CN1235380A

CN1235380A - 一种小功率晶闸管的结构及其制造工艺

Info

Publication number: CN1235380A
Application number: CN 99105442
Authority: CN
Inventors: 赵振华; 周锡克; 李瑞琴
Original assignee: 赵振华
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 1999-11-17

Abstract

本发明是关于一种小功率晶闸管的结构及其制造工艺,其特征是用N型硅片,采用新型涂源、深硼预扩和深硼再扩等平面工艺。使该管芯片上的长基区宽度及隔离墙深度增加,从而提高了该产品性能,均匀性好,该工艺简单,产品合格率高,可免中测,成本最低,生产效率高,适合规模化生产,同时该工艺具有通用性,可延伸用于制造二次击穿耐压高、功率大、频率高的PNP晶体管,还可制造同类结构的半导体温敏传感器等。

Description

一种小功率晶闸管的结构及其制造工艺

本发明涉及一种半导体器件及其制造工艺，特别涉及一种小功率晶闸管的结构及其制造工艺，尤指用深硼隔离墙制造的小功率晶闸管，该工艺属平面工艺晶闸管技术范畴。

电力电子用晶闸管(又叫可控硅，英文缩写SCR)有很多种类，仅就小功率晶闸管而言，市场需要量大而产出难。该类产品的制造工艺一般分为台面工艺和平面工艺两种，其中台面工艺又有磨角法和刻槽腐蚀法两种。

由于磨角法只适宜于制造体积比效大的大电流晶闸管，不适宜制造小电流(小于1A)小型封装如T0-92、T0-220等塑封晶闸管，它只能逐个磨角，生产效率极低，而刻槽腐蚀法制造晶闸管要求槽深、大，制造过程中容易碎片，合格率低，钝化效果差，反向击穿电压容易蠕变，其产品性能或可靠性、均匀性都效差。

另外，目前我国掌握厚外延层(100μm以上)的异型外延(P型衬底上外延N型单晶)技术难度大，只是实验室中专业技术人员正在研究的技术，所以原有的外延平面工艺制造小功率晶闸管，不但工艺难度大，而且成本高。

本发明的目的是要提供一种小功率晶闸管的结构及其制造工艺，采用一种具有低成本、高性能、高效率，其产品可靠性和均匀性好的平面工艺制造小功率晶闸管。其设计参数为：最大导通电流600mA；正向转折电压≥4OOV；反向击穿电压≥400V；导通管压降≤1.5V；门极触发电压≤1V；门极触发电流15～150mA，同时要求芯片适宜于微型塑料封装。

本发明的目的是这样实现的：

一种小功率晶闸管的结构，主要由外壳、芯片和引出线几部分组成，其特征在于芯片结构：

该芯片的长基区宽度由硅单晶原始材料的厚度决定，当原始材料厚度为240～260μm时，长基区宽度为80～100μm；

该芯片纵向结构部分所需的斜角和钝化保护区域是利用深硼扩散工艺形成的P-N结隔离墙形成，其隔离墙深度为90～130μm。

一种小功率晶闸管的制造工艺，其工艺过程主要包括用N型硅片经研磨抛光、清洗、一次氧化、一次光刻、硼予沉积、硼再扩、二次光刻、磷予扩、磷再扩、三次光刻、金属化、钝化及测试工艺，其特征是：一次光刻后进行涂源、深硼予扩和深硼再扩工艺，随后再进行二次光刻、硼予沉积、硼再扩、三次光刻、磷予扩、磷再扩、四次光刻、金属化、钝化及测试工艺。

涂源工艺中使用一种新型的型号为B30的硼扩乳胶源。

在深硼予扩和深硼再扩工艺中，采用先通氮气，后通少量氧气的扩散程序，在降温时，其通氧气的体积比由3％上升到20％，以使硼予扩工艺后的方块电阻降到1～2欧姆，而且其生成的硼硅玻璃容易泡除。

深硼予扩和深硼再扩工艺过程是：先生长14000～18000厚氧化层，再涂源、深硼予扩，泡除硼硅玻璃后，经高温1240～1260℃,140～160小时深硼再扩，安全地达到100～130μm深度。

与上述工艺配套的光刻版是设有场极板和等位环的专用光该版，同时要求深硼再扩后的横向扩散后的横向尺寸与纵向尺寸完全相同。

本发明的产品达到了设计要求，即：最大导通电流600mA～1A；正向转折电压≥500V；反向击穿电压≥500V；正、反向漏电流≤1μA；导通管压降≤1V；门扳触发电压0.6～0.7V；门板触发电流15～150mA。

本发明的优点是：

(1)产品性能好，均匀性好；

(2)产品合格率高，可达95％以上，可免中测；

(3)工艺简单，成本最低；

(4)生产效率高，适合规模化生产；

(5)产品耐压提高，反向漏电流小，一般为毫微安数量级；

(6)制造工艺具有通用性，该工艺可延伸用于制造出二次击穿耐压高、功率大、效率高的PNP晶体管，还可制造同类结构的半导体温敏传感器等。

以下结合附图进一步说明本发明的技术方案和实施例。

附图说明：

图1．是现有小功率晶闸管芯片断面结构示意图；

图2．是本发明的小功率晶闸管芯片断面结构示意图；

图3．是现有小功率晶闸管制造工艺过程方框图；

图4．是本发明的小功率晶闸管制造工艺过程方框图；

图5．是本发明的专用光刻版图之一的示意图。

如图1、3所示，现有小功率晶闸管芯片是在220～240μm厚的P型硅片31上，通过研磨抛光32、清洗33、外延N层34生长形成100～120μm的N-层，通过一次氧化35、一次光刻36、硼予沉积37、硼再扩38、二次光刻39、磷予扩310、磷再扩311形成60～80μm的长基区4、30～50μm的短基区5和40μm深的隔离墙6，再通过三次光刻312、金属化313和钝化314等工艺处理形成各电极，即阳极1、阴极2、门极3，并通过测试315完成该芯片的加工。

如图2、4所示，本发明的小功率晶闸管芯片是在240～260μm厚的N型硅片41上，通过研磨抛光42、清洗43、一次氧化44、一次光刻45、涂源46、深硼予扩47、深硼再扩48、二次光刻49、硼予沉积410、硼再扩411、三次光刻412、磷予扩413和磷再扩414等工艺形成80～100μm宽的长基区4，30～35μm宽的短基区5和100～130μm深的隔离墙6，再经过四次光刻415、金属化416和钝化417等工艺处理，形成各电板，即阳板1、阴板2、门板3，并通过测试418完成该芯片的加工。

图4是本发明的小功率晶闸管制造工艺过程方框图，即用N型硅片41通过研磨抛光42、清洗43、一次氧化44、一次光刻45、涂源46、深硼予扩47、深硼再扩48、二次光刻49、硼予沉积410、硼再扩411、三次光刻412、磷予扩413、磷再扩414、四次光刻415、金属化416、钝化417和测试418等工艺完成该芯片的制造。上述工艺中，其特征是：

涂源工艺中不用一般的氮化硼源或含硼的微晶玻璃源，采用一种新型的型号为B30的硼扩乳胶源；

深硼予扩和深硼再扩工艺中，采用了先通氮气，后通少量氧气的扩散程序，在降温时，其通氧气的体积比由3％上升到20％，使硼予扩工艺后的方块电阻降到1～2欧姆，而且其生成的硼硅玻璃容易泡除，而一般的硼予扩方块电阻最低也为5～8欧姆；

深硼予扩和深硼再扩工艺过程是：光生长14000～16000厚的氧化层，再涂源深硼予扩，泡除硼硅玻璃后，经高温1240～1260℃,140～160小时深硼再扩，安全地达到100～130μm深度，这是由于深硼扩散时浓度梯度比一般硼扩散时大得多，在相同炉温下扩散速度明显提高，扩散深度极限提高到130μm以上，而一般硼扩散方法，由于浓度梯度有限，最深只能达50～60μm；

光刻工艺中采用本发明的专用光刻版(如图5所示)，其特征是，版图中设有场极板7和等位环8，同时考虑了深硼再扩以后的横向扩散后的横向尺寸与纵向尺寸完全相同，从而保证横向长基区4的宽度为80～100μm；横向短基区5的宽度为30～35μm。

除上述工艺外，其余工艺与现有工艺相同。

按照上述工艺流程制作即可构成一种小功率晶闸管的结构。

Claims

1．一种小功率晶闸管的结构，主要由外壳、芯片及引出线几部分组成，其特征在于芯片结构：

2．一种小功率晶闸管的制造工艺，其工艺过程主要包括用N型硅片经研磨抛光、清洗、一次氧化、一次光刻、硼予沉积、硼再扩、二次光刻、磷予扩、磷再扩、三次光刻、金属化、钝化及测试工艺，其特征在于：一次光刻后进行涂源、深硼予扩、深硼再扩工艺，随后再进行二次光刻、硼予沉积、硼再扩、三次光刻、磷予扩、磷再扩、四次光刻、金属化、钝化及测试工艺。

3．如权利要求2所述的制造工艺中，其特征在于：涂源工艺中使用一种新型的型号为B30的硼扩乳胶源。

4．如权利要求2所述的制造工艺中，其特征在于：深硼予扩和深硼再扩工艺中，采用了先通氮气，后通少量氧气的扩散程序，在降温时，其通氧气的体积比由3％上升到20％，以使硼予扩工艺后的方块电阻降到1～2欧姆，而且生成的硼硅玻璃容易泡除。

5．如权利要求2所述的制造工艺中，其特征在于：深硼予扩和深硼再扩工艺过程是：光生长14000～16000厚的氧化层，再涂源、深硼予扩，泡除硼硅玻璃后，经高温1240～1260℃,140～160小时深硼再扩，安全地达到100～130μm深度。

6．如权利要求2所述的制造工艺中，其特征在于：光刻工艺中采用的光刻版是设有场极板和等位环的专用光刻版，同时要求深硼再扩后的横向扩散后的横向尺寸与纵向尺寸完全相同。