CN105448807B - 一种半导体器件芯片对通隔离制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体器件芯片对通隔离制造工艺，它通过双面氧化、双面光刻，激光开槽，然后在闭管真空环境下进行镓铝扩散，形成对通隔离，同时扩散形成PN结。本发明采用激光开槽方法进行对通隔离，使半导体器件芯片对通隔离制造工艺避免了化学试剂使用和化学污染，具有环保，生产效率高等显著优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体器件芯片对通隔离制造工艺，属半导体器件制造技术领域。
背景技术
目前，在半导体器件芯片制造工艺中，对通隔离技术已广泛应用。如一般晶闸管芯片制造流程包括硅片抛光清洗→一次氧化→双面光刻→对通隔离→二次氧化→正刻→磷扩散→高浓度硼扩散→三次氧化→台面造型→玻璃钝化→双面金属化→反刻→划片→烧结→硅橡胶保护和固化，最后制成晶闸管芯片。
现有的对通隔离技术方法一是在硅片的两面通过光刻窗口进行腐蚀挖槽，再高深度P型扩散对通，从而形成P型隔离环；二是通过激光打孔，在硅片上应该形成隔离区域内，按设计要求间隔打孔，然后通过扩散形成P型隔离环。
在硅片两面通过光刻窗口进行腐蚀挖槽，再高深度P型扩散对通隔离的分方法中，由于挖槽需要用混合酸腐蚀，使用化学试剂会产生化学污染，影响环保，并且在腐蚀挖槽后，将造成后面工序再次光刻时，光刻胶在槽内堆积，从而大大增加后面光刻工艺的难度。另外，由于在所述硅片的槽中进行高深度P型扩散，温度高达1270℃，时间长达180小时以上，使得生产时间长，效率低，并且其横向扩散两侧宽度大于220μm，加之窗口100-120μm，对通隔离区宽度达到340μm，影响了硅片使用率。而上述激光打孔方法，由于激光孔均为穿孔，并且孔与孔之间需要间隔，使得加工难度较大，生产效率低。
发明内容
本发明主要为了解决半导体器件芯片对通隔离制造工艺中存在的技术问题，提供一种半导体器件芯片对通隔离制造新工艺，其生产效率提高，不使用化学试剂，更加环保。
本发明所述一种半导体器件芯片对通隔离制造工艺，其特征包括以下步骤：
（1）硅片抛光清洗，使硅片双面光洁；
（2）双面氧化，使硅片表面在高温下生成二氧化硅保护层，温度为1100-1200℃，时间4-8小时，干氧湿氧交替进行；
（3）双面光刻，使硅片表面蚀刻出隔离环图形；
（4）激光开槽，用激光在上述隔离环图形内进行开槽，并且将开槽后的硅渣保留在槽内，开槽宽度20-150μm、深度50-700μm；
（5）闭管扩散，硅片表面二氧化硅保护层去除，然后在闭管真空环境下进行镓铝扩散，形成对通隔离环，扩散温度1200-1260℃，扩散时间10-30小时，结深30-120μm，表面浓度对应的方块电阻30-100Ω∕□。
本发明采用激光开槽方法进行对通隔离，使半导体器件芯片对通隔离制造工艺避免了化学试剂使用和化学污染，具有环保，生产效率高等显著优点。
附图说明
图1为本发明对通隔离制造工艺流程示意图。
具体实施方式
附图标注说明： N型硅片双面氧化后截面图（1-1）、硅片双面光刻后截面图（1-2）、硅片激光开槽后截面图（1-3）、硅片对通扩散后截面图（1-4）；以及 N型硅片1、二氧化硅保护层2、硅渣3、对通隔离环4、P型层5。
如图1中的（1-1）至（1-4）所示，一种半导体器件芯片对通隔离制造工艺，包括以下步骤：
（1）硅片抛光清洗，使硅片双面光洁；
（2）双面氧化，使硅片表面在高温下生成二氧化硅保护层，温度为1100-1200℃，时间4-8小时，干氧湿氧交替进行；
（3）双面光刻，使硅片表面蚀刻出隔离环图形；
（4）激光开槽，用激光在上述隔离环图形内进行开槽，开槽后的硅渣不去除，保留在槽内，开槽宽度20-150μm、深度50-700μm；
（5）闭管扩散，硅片表面二氧化硅保护层去除，然后在闭管真空环境下进行镓铝扩散，形成对通P型隔离环，同时扩散形成P型层，形成PN结，扩散温度1200-1260℃，扩散时间10-30小时，结深30-120μm，表面浓度对应的方块电阻30-100Ω∕□。
在本发明中，所述双面光刻，是利用负性光刻胶经紫外线感光后特性稳定，而未感光则易去除的特点，蚀刻出激光开槽所需的隔离环表面图形，利于开槽对准，同时保护未开槽区域因有二氧化硅层保护而免受损伤。所述激光开槽，其作用是在上述图形内通过激光进行开槽，开槽后的硅渣不去除，保留在槽内，有利于后面工艺生产，开槽宽度20-150μm、深度50-700μm。所述闭管扩散，是在闭管、真空环境以镓铝为扩散源进行扩散，形成对通隔离环，同时扩散形成P型层，形成PN结。
本发明对通隔离区宽度可以控制在100微米内，节省单晶硅片面积，可提高半导体器件芯片的有效面积，降低通态压降，优化反向击穿电压VRR击穿特性。与现有技术的激光打孔比较，本发明激光开槽深度小，激光束连续，槽宽度就小。
本发明所述激光开槽，可用MSW-FLS30型激光划线机进行，可通过调整激光功率来调整开槽的宽度和深度，或穿透。激光开槽原理，是利用激光的高能量，在极短时间内将硅片熔化。又因激光开槽速度可达到15-20mm/s，因此熔融的硅在极短时间凝固为固态硅。且在槽区域，由原来的原子排列整齐的单晶硅，变成了无规则排列的、结构疏松的、但又有一定机械强度的硅。因此在闭管镓铝扩散时，镓、铝原子可自由通过该区域疏松的硅，而在其临近的单晶硅上进行扩散，从而形成对通隔离区域。
本发明在制造晶闸管芯片中应用时，硅片经本发明激光开槽对通隔离后，去除开槽内的硅渣，再经过：二次氧化→正刻→磷扩散→高浓度硼扩散→三次氧化→台面造型→玻璃钝化→双面金属化→反刻→划片→烧结→硅橡胶保护和固化，最后制成晶闸管芯片。其中具体工艺可以是，二次氧化：为高温下在硅片表面生成一层二氧化硅保护层，温度为1100-1200℃，时间8-16小时，干氧湿氧交替进行。
正刻：在硅片上蚀刻出阴极图形，将阳极、门极、短路点和短路环外区域二氧化硅层保留，其余部分二氧化硅层腐蚀去掉。
磷扩散：在二氧化硅保护下对阴极进行选择性扩散，形成高浓度N型层。温度为1100-1250℃，时间2-6小时，结深15-30μm，表面浓度对应的方块电阻0.2-1.0 Ω∕□。
高浓度硼扩散：将阳极二氧化硅层去除后，在阳极进行高浓度硼扩散，形成高浓度P型层。温度为1100-1250℃，时间1-3小时，结深10-20μm，表面浓度对应的方块电阻0.5-3.0Ω∕□。
三次氧化：高温下，在阴极面生成一层二氧化硅保护层。温度为1000-1200℃，时间2-6小时，干氧湿氧交替进行。
台面造型：先光刻出槽图形，再在专用蚀刻设备上，用混合酸腐蚀出耐压U形槽。槽
宽度400-800μm，深度100-200μm，一般分两次进行。
玻璃钝化：在耐压U形槽内，用刮涂法将玻璃粉填入槽内，在高温下烧，从而形稳定的玻璃钝化层。玻璃粉：IP760/IP760c；温度600-800℃，15-35分钟。
双面金属化：用光刻方法将阳极、门极点和阴极表面去除干净，而其余部分用光刻胶保护，再进行钛镍银蒸发，达到金属化目的。
反刻：将除阳极、门极点和阴极外的钛镍银层去除干净。
划片：在划片机上，按硅片上的小硅片图形，将芯片分开。
烧结：用铅锡焊料，将芯片的门极、阴极、阳极烧上金属层，其中门极和阴极用可阀，阳极用钼片。
硅橡胶保护和固化：将芯片四周涂上硅橡胶，并将其固化，保护管芯电特性，同时增强机械性能。
本发明采用激光开槽方法进行对通隔离，与现有对通隔离工艺方法相比，具体有以下特点：1.本发明制造工艺是在硅片上用激光开槽，再进行闭管镓铝扩散，可同时形成隔离环和低深度P型层，大大简化了制造工艺，提高了生产效率。
2.传统腐蚀挖槽对通制造工艺，需要用混合酸腐蚀出凹槽，造成后工序光刻时，光刻胶在槽内堆积，从而大大增加了后工序光刻工艺的难度。而本发明制造工艺，是在激光开槽后不去除槽内硅渣，硅片表面仍为一平面，因此不会增加后面的光刻难度。另外，与于激光打孔相比，本发明制造工艺不存在光刻时光刻胶通过激光孔渗到背面的问题。
3. 本发明工艺相对于化学腐蚀挖槽，具有效率高，成本低，特别是在激光开槽过程中不使用化学试剂，也不产生化学污染，因此更环保。
4. 本发明制造工艺的对通隔离环与P型层是同时扩散形成，不会造成PN结尖峰及其它不平坦，可最大程度提高工艺稳定性，提高产品的成品率。
5. 本发明制造工艺也适用其它半导体产品的对通隔离制造。
上述实施例方法只是对本发明的说明，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种半导体器件芯片对通隔离制造工艺，其特征包括以下步骤；
(1) 硅片抛光清洗，使硅片双面光洁；
(2) 双面氧化，使硅片表面在高温下生成二氧化硅保护层，温度为1100-1200℃，时间4-8小时，干氧湿氧交替进行；
(3) 双面光刻，使硅片表面蚀刻出隔离环图形；
(4) 激光开槽，用激光在上述隔离环图形内进行开槽，并且将开槽后的硅渣保留在槽内，开槽宽度20-150μm、深度50-700μm；
(5) 闭管扩散，硅片表面二氧化硅保护层去除，然后在闭管真空环境下进行镓铝扩散，形成对通隔离环，扩散温度1200-1260℃，扩散时间10-30小时，结深30-120μm，表面浓度对应的方块电阻30-100 Ω/□。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 321400 Zhejiang County of Jinyun city of Lishui Province East five East Industrial Zone Zhengbang power electronics company Applicant after: ZHEJIANG ZHENGBANG ELECTRONIC CO.,LTD. Address before: 321400 Zhejiang County of Jinyun city of Lishui Province East five East Industrial Zone Zhengbang power electronics company Applicant before: ZHEJIANG ZHENGBANG ELECTRIC POWER ELECTRONICS Co.,Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Semiconductor Device Chip Pair Isolation Manufacturing Process Granted publication date: 20171110 Pledgee: Lishui Jinyun Sub branch of Zhejiang Tailong Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHEJIANG ZHENGBANG ELECTRONIC CO.,LTD. Registration number: Y2024980007381 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |