CN103325667A - 平面可控硅器件芯片终端保护方法 - Google Patents

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CN103325667A CN201310184968XA CN201310184968A CN103325667A CN 103325667 A CN103325667 A CN 103325667A CN 201310184968X A CN201310184968X A CN 201310184968XA CN 201310184968 A CN201310184968 A CN 201310184968A CN 103325667 A CN103325667 A CN 103325667A
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王仁书
刘纪云
卞家奇
祝方明
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Abstract

本发明专利涉及一种平面可控硅器件芯片终端保护方法，属于电力电子器件芯片工艺技术领域。包括以下操作步骤：步骤一、在N-单晶硅片上依次进行隔离P+区、阳极P区、门极P区和阴极N+区扩散形成硅衬底片，并在硅衬底片表面形成一定厚度的氧化层；步骤二、将步骤一制得的表面有氧化层的硅衬底片在室温下用氢氟酸腐蚀溶液去除表面氧化层，制得硅衬底；步骤三、硅衬底表面依次生长掺氧多晶硅层、掺氮多晶硅层；步骤四、掺氮多晶硅层上依次生长下二氧化硅层、磷硅玻璃层、上二氧化硅层；步骤五、将完成步骤四后的硅衬底退火；步骤六、在硅衬底表面刻出门极区引线孔窗口及阴极区引线孔窗口。本发明方法简单，操作容易。

Description

平面可控硅器件芯片终端保护方法
技术领域
本发明专利涉及一种平面可控硅器件芯片终端保护方法，属于电力电子器件芯片工艺技术领域。
背景技术
目前可控硅的生产技术既有台面技术又有平面技术，各有千秋。台面技术生产通常要求比较低，平面技术生产则要求的设备较多，但生产的芯片可靠性较高，合格率高，在同样性能要求的情况下，由于平面器件的芯片尺寸可设计得比同类台面结构芯片小，使得同等直径硅片生产的芯片数量多，生产效率高，同时能适合大直径硅片生产，芯片后道封装适应性好，可靠性高。
本发明出现前的工艺过程及结构有：
方案一、采用台面槽的钝化方法，如图1所示：
步骤一、在N-单晶硅片上依次进行隔离P+区、阳极P区和门极P区及阴极N+区扩散，并在表面形成一定厚度的氧化层；
步骤二、采用光刻、腐蚀的方法在硅片表面刻出二氧化硅腐蚀窗口，然后在窗口内腐蚀一定深度的硅，形成台面槽；
步骤三、采用刮涂法在台面槽内填充玻璃粉，然后在一定温度、气氛、时间下对槽内玻璃粉进行预烧、复烧，在台面槽内形成一定厚度的玻璃层；
步骤四、采用光刻、腐蚀的方法在硅片表面刻出门极区及阴极区引线窗口。
方案二、采用四层钝化层的方法，如图2所示：
步骤一、在N-单晶硅片上依次进行隔离P+区、阳极P区和门极P区及阴极N+区扩散的衬底，并在衬底表面形成一定厚度的氧化层；
步骤二、用二氧化硅腐蚀液去除硅片表面氧化层得到衬底；
步骤三、采用化学气相淀积的方法在硅片硅衬底层表面生长掺氧多晶硅钝化层；
步骤四、采用化学气相淀积的方法在步骤三的掺氧多晶硅钝化层上依次生长下二氧化硅层、磷硅玻璃层、上二氧化硅层；
步骤五、采用光刻、腐蚀的方法在硅片表面刻出门极区及阴极区引线窗口。
上述方案一的方法用在生产中有诸多缺点：硅片碎片率高，光刻开引线孔时表面容易钻蚀，在后道划片过程中容易产生的玻璃裂纹而影响产品电压的可靠性等，同时由于芯片占用尺寸较大，导致硅片利用率低。上述方案二的方法虽然可以避免上述问题，但由于表面还缺少有效的保护，仍然容易受到后工序加工中的一些因素造成的污染，使产品的电参数及可靠性受到影响。鉴于此，研究开发一种能降低碎片率，提高成品率和硅片利用率、提高电参数的稳定性的芯片的生产工艺方法，是可控硅器件芯片生产行业所急需要的。
发明内容
本发明的目的就是为降低芯片硅片的碎片率、提高成品率和硅片利用率、提高电参数的稳定性和芯片的可靠性以及后道封装的适应性等问题，提供一种具有五层保护层结构的平面可控硅器件芯片终端保护方法。
本发明的内容是：平面可控硅器件芯片终端保护方法，其特征是包括以下操作步骤：
步骤一、在N-单晶硅片上依次进行隔离P+区、阳极P区、门极P区和阴极N+区扩散形成硅衬底片，并在硅衬底片表面形成一定厚度的氧化层；
步骤二、将步骤一制得的表面有氧化层的硅衬底片在室温下用氢氟酸腐蚀溶液去除表面氧化层，制得硅衬底；
步骤三、采用低压化学气相沉积的方法，在600-650℃，80-120mTor环境下，将步骤二制得的硅衬底表面依次生长掺氧多晶硅层、掺氮多晶硅层；
步骤四、采用低压化学气相沉积的方法，在步骤三的掺氮多晶硅层上依次生长下二氧化硅层、磷硅玻璃层、上二氧化硅层；
步骤五、将完成步骤四后的硅衬底退火，退火温度为800-850℃，退火气氛为N2或O2，退火时间为30-60min；
步骤六、采用光刻、湿法及干法刻蚀相结合的刻蚀方法在硅衬底表面刻出门极区引线孔窗口及阴极区引线孔窗口。
步骤三所述的掺氧多晶硅层是采用SiH4 与N2O反应得到，所述的掺氮多晶硅层是采用SiH4 与NH3反应得到。
本发明方法简单，操作容易，通过本发明，在N-单晶硅片上已完成隔离P+区、阳极P区、门极P区及阴极N+区扩散形成硅衬底片，硅衬底片表面形成一定厚度的氧化层, 室温下用氢氟酸腐蚀溶液去除表面氧化层，制得硅衬底，在硅衬底上依次生长有多层保护层：掺氧多晶硅层、掺氮多晶硅层、下二氧化硅层、磷硅玻璃层、上二氧化硅层，硅衬底表面通过光刻刻蚀形成门极区引线孔窗口和阴极引线孔窗口，再经过正、背面金属化过程形成的平面可控硅的芯片。
本发明的效果是通过硅衬底表面的五层保护层的工艺方法，达到硅片的碎片率低、硅片利用率高、电流、电压等参数的稳定性和可靠性高的优点。通过本发明在背景技术的方案二中的“步骤三”中增加了“采用低压化学气相沉积的方法，在600-650℃，80-120mTor环境下，将步骤二制得的硅衬底表面依次生长掺氧多晶硅层、掺氮多晶硅层”的操作，该步骤可有效提高芯片的抗沾污能力，提高了产品参数的稳定性及后道封装的适应性和可靠性。
附图说明
图1为采用现有台面槽钝化方法生产的芯片结构示意图。
图2为采用现有四层钝化层的方法生产的芯片结构示意图。
图3为本发明生产的芯片结构示意图。
图中：1硅衬底、2掺氧多晶硅层、3掺氮多晶硅层、4下二氧化硅层、5磷硅玻璃层、6上二氧化硅层。
具体实施方式
下面结合附图以及附图说明对本发明做进一步的说明。
平面可控硅器件芯片终端保护方法，包括以下操作步骤：
步骤一、在N-单晶硅片上依次进行隔离P+区、阳极P区、门极P区和阴极N+区扩散形成硅衬底片，并在硅衬底片表面形成一定厚度的氧化层；
步骤二、将步骤一制得的表面有氧化层的硅衬底片在室温下用氢氟酸腐蚀溶液去除表面氧化层，制得硅衬底1；
步骤三、采用低压化学气相沉积的方法，在600-650℃，80-120mTor环境下，将步骤二制得的硅衬底1表面依次生长掺氧多晶硅层2、掺氮多晶硅层3；掺氧多晶硅层2是采用SiH4 与N2O反应得到，所述的掺氮多晶硅层3是采用SiH4 与NH3反应得到；
步骤四、采用低压化学气相沉积的方法，在步骤三的掺氮多晶硅层3上依次生长下二氧化硅层4、磷硅玻璃层5、上二氧化硅层6；
步骤五、将完成步骤四后的硅衬底1退火，退火温度为800-850℃，退火气氛为N2或O2，退火时间为30-60min；
步骤六、采用光刻、湿法及干法刻蚀相结合的刻蚀方法在硅衬底1表面刻出门极区引线孔窗口及阴极区引线孔窗口；完成平面可控硅器件芯片终端保护工艺的加工。

Claims (2)

1.平面可控硅器件芯片终端保护方法，其特征是包括以下操作步骤：
步骤一、在N-单晶硅片上依次进行隔离P+区、阳极P区、门极P区和阴极N+区扩散形成硅衬底片，并在硅衬底片表面形成一定厚度的氧化层；
步骤二、将步骤一制得的表面有氧化层的硅衬底片在室温下用氢氟酸腐蚀溶液去除表面氧化层，制得硅衬底（1）；
步骤三、采用低压化学气相沉积的方法，在600-650℃，80-120mTor环境下，将步骤二制得的硅衬底（1）表面依次生长掺氧多晶硅层（2）、掺氮多晶硅层（3）；
步骤四、采用低压化学气相沉积的方法，在步骤三的掺氮多晶硅层（3）上依次生长下二氧化硅层（4）、磷硅玻璃层（5）、上二氧化硅层（6）；
步骤五、将完成步骤四后的硅衬底（1）退火，退火温度为800-850℃，退火气氛为N2或O2，退火时间为30-60min；
步骤六、采用光刻、湿法及干法刻蚀相结合的刻蚀方法在硅衬底（1）表面刻出门极区引线孔窗口及阴极区引线孔窗口。
2.根据权利要求1所述的平面可控硅器件芯片终端保护方法，其特征是，步骤三所述的掺氧多晶硅层（2）是采用SiH4 与N2O反应得到，所述的掺氮多晶硅层（3）是采用SiH4 与NH3反应得到。
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