專利名稱：門極和陰極間采用玻璃鈍化保護(hù)的可控硅器件及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及工藝制造方法，特別是取消通常的門極-陰極間的
氧化層保護(hù)而采用全面玻璃鈍化保護(hù)的單向、雙向可控硅功率器件及其制造方法。屬于微 電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在的單向、雙向可控硅功率器件如圖1，圖2，圖3所示，主要有N-襯底層1、P+ 擴(kuò)散層2、氧化層3、N+擴(kuò)散層4、玻璃鈍化層5、門極G、陰極Tl、陽極T2組成。門極G和陰 極Tl構(gòu)成表面金屬部分，陽極T2構(gòu)成背面金屬部分， 一部分的P+對通擴(kuò)散區(qū)構(gòu)成P-N隔 離、玻璃鈍化層5形成臺面凹槽內(nèi)的P-N結(jié)保護(hù)。
其制造方法包括以下步驟 a.對通隔離在N-襯底層1的基材上以熱氧化的方式先生成一層氧化層，經(jīng)過對 通隔離光刻以后進(jìn)行P+擴(kuò)散形成對通隔離區(qū)； b. P+擴(kuò)散全面去除氧化層3以后在N-襯底層1基材的表面和背面同時進(jìn)行P+ 擴(kuò)散，形成P+擴(kuò)散層2; c. N+擴(kuò)散以光刻、濕法刻蝕方法去除覆蓋在N+源區(qū)上的氧化層3后進(jìn)行N+擴(kuò) 散，形成N+擴(kuò)散層4; d.臺面腐蝕在陰極Tl的P+區(qū)上光刻環(huán)行區(qū)域，去除該區(qū)域上的氧化層3后進(jìn) 行臺面刻蝕，刻蝕深度超過N-P+結(jié)的深度，形成臺面凹槽構(gòu)造； e.去除氧化層3的凹槽突出部分用超聲波或高壓水槍沖擊等物理方法去除氧化 層3伸至臺面凹槽開口處的凹槽突出部分6 ; f.臺面凹槽內(nèi)玻璃鈍化在臺面凹狀內(nèi)涂玻璃粉后進(jìn)行預(yù)燒，然后擦拭去除表面 的殘留玻璃粉，最后再進(jìn)行燒結(jié)，形成玻璃鈍化層5 ; g.去除門極G、陰極T1和陽極T2形成區(qū)的表面氧化層3 :用濕法刻蝕去除門極G、 陰極Tl和陽極T2形成區(qū)上的氧化層3 ; h.金屬化最后在門極G、陰極T1和陽極T2的形成區(qū)上蒸發(fā)生長金屬層，制成單 向或雙向功率器件。 在上述單向、雙向可控硅功率器件的制造過程中，為了去除步驟d中臺面形成以 后在臺面凹槽上氧化層產(chǎn)生的凹槽突出部分6，步驟e采用了超聲波或高壓水槍沖擊以及 其他物理方法來達(dá)到這一目的，但是這些方法都是給可控硅器件施加外力從而使凹槽突出 部分6斷離來完成的，其結(jié)果必然對可控硅器件產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，容易造成硅片的龜 裂和破碎，并且氧化層的凹槽突出部分6斷離后的不規(guī)則面會影響功率器件耐壓的一致 性。另外，為了避免刻蝕難度較大的玻璃鈍化層以便順利地進(jìn)行步驟g的氧化層刻蝕，步驟 f中還要不斷地反復(fù)進(jìn)行預(yù)燒和擦拭去除器件表面殘留的玻璃粉。所以，利用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn) 單向、雙向功率器件的方法普遍存在因生產(chǎn)工序的復(fù)雜而導(dǎo)致碎片率高，合格率低，產(chǎn)品成 本居高不下的不足和缺陷，這種工藝上的欠合理直接影響了產(chǎn)品的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性能的穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一個的目的是針對現(xiàn)有可控硅器件耐壓性能不穩(wěn)定，可靠性較差，生產(chǎn) 成本高的缺陷和不足，提供一種產(chǎn)品可靠性和合格率高，制作方便，生產(chǎn)成本較低的門極和 陰極間采用玻璃鈍化保護(hù)的可控硅器件。 本發(fā)明的另一個目的是針對現(xiàn)有可控硅器件制造方法工藝復(fù)雜，硅片龜裂和破碎 率高，器件質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)成本高的缺陷和不足，提供一種操作簡單，產(chǎn)品合格率高，質(zhì)量 穩(wěn)定，生產(chǎn)成本較低的可控硅器件制造方法。 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)第一個目的的技術(shù)解決方案是門極和陰極間采用玻璃鈍化保護(hù)的可 控硅器件，包括N-襯底層、P+擴(kuò)散區(qū)、N+擴(kuò)散區(qū)、臺面凹槽玻璃鈍化層、門極、陰極和陽極， 門極和陰極均位于可控硅器件同一側(cè)的表面上，所述門極和陰極一側(cè)的表面上設(shè)置有表面 玻璃鈍化層。 所述表面玻璃鈍化層的厚度為10-30微米。 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)第二個目的的技術(shù)解決方案是門極和陰極間采用玻璃鈍化保護(hù)的可 控硅器件的制造方法，包括a.對通隔離；b.P+擴(kuò)散；C.N+擴(kuò)散；d.臺面腐蝕的加工步驟，并 進(jìn)一步包括以下步驟 e.全面去除氧化層去除可控硅器件表面和背面上的氧化層； f.玻璃鈍化在門極和陰極一側(cè)的表面以及臺面凹槽內(nèi)涂敷玻璃粉后進(jìn)行燒結(jié)， 形成臺面凹槽玻璃鈍化層和表面玻璃鈍化層； g.玻璃腐蝕在表面玻璃鈍化層上以光刻和刻蝕方法去除門極和陰極形成區(qū)內(nèi) 的鈍化玻璃； h.金屬化在器件的表面和背面蒸發(fā)生長金屬層，以光刻和刻蝕方法去除門極和
陰極T1區(qū)域外的金屬層，形成門極、陰極和陽極，即得到單向或雙向可控硅器件。 所述的步驟e中，采用濕法刻蝕的方法全面去除可控硅器件表面和背面上的氧化層。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是 1.本發(fā)明采用全面去除表面氧化層，用涂敷時形成的表面玻璃鈍化層來取代原來 的氧化層對表面P-N結(jié)進(jìn)行保護(hù)，玻璃鈍化過程中不會在臺面凹槽的開口處形成凹槽突出 部分，消除了而因采用超聲波和高壓水槍等物理方法所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力而導(dǎo)致硅片龜裂和 破碎的現(xiàn)象，也省略了擦拭表面殘留玻璃粉這一繁瑣的操作，使產(chǎn)品的合格率和可靠性得 到很大的提高。 2.本發(fā)明單向、雙向可控硅功率器件的制造方法，通過濕法刻蝕全面去除氧化層， 并燒結(jié)表面玻璃鈍化層來取代去除凹槽突出部分的超聲波或高壓水槍沖擊等物理操作，可 在功率器件的表面直接進(jìn)行玻璃燒結(jié)，無需擦拭去除表面殘留玻璃粉的操作，簡化了工藝， 降低了生產(chǎn)成本，提高了可控硅器件的可靠性，具有明顯的技術(shù)先進(jìn)性、顯著的經(jīng)濟(jì) 和極 強(qiáng)的實(shí)用性。
圖1是現(xiàn)有可控硅器件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明和現(xiàn)有可控硅器件制造方法中步驟a-d的流程圖；
圖3是現(xiàn)有可控硅器件制造方法中步驟e-h的流程圖；
圖4是本發(fā)明制造方法中步驟e-h的流程圖；
圖5是發(fā)明可控硅器件的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中N-襯地層1，P+擴(kuò)散區(qū)2，氧化層3，N+擴(kuò)散區(qū)4，臺面凹槽玻璃鈍化層5，凹 槽突出部分6，表面玻璃鈍化層7，門極G，陰極Tl，陽極T2。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合
和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述 參見圖5，本發(fā)明的門極和陰極間采用玻璃鈍化保護(hù)的可控硅器件，包括N-襯底
層1、P+擴(kuò)散區(qū)2、N+擴(kuò)散區(qū)4、臺面凹槽玻璃鈍化層5、門極G、陰極Tl和陽極T2，門極G和
陰極Tl均位于可控硅器件同一例的表面上，所述門極G和陰極Tl 一側(cè)的表面上設(shè)置有表
面玻璃鈍化層7。由于表面玻璃鈍化層7燒結(jié)制作不會在臺面凹槽的開口處的上方形成凹
槽突出部分6，無需對可控硅器件施加超聲波或高壓水槍沖擊等機(jī)械應(yīng)力，大大降低了硅片
龜裂和破碎的機(jī)率，從而提高了可控硅器件成品的合格率。 —般情況下，所述表面玻璃鈍化層7的厚度為10-30微米。 參見圖2，圖4，圖5，本發(fā)明方法的步驟如下 a.對通隔離在N-襯底層1的基材上以熱氧化的方式先生成一層氧化層，經(jīng)過對 通隔離光刻以后進(jìn)行P+擴(kuò)散形成對通隔離區(qū)； b. P+擴(kuò)散全面去除氧化層3以后在N-襯底層1基材的表面和背面同時進(jìn)行P+ 擴(kuò)散，形成P+擴(kuò)散層2; c. N+擴(kuò)散以光刻、濕法刻蝕方法去除覆蓋在N+擴(kuò)散區(qū)上的氧化層3后進(jìn)行N+擴(kuò) 散，形成N+擴(kuò)散層4; d.臺面腐蝕在陰極T1的P+擴(kuò)散區(qū)上光刻環(huán)行區(qū)域，去除該區(qū)域上的氧化層3后 進(jìn)行臺面刻蝕，刻蝕深度超過N-P+結(jié)的深度，形成臺面凹槽構(gòu)造； e.全面去除氧化層3 :去除可控硅器件表面和背面上的氧化層3 ;—般采用濕法刻 蝕的方法全面去除可控硅器件表面和背面上的氧化層3 ; f.玻璃鈍化在門極G和陰極T1 一側(cè)的表面以及臺面凹槽內(nèi)涂敷玻璃粉后進(jìn)行 燒結(jié)，形成臺面凹槽玻璃鈍化層5和表面玻璃鈍化層7 ; g.玻璃腐蝕在表面玻璃鈍化層7上以光刻和刻蝕方法去除門極G和陰極Tl形 成區(qū)內(nèi)的鈍化玻璃； h.金屬化在器件的表面和背面蒸發(fā)生長金屬層，以光刻和刻蝕方法去除門極G 和陰極T1區(qū)域外的金屬層，形成門極G、陰極T1和陽極T2，即得到單向或雙向可控硅器件。
本發(fā)明方法與現(xiàn)有方法進(jìn)行對比試驗當(dāng)制造5-8安倍的單向或雙向可控硅功率 器件時，采用本發(fā)明方法可將其產(chǎn)品合格率由現(xiàn)有的70% _80%提高到95%以上；當(dāng)制造 10-25安倍的單向或雙向可控硅功率器件時，采用本發(fā)明方法可將其產(chǎn)品合格率由現(xiàn)有的 50% _70%提高到90%以上；當(dāng)制造80安倍以上的單向或雙向可控硅功率器件時，采用本發(fā)明方法可將其產(chǎn)品合格率由現(xiàn)有的40% _60%提高到80%以上。 而且本發(fā)明方法工藝簡便，生產(chǎn)成本較低。制成的單向或雙向可控硅功率器件的 耐壓性好，可靠性高。
權(quán)利要求
門極和陰極間采用玻璃鈍化保護(hù)的可控硅器件，包括N-襯底層(1)、P+擴(kuò)散區(qū)(2)、N+擴(kuò)散區(qū)(4)、臺面凹槽玻璃鈍化層(5)、門極(G)、陰極(T1)和陽極(T2)，門極(G)和陰極(T1)均位于可控硅器件同一側(cè)的表面上，其特征在于；所述門極(G)和陰極(T1)一側(cè)的表面上設(shè)置有表面玻璃鈍化層(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的門極和陰極間采用玻璃鈍化保護(hù)的可控硅器件，其特征在 于所述表面玻璃鈍化層(7)的厚度為10-30微米。
3. 門極和陰極間采用玻璃鈍化保護(hù)的可控硅器件的制造方法，包括a.對通隔離；13. +擴(kuò)散；C.N+擴(kuò)散；d.臺面腐蝕的加工步驟，其特征在于進(jìn)一步包括以下步驟e. 全面去除氧化層(3):去除可控硅器件表面和背面上的氧化層(3);f. 玻璃鈍化在門極(G)和陰極(Tl) 一側(cè)的表面以及臺面凹槽內(nèi)涂敷玻璃粉后進(jìn)行 燒結(jié)，形成臺面凹槽玻璃鈍化層(5)和表面玻璃鈍化層(7);g. 玻璃腐蝕在表面玻璃鈍化層(7)上以光刻和刻蝕方法去除門極(G)和陰極(Tl)形 成區(qū)內(nèi)的鈍化玻璃；h. 金屬化在器件的表面和背面蒸發(fā)生長金屬層，以光刻和刻蝕方法去除門極(G)和陰極(Tl)區(qū)域外的金屬層，形成門極(G)、陰極(Tl)和陽極(T2)，即得到單向或雙向可控 硅器件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的門極和陰極間采用玻璃鈍化保護(hù)的可控硅器件的制造方法， 其特征在于所述的步驟e中，采用濕法刻蝕的方法全面去除可控硅器件表面和背面上的 氧化層(3)。
全文摘要
門極和陰極間采用玻璃鈍化保護(hù)的可控硅器件及制造方法，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。可控硅器件包括N-襯底層(1)、P+擴(kuò)散區(qū)(2)、N+擴(kuò)散區(qū)(4)、臺面凹槽玻璃鈍化層(5)、門極(G)、陰極(T1)和陽極(T2)，門極(G)和陰極(T1)均位于可控硅器件同一側(cè)的表面上，所述門極(G)和陰極(T1)一側(cè)的表面上設(shè)置有表面玻璃鈍化層(7)。通過濕法刻蝕全面去除氧化層，并燒結(jié)表面玻璃鈍化層，消除了而因機(jī)械應(yīng)力而導(dǎo)致硅片龜裂和破碎的現(xiàn)象，簡化了工藝，降低了生產(chǎn)成本，提高了可控硅器件的可靠性，具有明顯的技術(shù)先進(jìn)性、顯著的經(jīng)濟(jì)性和極強(qiáng)的實(shí)用性。
文檔編號H01L23/00GK101707207SQ20091022463
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者中原基 申請人:武漢光谷微電子股份有限公司