤：用磷源进行扩散，预淀积、再分布条件根据产品而定；
光刻台面槽步骤：利用光刻机光刻台面槽；
化学腐蚀台面槽步骤：采用化学腐蚀液腐蚀台面槽，所述腐蚀液按照冰乙酸:HF:HNO3：=1.5:3:10的质量比例配置而成， 腐蚀液温度：0℃，腐蚀槽深：60μm；
光刻阴极门极槽：常规涂胶，前烘，光刻阴极门极间槽，使用单面光刻机，使用阴极门极间槽光刻板对准曝光，正常显影；
玻璃钝化步骤：用GP370玻璃粉刮涂阴极门极间槽，温度为740℃，时间为20min；
光刻引线孔步骤：使用引线孔版对硅片进行光刻引线孔；
正面蒸铝步骤：使用电子束蒸发台进行蒸铝，铝层厚度 3μm；
铝反刻步骤：使用铝反刻版对硅片进行光刻；
铝合金步骤：将铝反刻后的硅片进行合金操作，温度为 T=450℃， t=0.1h；
背面喷砂步骤：用W20金刚砂喷出新鲜面；
背面金属化步骤：使用高真空电子束蒸发台对硅片背面蒸发Ti -Ni -Ag三层金属，对应厚度分别为：Ti ：600?，Ni ：3000?，Ag：6000?；
芯片测试步骤：采用JUNO DTS1000分立器件测试系统测试各参数；
划片步骤：将硅片划透，蓝膜划切1/3厚度，然后进行包装。
实施例2
    如图1和2所示，本发明一种改进的可控硅结构，包括台面槽1、穿通环2、长基区3、正面短基区4、背面短基区5阴极区6和门极区7，穿通环2设于长基区3的左右四周，阴极区6和门极区7之间开有阴极门极间槽8，阴极门极间槽8内填充有玻璃粉9。
生产上述改进的可控硅结构的生产工艺，包括双面抛光片步骤、氧化步骤、光刻穿通步骤、穿通扩散步骤、短基区扩散步骤、光刻阴极步骤、阴极扩散步骤、光刻台面槽步骤、化学腐蚀台面槽步骤、光刻引线孔步骤、正面蒸铝步骤、铝反刻步骤、铝合金步骤、背面喷砂步骤、背面金属化步骤、芯片测试步骤、划片步骤和芯片包装步骤，在化学腐蚀台面槽步骤和光刻引线步骤之间增加了光刻阴极门极间槽步骤、化学腐蚀阴极门极间槽步骤和玻璃钝化步骤，
所述光刻阴极门极间槽步骤为：常规涂胶，前烘，光刻阴极门极间槽，使用单面光刻机，使用阴极门极间槽光刻板对准曝光，正常显影；
所述化学腐蚀阴极门极间槽的步骤为：采用腐蚀液腐蚀阴极门极间槽，所述腐蚀液按照冰乙酸:HF:HNO3：=1.5:3:10的质量比例配置而成， 腐蚀液温度：0℃，腐蚀槽深：5-10μm；
   所述玻璃钝化步骤为：用GP370玻璃粉刮涂阴极门极间槽，温度为760±20℃，时间为25±5min。
生产上述改进的可控硅结构的生产工艺，具体的步骤如下：
双面抛光片步骤：硅片电阻率30-40Ω·cm，来料厚度260-270μm，抛光后厚度210-230μm；
氧化步骤：将硅片置于高温扩散炉进行氧化，氧化温度为1160℃，首先进行干氧氧化1h，再进行湿氧氧化7h，最后再进行干氧氧化2h，氧化层厚度为1.5um；
光刻穿通步骤：将硅片置于双面光刻机上，正背面图形对称曝光；
进行穿通扩散步骤：对硅片进行穿通扩散，控制温度为：1270℃，时间为：180h，结深Xj=120-140μm；
短基区扩散步骤：
     硼（乳胶源）预淀积：温度T=960℃，时间t=1.5h，扩散浓度R□=38-40Ω/□；
     再分布：温度T=1245℃，时间t=30h ，结深Xj=33-38μm；
光刻阴极步骤：将硅片的正面使用阴极版进行光刻，背面使用光刻胶保护；
阴极扩散步骤：用磷源进行扩散，预淀积、再分布条件根据产品而定；
光刻台面槽步骤：利用光刻机光刻台面槽；
化学腐蚀台面槽步骤：采用化学腐蚀液腐蚀台面槽，所述腐蚀液按照冰乙酸:HF:HNO3：=1.5:3:10的质量比例配置而成， 腐蚀液温度：0℃，腐蚀槽深：65μm；
光刻阴极门极槽：常规涂胶，前烘，光刻阴极门极间槽，使用单面光刻机，使用阴极门极间槽光刻板对准曝光，正常显影；
玻璃钝化步骤：用GP370玻璃粉刮涂阴极门极间槽，温度为760℃，时间为25min；
光刻引线孔步骤：使用引线孔版对硅片进行光刻引线孔；
正面蒸铝步骤：使用电子束蒸发台进行蒸铝，铝层厚度 4μm；
铝反刻步骤：使用铝反刻版对硅片进行光刻；
铝合金步骤：将铝反刻后的硅片进行合金操作，温度为   T=470℃， 时间t=0.3h；
背面喷砂步骤：用W20金刚砂喷出新鲜面；
背面金属化步骤：使用高真空电子束蒸发台对硅片背面蒸发Ti -Ni -Ag三层金属，对应厚度分别为：Ti ：800?，Ni ：4500?，Ag：10000?；
芯片测试步骤：采用JUNO DTS1000分立器件测试系统测试各参数；
划片步骤：将硅片划透，蓝膜划切1/3厚度，然后进行包装。
实施例3
    如图1和2所示，本发明一种改进的可控硅结构，包括台面槽1、穿通环2、长基区3、正面短基区4、背面短基区5阴极区6和门极区7，穿通环2设于长基区3的左右四周，阴极区6和门极区7之间开有阴极门极间槽8，阴极门极间槽8内填充有玻璃粉9。
生产上述改进的可控硅结构的生产工艺，包括双面抛光片步骤、氧化步骤、光刻穿通步骤、穿通扩散步骤、短基区扩散步骤、光刻阴极步骤、阴极扩散步骤、光刻台面槽步骤、化学腐蚀台面槽步骤、光刻引线孔步骤、正面蒸铝步骤、铝反刻步骤、铝合金步骤、背面喷砂步骤、背面金属化步骤、芯片测试步骤、划片步骤和芯片包装步骤，在化学腐蚀台面槽步骤和光刻引线步骤之间增加了光刻阴极门极间槽步骤、化学腐蚀阴极门极间槽步骤和玻璃钝化步骤，
所述光刻阴极门极间槽步骤为：常规涂胶，前烘，光刻阴极门极间槽，使用单面光刻机，使用阴极门极间槽光刻板对准曝光，正常显影；
所述化学腐蚀阴极门极间槽的步骤为：采用腐蚀液腐蚀阴极门极间槽，所述腐蚀液按照冰乙酸:HF:HNO3：=1.5:3:10的质量比例配置而成， 腐蚀液温度：0℃，腐蚀槽深：5-10μm；
   所述玻璃钝化步骤为：用GP370玻璃粉刮涂阴极门极间槽，温度为760±20℃，时间为25±5min。
生产上述改进的可控硅结构的生产工艺，具体的步骤如下：
双面抛光片步骤：硅片电阻率30-40Ω·cm，来料厚度260-270μm，抛光后厚度210-230μm；
氧化步骤：将硅片置于高温扩散炉进行氧化，氧化温度为1180℃，首先进行干氧氧化1.5h，再进行湿氧氧化8h，最后再进行干氧氧化3h，氧化层厚度为2um；
光刻穿通步骤：将硅片置于双面光刻机上，正背面图形对称曝光；
进行穿通扩散步骤：对硅片进行穿通扩散，控制温度为：1275℃，时间为：200h，结深Xj=120-140μm；
短基区扩散步骤：
     硼（乳胶源）预淀积：温度T=970℃，时间t=1h，扩散浓度R□=38-40Ω/□；
     再分布：T=1250℃，t=35h ，结深Xj=33-38μm；
光刻阴极步骤：将硅片的正面使用阴极版进行光刻，背面使用光刻胶保护；
阴极扩散步骤：用磷源进行扩散，预淀积、再分布条件根据产品而定；
光刻台面槽步骤：利用光刻机光刻台面槽；
化学腐蚀台面槽步骤：采用化学腐蚀液腐蚀台面槽，所述腐蚀液按照冰乙酸:HF:HNO3：=1.5:3:10的质量比例配置而成， 腐蚀液温度：0℃，腐蚀槽深：70μm；
光刻阴极门极槽：常规涂胶，前烘，光刻阴极门极间槽，使用单面光刻机，使用阴极门极间槽光刻板对准曝光，正常显影；
玻璃钝化步骤：用GP370玻璃粉刮涂阴极门极间槽，温度为780℃，时间为30min；
光刻引线孔步骤：使用引线孔版对硅片进行光刻引线孔；
正面蒸铝步骤：使用电子束蒸发台进行蒸铝，铝层厚度 5μm；
铝反刻步骤：使用铝反刻版对硅片进行光刻；
铝合金步骤：将铝反刻后的硅片进行合金操作，温度 T=490℃， 时间t=0.5h；
背面喷砂步骤：用W20金刚砂喷出新鲜面；
背面金属化步骤：使用高真空电子束蒸发台对硅片背面蒸发Ti -Ni -Ag三层金属，对应厚度分别为：Ti ：1000?，Ni ：6000?，Ag：18000?；
芯片测试步骤：采用JUNO DTS1000分立器件测试系统测试各参数；
划片步骤：将硅片划透，蓝膜划切1/3厚度，然后进行包装。

Claims (2)

1.一种改进的可控硅结构，包括台面槽、穿通环、长基区、正面短基区、背面短基区、阴极区和门极区，所述穿通环设于长基区的四周，其特征在于：所述阴极区和门极区之间开有阴极门极间槽，所述阴极门极间槽内填充有玻璃粉。
2.生产如权利要求1所述的一种改进的可控硅结构的生产工艺，包括双面抛光片步骤、氧化步骤、光刻穿通步骤、穿通扩散步骤、短基区扩散步骤、光刻阴极步骤、阴极扩散步骤、光刻台面槽步骤、化学腐蚀台面槽步骤、光刻引线孔步骤、正面蒸铝步骤、铝反刻步骤、铝合金步骤、背面喷砂步骤、背面金属化步骤、芯片测试步骤、划片步骤和芯片包装步骤，其特征在于：在化学腐蚀台面槽步骤和光刻引线步骤之间增加了光刻阴极门极间槽步骤、化学腐蚀阴极门极间槽步骤和玻璃钝化步骤，
所述光刻阴极门极间槽步骤为：常规涂胶，前烘，光刻阴极门极间槽，使用单面光刻机，使用阴极门极间槽光刻板对准曝光，正常显影；
所述化学腐蚀阴极门极间槽的步骤为：采用腐蚀液腐蚀阴极门极间槽，所述腐蚀液按照冰乙酸:HF:HNO3：=1.5:3:10的质量比例配置而成， 腐蚀液温度：0℃，腐蚀槽深：5-10μm；
  所述玻璃钝化步骤为：用GP370玻璃粉刮涂阴极门极间槽，温度为760±20℃，时间为25±5min。
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