[发明专利]一种平面可控硅制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种平面可控硅制造方法，应用于可控硅产品的生产。

背景技术

目前可控硅产品生产主要采用台面工艺，其结构如图1所示，工艺流程如下：在最大4寸晶圆上进行掩蔽氧化层生长，而后做隔离对穿扩散，然后进行基区、发射区扩散；发射区完成后需要在正面隔离与基区之间腐蚀出一个深达50um以上，超过150um宽的槽，在槽内手工涂布一层玻璃胶，并经过高温烧结形成保护层，最终做完铝层及背面工艺，形成4层PNPN结构可控硅。

由于台面工艺需要腐蚀一个深度超过50um甚至100um深的槽，槽内填充玻璃，而晶圆总厚度一般不大于260um，玻璃的热膨胀系数于硅不一致，因此腐蚀后的晶圆非常容易破片。腐蚀槽对于表面基区（P）、衬底（N）是负斜角结构（见图2），表面电场大于体内电场，造成可控硅VDRM很难做到1000V以上；隔离P区与衬底N区被腐蚀槽形成正斜角结构，耐压可以达到1000V以上，这样就难以得到对称的耐压。

玻璃钝化工艺需要采用手动或者电泳法涂布玻璃，这一层物质纯净度很难控制，在引入外界污染的情况下可控硅的漏电明显增加；可控硅经常工作在高温的恶劣环境下，在高温度环境中会出现大的漏电流导致可控硅发热-升温-漏电增加-发热的恶性循环。

发明内容

本发明涉及一种平面可控硅制造方法，本发明利用分压环、截止环、平面钝化工艺，P型基区与N衬底形成的PN结不再由开槽加玻璃钝化保护，而由平面的钝化层保护，有助于解决现有可控硅产品生产工艺过程中的不足。

本发明的技术方案在于：

一种平面可控硅制造方法，其特征在于：按如下步骤进行，

步骤1、选取合适的N型硅材料片，根据不同产品的耐压需求，选择不同电阻率；厚度根据晶圆尺寸的不同，选取200~260um；

步骤2、在衬底片上用热氧化方法，生长一层2.0um以上氧化层；

步骤3、用双面光刻机刻出正、反面隔离图形，并用化学腐蚀液去除不需要的氧化层；

步骤4、在腐蚀出的隔离槽上沉积一层P型杂质源，然后进行长时间1250℃以上的高温扩散，最终扩散完成正、反面的P型对穿；

步骤5、在晶圆正面用光刻、注入方法，形成P型分压环，分压环的结构取决于不同耐压及管芯尺寸要求，注入条件一般是基区注入剂量的1%；

步骤6、用光刻、注入的方法形成正、反面基区结构；

步骤7、经过扩散炉高温扩散，形成正、反面深基区结构，同时形成二氧化硅层保护PN结；

步骤8、用光刻、湿法腐蚀的方法形成发射区图形，注意如果采用双面光刻，在晶圆的正反面形成发射区，可以得到双向可控硅；如果只是在正面形成发射区，则得到单向可控硅；

步骤9、在晶圆正面用光刻、腐蚀方法开出可控硅K极、G极，同时去掉背面氧化层形成A极；

步骤10、正面沉积铝层；

步骤11、采用铝反刻方法，去除正面除K极、G极之外的铝层；

步骤12、正面用CVD方式淀积一层钝化保护层保护表面的PN结结构；

步骤13、背面沉积一层金属以形成A极，最终形成PNPN 4层可控硅结构。

本发明的优点在于：本发明生产平面可控硅，可以在现有的集成电路生产线上流水生产，而不必调整任何设备、工艺；由于取消的开槽与玻璃钝化工艺，取消人员的手动作业，可以改用自动化设备生产，提高生产效率，降低人员生产的不稳定性；生产的产品可以得到超过1000V耐压与小于1uA的漏电流。

附图说明

图1是传统台面工艺的可控硅横截面示意图。

图2是传统台面工艺的可控硅玻璃钝化示意图。

图3是本发明提供的平面工艺的可控硅横截面图。

图4是本发明实施例的分压环结构与电场分布示意图。

图5是本发明实施例步骤4的状态结构示意图。

图6是本发明实施例步骤7的状态结构示意图。

图7是本发明实施例步骤13的状态结构示意图。

图8是本发明与传统可控硅漏电比较图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

本发明涉及一种平面可控硅制造方法，按如下步骤进行，

步骤1、选取合适的N型硅材料片，根据不同产品的耐压需求，选择不同电阻率；厚度根据晶圆尺寸的不同，选取200~260um。

步骤2、在衬底片上用热氧化方法，生长一层2.0um以上氧化层