[其他]台面型半导体器件的制造方法

说明书

本发明是台面形半导体器件的制造方法。采用金刚砂轮刀在已形成半导体器件图形的基片上的管芯二边开槽形成井字形的台面。所开的槽与ｐ－ｎ结界面接近垂直。用这种台面制造方法特别适用于制造高压大功率晶体管，可提高制得器件的击穿电压，减少二次击穿，烧结时又不易引起焊料造成的短路，提高了器件的成品率。

本发明是一种半导体器件台面的制造方法，特别适用于制造高压大功率晶体三极管。

目前半导体器件台面的形成方法有磨角法、化学腐蚀法及喷砂法。早期采用的磨角法是将管芯从基片上切开后，一个个磨角，能使表面电场降低，击穿电压较高。但磨角法生产效率低，成本高。化学腐蚀与喷砂法可在基片切开前就使每个管芯部形成台面，大大提高了效率。化学腐蚀法是最常用的方法。美国专利（US4，240，095）叙述了在半导体片子上开槽和钝化的方法，日本特开昭53-61282，53-61283，叙述的硅晶体管台面制造方法都使用了化学腐蚀方法。国内台面半导体器件的生产中，使用的也是化学腐蚀方法。从器件物理的角度分析，化学腐蚀方法形成的台面角度对降低表面电场，提高击穿电压不尽合理，这是因为化学腐蚀不可避免地存在横向腐蚀。如果纵向和横向腐蚀速度相等，则形成的台面斜边与p-n结界面线夹角为45°，正好位于表面电场峰值处。一般化学腐蚀法得到台面的这一夹角为30～46°附近，是表面电场高，击穿电压低的区域，因而影响了台面型晶体管击穿电压和合格率的提高。美国专利US4，240，095在发明专利摘要中提到，为了玻璃钝化方便而采用化学腐蚀法刻蚀的台阶形槽也可以用象金刚石锯这样的机械方法得到。但该专利既没有说明这种机械刻槽的方法，也不是该专利的权利保护范围。这种台阶形槽并不是为了提高击穿电压，而是为了使钝化玻璃层容易熔入槽内而不留下空隙，也不会凸出高于管芯表面给表面压力接触造成困难，因而对槽的形状并没有提出什么要求，只要求槽的深度达到器件不同导电类型层的界面即可。

本发明提出了一种新的制备半导体器件台面的方法，用这种方法制得的台面高压大功率晶体管具有较高的击穿电压及较少的二次击穿。

用普通的平面工艺在硅片上形成基本的硅n⁺pnn⁺结构的管芯如附图1所示。其中1为原始n型硅片，2为p型基区，3为n⁺发射区，4为表面氧化层，5为发射区金属电极，6为基区金属电极，7为高浓度n⁺三重扩散层，然后用金刚砂轮刀在每个管芯两边各开出一条与p-n结界面接近垂直的槽以形成台面，槽的深度应超过基区与集电区的p-n结界面。然后用缓慢的腐蚀速度的腐蚀液稍加腐蚀以去除槽内碎屑及其有害杂质，使台面光滑。为了保护表面电极图形，在开槽前先在管芯表面涂胶10，在开槽后再将胶除去。见附图2，其中8为金刚砂轮刀所开的槽。开槽后进行台面钝化，可采用适于大量生产的液相钝化方法，如用甲苯∶甲基三氯硅烷＝50∶1～1.5（体积比）在100℃水浴半小时。最后在背面n⁺集电极镀镍（Ni），得镀镍层9，然后将基片沿管芯之间的二条槽中间处切开，得到的管芯如附图3所示。附图4是管芯的俯视图。由图可见，器件台面隐蔽在井字形槽内。

用本发明的方法制造台面，使台面角度比较合理，降低了表面电场，可提高台面器件的击穿电压，减少功率老化时的二次击穿。由于采用了井字形槽的结构，因而在基片切开时，不会损伤台面，同时烧结时，焊料不易引起短路，提高了器件成品率。

下面是用本发明制造台面型高压大功率晶体管，此管电学参数要求是集电极击穿电压BV_CBO＝150～350伏，集电极最大耗散功率W_CN＝50瓦，集电极最大电流I_CN＝5安培。制造时，采用n型〈111〉晶向的硅单晶，电阻率ρ_n＝2～4欧姆厘米，硼扩散或铝扩散后再扩散硼形成p型基区，p型基区2的深度约35～40微米，硼扩散表面浓度为10¹⁷～10¹⁸/cm²。磷扩散形成发射区3，扩散深度15微米，表面浓度10²⁰～10²¹/cm²。槽的深度60～70微米，宽度为100～150微米。所制得的晶体管完全满足上述参数要求，而且集电极击穿电压最高可达500多伏。电老化时的二次击穿功率耐量特性差的管子比化学腐蚀法平均减少20%～30%。