CN101587907A - 低结电容过压保护晶闸管器件芯片及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低结电容过压保护晶闸管器件芯片和其生产方法，该芯片包括金属电极T1和T2、N+发射区、N－型长基区、P型短基区，所述芯片周围蚀刻有外沟槽，所述芯片内部设立一段N型离子注入区，在蚀刻沟槽外的P型短基区下形成一个N型区域埋层，其生产方法是：在硅片氧化后，在P型短基区扩散步骤前，增加了三步工艺步骤，双面光刻N型离子注入区、双面N型离子注入、N型离子注入氧化和扩散，经过P型短基区扩散后，在P型短基区下形成一个N型区域埋层。该方法工艺简单，加工方便，且改善了产品的性能，提高了产品电压的一致性和可控性。

Description

低结电容过压保护晶闸管器件芯片及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种半导体芯片，尤其涉及一种低结电容过压保护晶闸管器件芯片。
本发明还涉及一种低结电容过压保护晶闸管器件芯片的生产方法。
背景技术
过压保护晶闸管器件是一种通信***中防止雷电浪涌的器件，其重要的一个特征是器件的结电容，电容越小，传输损耗就越小，对通讯质量的影响就越小，随着通信设备使用的频率越来越高，器件的电容越发影响到通讯质量，所以减小器件的电容值非常重要。而一般过压保护晶闸管器件的结电容都比较大，且受过压保护晶闸管器件的过压保护能力的影响，即器件的抗瞬时浪涌能力。浪涌能力值越高，器件所需的芯片面积越大，电容值就越大，这样就严重限制了过压保护晶闸管器件在高频通讯领域的应用。而且国内外制做过压保护晶闸管器件时，由于电压值要求范围窄，所以在制做过程中，对材料的电阻率要求很严格，电阻率范围值和电阻率必须很小，以满足电压公式Vb＝Cρα(C是常数，α一般取0.75)，但目前单晶材料的掺杂浓度很难控制的很均匀，这也使得工艺生产控制的难度极大，电压一致性比较差，而且由于电阻率低，电容值受材料电阻率的限制，不易降低，都比较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种低结电容过压保护晶闸管器件芯片。
本发明的另一目的是提供一种低结电容过压保护晶闸管器件芯片的生产方法。
本发明采用的技术方案是：
一种低结电容过压保护晶闸管器件芯片，包括金属电极T1和T2、N+发射区、N-型长基区、P型短基区，所述芯片周围蚀刻有外沟槽，所述芯片内部设立一段N型离子注入区，所述N型离子注入区在蚀刻沟槽外的P型短基区下形成一个N型区域埋层。
N型离子注入区的宽度为30～150um。
一种低结电容过压保护晶闸管器件芯片的生产方法，该方法包括以下步骤：硅片抛光、氧化、P型短基区扩散、光刻N+发射区窗口、N+发射区扩散、光刻刻蚀沟槽、沟槽腐蚀、玻璃钝化、光刻引线孔、双面蒸镀电极、合金、芯片测试和锯片，在硅片氧化后，P型短基区扩散步骤之前，先做双面光刻N型离子注入区，利用氧化膜的掩蔽作用，采用双面N型离子注入，N型离子注入区的注入剂量为5E12～2.0E14ions/cm2，N型离子注入区的宽度为30～150um；在N型离子注入氧化和扩散后，形成一个局部的N型掺杂区；经过P型短基区扩散后，最终形成了一个在P型短基区下的N型区域埋层，该N型区域埋层的掺杂浓度为1.0E15～6.0E15cm-3。
本发明的优点是：该方法工艺简单，加工方便，且提高了硅单晶材料使用范围，提高了产品电压的一致性和可控性，降低了产品的电容值。
附图说明：
图1为本发明的纵向结构示意图。
图2为本发明的横向结构示意图。
图3为本发明的线路符号图。
图4为本发明的伏安特性。
图5为现有技术的纵向结构示意图。
图中：1、外沟槽，2、金属电极T1和T2，3、N+发射区，4、P型短基区，5、N-型长基区，6、N型区域埋层区，7、N型离子注入区。
具体实施方式：
如图1至4所示，本发明的一种低结电容过压保护晶闸管器件芯片，包括金属电极T1和T22、N+发射区3、N-型长基区5、P型短基区4，所述芯片周围蚀刻有外沟槽1，所述芯片内部设立一段N型离子注入区7，N型离子注入区7在P型短基区4下形成一个N型区域埋层6，N型离子注入区7的宽度为30～150um。其生产方法包括以下步骤：硅片抛光、氧化、P型短基区扩散、光刻N+发射区窗口、N+发射区扩散、光刻刻蚀沟槽、沟槽腐蚀、玻璃钝化、光刻引线孔、双面蒸镀电极、合金、芯片测试和锯片，在硅片氧化后，P型短基区4扩散步骤之前，先做双面光刻N型离子注入区7，利用氧化膜的掩蔽作用，采用双面N型离子注入，N型离子注入区7的注入剂量为5E12～2.0E14ions/cm2。在N型离子注入氧化和扩散后，形成一个局部的N型掺杂区；经过P型短基区4扩散后，最终形成了一个在P型短基区4下的N型区域埋层6，该N型区域埋层6的掺杂浓度为1.0E15～6.0E15cm-3；通过调整N型区域埋层6的浓度，从而调制器件的雪崩击穿电压值，而其他区域的N-型长基区5掺杂浓度的变化不影响器件的电压变化。
本发明一种低结电容过压保护晶闸管器件芯片的具体生产方法如下：
1.硅单晶片要求：ρ＝30-40-50-60Ω·cm，硅单晶片厚度245±10um。
2.硅单晶片化学腐蚀：
a.先配制好腐蚀液：按重量比HF∶冰醋酸∶HNO3＝1∶2∶(1.5～2.5)(其中HF是浓度为48％的溶液，冰醋酸是纯的，HNO3是浓度为68％的溶液)，配制腐蚀液；
b.将待腐蚀的硅单晶片***25槽的片架中；
c.将腐蚀液的温度控制在6-9℃；
d.将插有硅单晶片的片架置入腐蚀页中进行腐蚀，并不断上、下提动，腐蚀时间控制在6-10min(要求的厚度不同、腐蚀时间不同)；
e.腐蚀后的硅片厚度t＝200±10um；
f.腐蚀完成后，取出片架，用去离子水冲洗15遍。
3.氧化：
a.将待氧化的硅单晶片用甩干机甩干；
b.将甩干后的硅单晶片插在扩散舟上，将插有硅单晶片的扩散舟送入扩散炉的恒温区内，在扩散管道内通入5L/min的纯净干氧气；
c.开启扩散炉进行升温，用4小时升到T＝1120±20℃；
d.当温度达到T＝1120±20℃并恒定后，将干氧气改为湿氧气，并开始计时，通湿氧气的时间为t＝4.5±1h；到时后再将湿氧气更换成干氧气，时间为t＝1.5h；
e.到时后开始降温，用6-8h将温度由T＝1120±20℃降至500℃以下，拉出有硅单晶片的扩散舟，将硅单晶片取出插到片架上，进行检验；
f.检验氧化层厚度：要求氧化层厚度＝1.0-1.2um。
4.双面光刻N型离子注入区窗口：
a.匀胶(用苏州HFJ220胶(紫外负型光刻胶)，转速6000rpm，匀胶时间35sec)；
b.前烘(将匀胶后的硅片放入100±5℃的烘箱中烘烤25-30min)；c.曝光(用N型离子注入区版掩蔽，紫外线曝光，曝光时间6-9秒)；
d.显影(将曝光后的硅片浸入HFJ2200型显影液(液状光刻胶显影液)中，浸泡6-8min，取出后甩干)；
e.坚膜(将显影后的硅片放入140±5℃的烘箱中烘烤30-40min)；
f.腐蚀(将坚膜后的硅片浸入42％氢氟酸∶96％氟化铵∶去离子水＝1mL∶2g∶3.3mL的SiO2腐蚀液中，温度为37±2℃，腐蚀时间6-8min，取出后用去离子水冲10次)；
g.去胶(将腐蚀后的硅片放入95-98％浓硫酸∶35±2％双氧水＝1∶4的去胶液中，浸泡6-8min，将硅片取出，用去离子水冲洗12次)。
5.离子注入N型杂质：
使用离子注入机，双面注入N型杂质磷，高压30KV，注入剂量为5.0E12～2.0E14ions/cm2(根据器件电压值选择不同的注入剂量)。
6.氧化扩散：
a.将已做离子注入后的硅片插在扩散舟上，将插有硅单晶片的扩散舟送入扩散炉的恒温区内，在扩散管道内通入5L/min的纯净氧气；
b.开启扩散炉进行升温，用4小时升到T＝1260±15℃；
c.当温度达到T＝1260±15℃并恒定后，开始计时，扩散时间为t＝20～100h；
d.到时后开始降温，用6-8h将温度由T＝1260±15℃降至500℃以下，拉出有硅单晶片的扩散舟，将硅单晶片取出插到片架上，进行检验；
f.检验扩散Xj：要求Xj＝45±15um。
7.P型短基区扩散：
a.将待扩散的硅片涂敷B30扩散源(液状硼扩散源)，然后插在扩散舟上，将插有硅单晶片的扩散舟送入扩散炉的恒温区内，在扩散管道内通入6L/min的纯净氮气和0.18L/min的纯净氧气；
b.开启扩散炉进行升温，用4小时升到T＝1020±15℃；
c.当温度达到T＝1020±15℃并恒定后，开始计时，扩散时间为t＝1.2±0.2h；
d.到时后开始降温，用4-6h将温度由T＝1020±15℃降至500℃以下，拉出有硅单晶片的扩散舟，将硅单晶片取出插到片架上，进行检验；
e.检验扩散R□：要求R□＝30±2Ω/□；
f.将预扩散后的硅片插在扩散舟上，将插有硅单晶片的扩散舟送入扩散炉的恒温区内，在扩散管道内通入5L/min的纯净氧气；
g.开启扩散炉进行升温，用4小时升到T＝1260±15℃；
h.当温度达到T＝1260±15℃并恒定后，开始计时，扩散时间为t＝18±4h；
i.到时后开始降温，用6-8h将温度由T＝1260±15℃降至500℃以下，拉出有硅单晶片的扩散舟，将硅单晶片取出插到片架上，进行检验；
j.检验扩散R□、Xj：要求R□＝60±5Ω/□，Xj＝25±5um。
8.光刻N+发射区窗口：
a.匀胶(用苏州HFJ220胶，转速6000rpm，匀胶时间35sec)；
b.前烘(将匀胶后的硅片放入100±5℃的烘箱中烘烤25-30min)；c.曝光(用N+发射区版掩蔽，紫外线曝光，曝光时间6-9秒)；
d.显影(将曝光后的硅片浸入HFJ2200型显影液中，浸泡6-8min，取出后甩干)；
e.坚膜(将显影后的硅片放入140±5℃的烘箱中烘烤30-40min)；
f.腐蚀(将坚膜后的硅片浸入42％氢氟酸∶96％氟化铵∶去离子水＝1mL∶2g∶3.3mL的SiO2腐蚀液中，温度为37±2℃，腐蚀时间6-8min，取出后用去离子水冲10次)；
g.去胶(将腐蚀后的硅片放入95-98％浓硫酸∶35±2％双氧水＝1∶4的去胶液中，浸泡6-8min，将硅片取出，用去离子水冲洗12次)。
9.N+发射区扩散：
a.将待扩散的硅片插在扩散舟上，将插有硅单晶片的扩散舟送入扩散炉的恒温区内，在扩散管道内通入5L/min的纯净氮气和2L/min的纯净氧气；
b.开启扩散炉进行升温，用4小时升到T＝1050±15℃；
c.当温度达到T＝1050±15℃并恒定后，再通入1.8L/min的携源氮气，源为高纯三氯氧磷，开始计时，扩散时间为t＝1.2±0.2h，到时后关闭携源氮气，继续恒温0.3h；
d.到时后开始降温，用3-4h将温度由T＝1050±15℃降至500℃以下，拉出有硅单晶片的扩散舟，将硅单晶片取出插到片架上，进行检验；
e.检验扩散R□：要求R□＝1.8±0.2Ω/□；
f.将待再分布的硅片插在扩散舟上，将插有硅单晶片的扩散舟送入扩散炉的恒温区内，在扩散管道内通入5L/min的纯净氧气；
g.开启扩散炉进行升温，用4小时升到T＝1100±15℃；
h.当温度达到T＝1100±15℃并恒定后，开始计时，扩散时间为t＝4±1h；
i.到时后开始降温，用6-8h将温度由T＝1100±15℃降至500℃以下，拉出有硅单晶片的扩散舟，将硅单晶片取出插到片架上，进行检验；
j.检验扩散Xj：要求Xj＝12±2um。
10.光刻沟槽窗口：
a.匀胶(用BN308胶(紫外负型光刻胶)，转速3000rpm，匀胶时间40sec)；
b.前烘(将匀胶后的硅片放入100±5℃的烘箱中烘烤25-30min)；c.曝光(用沟槽版掩蔽，紫外线曝光，曝光时间6-9秒)；
d.显影(将曝光后的硅片浸入HFJ2200型显影液中，浸泡6-8min，取出后甩干)；
e.坚膜(将显影后的硅片放入140±5℃的烘箱中烘烤30-40min)；
f.腐蚀窗口处的SiO2(将坚膜后的硅片浸入42％氢氟酸∶96％氟化铵∶去离子水＝1mL∶2g∶3.3mL的SiO2腐蚀液中，温度为37±2℃，腐蚀时间6-8min，取出后用去离子水冲10次)；
g.坚膜(将显影后的硅片放入140±5℃的烘箱中烘烤30-40min)。
11.沟槽腐蚀：
湿法腐蚀同时腐蚀双面沟槽，腐蚀液是重量比为HF∶冰醋酸∶HNO3＝1∶1∶(1.5～2.5)的混合液(其中HF是浓度为48％的溶液，冰醋酸是纯的，HNO3是浓度为68％的溶液)，腐蚀时将腐蚀液的温度控制在9～12℃，腐蚀时间控制在5～8min，腐蚀后的沟槽深度为50-70um。
12.玻璃钝化膜沉积：
配制INK：乙基纤维素∶丁基卡毕醇＝(2.5-3.2)g∶100ml；持续搅拌；直至充分溶解；玻璃浆料调制：INK∶GP230玻璃粉＝1∶(2-3)；搅拌直至完全均匀，刮涂玻璃浆料：用塑料刮刀将玻璃浆料刮到硅片的沟槽中；要求将沟槽填平，在120±10℃的热板上烘60-70Sec；烧出温度470-490℃，时间15-35min(N2：2-3L/min，O2：2-3L/min保护)；用擦盘将沟槽外的玻璃粉擦掉；烧成温度860±10℃，时间5-15min(N2：2-3L/min，O2：2-3L/min保护)。
13.光刻引线孔：
a.匀胶(用BN308胶，转速3000rpm，匀胶时间40sec)；
b.前烘(将匀胶后的硅片放入100±5℃的烘箱中烘烤25-30min)；c.曝光(用引线孔版掩蔽，紫外线曝光，曝光时间6-9秒)；
d.显影(将曝光后的硅片浸入HFJ2200型显影液中，浸泡6-8min，取出后甩干)；
e.坚膜(将显影后的硅片放入140±5℃的烘箱中烘烤30-40min)；
f.腐蚀窗口处的SiO2(将坚膜后的硅片浸入42％氢氟酸∶96％氟化铵∶去离子水＝1mL∶2g∶3.3mL的SiO2腐蚀液中，温度为37±2℃，腐蚀时间6-8min，取出后用去离子水冲10次)；
g.去胶(将腐蚀后的硅片放入95-98％浓硫酸∶35±2％双氧水＝1∶4的去胶液中，浸泡6-8min，将硅片取出，用去离子水冲洗12次)。
14.蒸镀双面电极：
用MARK50高真空电子束蒸发台蒸镀Ti-Ni-Ag，Ti膜厚＝1000-2000？；Ni膜厚＝5000-7000？；Ag膜厚＝1.0-2.0um。按设备操作规程进行预抽、预抽达到2Pa以下时，关闭予抽阀、打开高阀进行高抽；待真空室的压强达到4×10-3Pa时打开工件转动并开启烘烤电源，当烘烤温度达到180℃后恒温30分钟，关闭烘烤电源；待真空达到2×10-3Pa时开启电子枪电源，延时3分钟后开高压、调节灯丝电流进行Ti源的预熔；Ti源的预熔用0.4A的束流进行扫描，当观察到Ti源已经融化在一起，Ti源的表面已无氧化物时，打开档板用0.4A的束流进行慢蒸1分钟；然后转动坩埚，调节灯丝电流进行Ni源的预熔；Ni源的预熔用0.4A的束流进行扫描，当观察到Ni源已经融化在一起，Ni源的表面已无氧化物时，打开档板用0.4A的束流进行慢蒸3分钟；然后转动坩埚，调节灯丝电流进行Ag源的预熔；Ag源的预熔用0.6A的束流进行扫描，当观察到Ag源已经融化在一起，Ag源的表面已无氧化物时，打开档板用0.6A的束流进行慢蒸5分钟；蒸镀结束后将灯丝电流调到零，关闭挡板，关闭高压，关闭高真空计和工件转动，再关高阀、前级阀、关主泵；对真空室进行冷却，待冷却10分钟以后开始充气，充气时氮气流量≤2L/min；充气结束，打开真空室，取出硅片；
重复上述过程蒸镀另一面电极。
15.反刻双面金属电极：
a.匀胶(用BN308胶，转速3000rpm，匀胶时间40sec)；
b.前烘(将匀胶后的硅片放入100±5℃的烘箱中烘烤25-30min)；c.曝光(用背面反刻版掩蔽，紫外线曝光，曝光时间6-9秒)；
d.显影(将曝光后的硅片浸入HFJ2200型显影液中，浸泡6-8min，取出后甩干)；
e.坚膜(将显影后的硅片放入140±5℃的烘箱中烘烤30-40min)；
f.腐蚀窗口处的Ti-Ni-Ag(将坚膜后的硅片浸入HF∶冰醋酸∶HNO3＝1∶1∶(15～25)的混合腐蚀液中，其中HF是浓度为48％的溶液，冰醋酸是纯的，HNO3是浓度为68％的溶液，温度为25±3℃，腐蚀时间6-8min，取出后用去离子水冲10次)；
g.去胶(将腐蚀后的硅片放入剥离液中浸泡3-6min，将硅片取出，用去离子水冲洗12次)。
16.合金：
将待合金的硅片插在扩散舟上，将插有硅片的扩散舟送入扩散炉的恒温区内，在扩散管道内通入5L/min的纯净氮气，恒温温度490-520℃，恒温20-30min，然后取出。
17.硅片测试：
用JUNO的自动台进行测试VDRM、BVCBO、ICBO等参数，用PTHY2300测试IH、VT等参数，用电容测试仪测试结电容C0。
18.锯片：
用砂轮切割机(锯片机)对硅片进行切割，速度为20-30mm/sec。
19.芯片包装。

Claims (3)

1.一种低结电容过压保护晶闸管器件芯片，包括金属电极T1和T2、N+发射区、N型长基区、P型短基区，所述芯片周围蚀刻有外沟槽，其特征是所述芯片内部设立一段N型离子注入区，所述N型离子注入区在蚀刻沟槽外的P型短基区下形成一个N型区域埋层。
2.根据权利要求1所述的一种低结电容过压保护晶闸管器件芯片，其特征是N型离子注入区的宽度为30～150um。
3.一种低结电容过压保护晶闸管器件芯片的生产方法，该方法包括以下步骤：硅片抛光、氧化、P型短基区扩散、光刻N+发射区窗口、N+发射区扩散、光刻刻蚀沟槽、沟槽腐蚀、玻璃钝化、光刻引线孔、双面蒸镀电极、合金、芯片测试和锯片，其特征是在硅片氧化步骤后，P型短基区扩散步骤之前，先做双面光刻N型离子注入区，利用氧化膜的掩蔽作用，采用双面N型离子注入，N型离子注入区的注入剂量为5E12～2.0E14ions/cm2，N型离子注入区的宽度为30～150um；在N型离子注入氧化和扩散后，形成一个局部的N型掺杂区；经过P型短基区扩散后，最终形成了一个在P型短基区下的N型区域埋层，该N型区域埋层的掺杂浓度为1.0E15～6.0E15cm-3。
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