CN110010677B - 一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构及其制造方法,属于集成电路或分立器件制造技术领域。包括N+重掺杂衬底,N+重掺杂衬底上设有高阻层;高阻层上设有P‑型终端结构,P‑型终端结构内设有基区有源区,基区有源区内部设有N+型发射极,高阻层上还设有N+型,N+型、基区有源区和P‑型终端结构上分别设有第一屏蔽层,第一屏蔽层上开设N+型引线孔、基区有源区引线孔和P‑型终端结构引线孔,基区有源区引线孔和P‑型终端结构引线孔上分别设有连接层,N+型引线孔上设有第二屏蔽层,连接层与第二屏蔽层上设有保护层,保护层上设有PAD区。本申请保证在超结温下结终端三极管的击穿不发生退化,提高了芯片的可靠性和合封器件的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构及其制造方法,属于集成电路或分立器件制造技术领域。
背景技术
随着电流型驱动IC技术的成熟,在AC/DC电源管理领域,越来越多的终端采用IC+三极管合封成一颗电源管理芯片,用来替换IC+高压VDMOS合封成一颗电源管理芯片。相较于VDMOS芯片,三极管具有较大的成本优势和更好的抗静电能力,在影响芯片导通性能较小的状况下更容易实现更高的击穿电压,比如大于700V、800V、850V等电压档位都是很容易实现。而芯片的饱和压降等增加不是很多。特别是三极管采用了结终端延伸结构后,芯片面积变小,进一步降低了芯片成本后,IC+三极管替换IC+VDMOS组成的电源管理芯片在电池充电、小家电领域占据了主要的市场份额。
三极管与IC合封之后,在贴片封装中是主要的功率型器件,对IC起开关作用和对IC起高压保护作用。贴片封装的热阻要大于传统意义上的单封插件三极管,三极管是主要的发热体,因此三极管普遍工作在超结温状态下。此时三极管在超结温下的击穿是否退化就严重影响了合封器件的安全工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构及其制造方法,保证在超结温状态下结终端三极管的击穿不发生退化,提高芯片的可靠性和合封器件的安全性。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构,包括N+重掺杂衬底,所述N+重掺杂衬底上设有高阻层;所述高阻层上扩散成型有P-型终端结构,所述P-型终端结构内设有基区有源区,所述基区有源区内部设有N+型发射极,所述高阻层上还设有N+型掺杂区,所述N+型掺杂区、基区有源区和P-型终端结构上分别设有第一屏蔽层,所述第一屏蔽层上开设N+型掺杂区引线孔、基区有源区引线孔和N+型发射极引线孔,所述基区有源区引线孔和N+型发射极引线孔上分别设有连接层,所述N+型掺杂区引线孔上设有第二屏蔽层,所述连接层与第二屏蔽层上设有保护层,所述保护层上设有PAD区。
所述基区有源区的结深值大于高阻层的结深值。
所述第一屏蔽层为二氧化硅制成,第一屏蔽层的厚度大于1µm。
所述保护层为聚酰亚胺光刻胶制成。
所述基区有源区内部设有多个N+型发射极,所述N+型发射极等间距设置。
一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构的制造方法,所述制造方法包括如下步骤:
步骤一、取包含有N+重掺杂衬底和N型电阻率高的轻掺厚度较厚的高阻层的硅基片,在其高阻层上生长一层二氧化硅的第一屏蔽层,并采用负性光刻胶、接触式曝光、湿法腐蚀的方法形成用于P-型终端结构的窗口;
步骤二、利用第一屏蔽层在P-型终端结构的窗口内注入P型轻掺杂质,注入完成后继续生长氧化层,形成P-型终端结构;
步骤三、采用光刻的方法在P-型终端结构内形成基区有源区的窗口,在基区有源区的窗口进行P型掺杂,通过高温炉管扩散的方法形成基区有源区;
步骤四、采用负性光刻的方式在基区有源区内部形成N+型发射极的窗口,同时在P-型终端结构形成N+型掺杂区的窗口,对N+型掺杂区的窗口进行补浓度,对N+型发射极的窗口进行反型掺杂,经过氧化扩散后形成N+型掺杂区和N+型发射极;
步骤五、采用负性光刻的方式,分别在N+型掺杂区、基区有源区、N+型发射极形成引线孔,并在芯片表面淀积金属形成第二屏蔽层和连接层,对N+型掺杂区、基区有源区、N+型发射极三者之间金属进行去除;
步骤六、在连接层和第二屏蔽层的上部涂布一层聚酰亚胺光刻胶,形成保护层;并用光刻的方式在保护层上刻蚀出锯片和封装球焊的PAD区。
所述步骤一中高阻层的厚度为70~100µm。
所述基区有源区的窗口的边长与P-型终端结构的窗口的边长差值超过40µm。
所述步骤四中采用离子注入或液态源的掺杂方法对N+型掺杂区的窗口和N+型发射极的窗口进行处理。
与现有技术相比,本发明的优点在于:一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构及其制造方法,在不另外增加成本的基础上,通过金属淀积形成第二屏蔽层,第二屏蔽层与N+型掺杂区形成一个较宽的等位环,等位环与集电极衬底相连,就可以给连接层提供一个较大的零电场空间,限制连接层内的移动电荷在电场下的飘移运动,避免了可动电荷的集中,从而保证在超结温下结终端三极管的击穿不发生退化,提高了芯片的可靠性和合封器件的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构的示意图;
图中1 N+重掺杂衬底、2 高阻层、3 P-型终端结构、4 基区有源区、5 N+型发射极、6 N+型掺杂区、7 第一屏蔽层、8 第二屏蔽层、9 连接层、10 保护层。
实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示,本实施例中的一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构,它包括作为基准片的导电类型为N+重掺杂衬底1;在N+重掺杂衬底1上外延一层N型电阻率高的轻掺厚度较厚的高阻层2;在高阻层2上扩散形成一个圆柱形轻掺的P-型终端结构3,在P-型终端结构3内部形成一个比P-型终端结构3深的P型源区作为三极管的基区有源区4,在基区有源区4内部形成N+型发射极5,同时在高阻层2形成N+型掺杂区6,N+型掺杂区6、P-型终端结构3和基区有源区4采用热氧化形成的厚二氧化硅作为第一屏蔽层7,第一屏蔽层7上分别开设连接基区有源区4、N+型发射极5和N+型掺杂区6的引线孔,在基区有源区4引线孔和N+型发射极5引线孔的上部采用蒸发的方式淀积一层金属作为芯片与封装的连接层9,在形成三极管芯片与封装的连接层同时,N+型掺杂区6的引线孔的上部采用蒸发的方式淀积一层金属形成与N+型掺杂区6连接的第二屏蔽层8,在第二屏蔽层8和连接层9外部涂布一层聚酰亚胺光刻胶形成保护层10,保护层10上留有锯片和封装球焊用的PAD区。
一种改善结终端延伸结构三极管高温特性的器件结构的制造方法,包括以下步骤:
步骤一、采用包含有N+重掺杂衬底1和N型电阻率高的轻掺厚度较厚的高阻层2的硅基片,高阻层厚度通常是70~100µm,在扩散炉管内用高温氢氧合成方法热氧化生长一层厚度大于1.0µm的二氧化硅作为第一屏蔽层7,并采用负性光刻胶、接触式曝光、湿法腐蚀的方法形成用于P-型终端结构3的窗口。
步骤二、利用第一屏蔽层7在P-型终端结构3的窗口内注入P型轻掺杂质,使得P-型终端结构3的窗口区域内的杂质刚好能反型轻掺厚度较厚的高阻层2,注入完成后继续生长氧化层,形成P-型终端结构3。
步骤三、根据发射极开路时集电极-基极的击穿电压要求,在P-型终端结构3内部用光刻的方法形成圆柱形基区有源区4的窗口,通常基区有源区4的窗口边长根据击穿电压的不同小于P-型终端结构3的窗口边长40µm以上,在基区有源区4的窗口内进行P型掺杂,通过高温炉管扩散的方法形成基区有源区4。
步骤四、采用负性光刻的方式在基区有源区4内部形成等间隔规律排布的多个N+型发射极5的窗口,同时在高阻层2上形成N+型掺杂区6的窗口,采用离子注入或液态源的掺杂方法,对N+型掺杂区6的窗口进行补浓度(改善与上层金属的接触),对N+型发射极5窗口进行反型掺杂,经过氧化扩散后形成圆柱形结构的N+型掺杂区6和N+型发射极5。
步骤五、采用负性光刻的方式,分别在N+型掺杂区6、基区有源区4、N+型发射极5上形成引线孔,随后在基区有源区4和N+型发射极5的表面淀积金属形成连接层9,在N+型掺杂区6的表面淀积金属形成第二屏蔽层8,作为各区的引线,并对各区之间的金属进行去除,N+型掺杂区6和第二屏蔽层8形成等位环。
步骤六、在连接层9和第二屏蔽层8的上部涂布一层聚酰亚胺光刻胶形成保护层10,并在保护层10上用光刻的方式刻蚀出多个锯片和封装球焊的PAD区。
实施例
一种改善结终端延伸结构三极管高温特性的器件结构的制造方法,包括以下步骤:
步骤一、采用包含有N+的重掺杂衬底1和N型电阻率高的轻掺厚度较厚的高阻层2的硅基片,高阻层厚度80µm,在扩散炉管内用高温氢氧合成方法热氧化生长一层厚度为1.5µm的二氧化硅作为第一屏蔽层7,并采用负性光刻胶、接触式曝光、湿法腐蚀的方法形成用于P-型终端结构3的窗口。
步骤二、利用一氧形成的第一屏蔽层7在P-型终端结构3的窗口内注入P型轻掺杂质,使得P-型终端结构3的窗口区域内的杂质刚好能反型轻掺厚度较厚的高阻层2,注入完成后继续生长氧化层,形成P-型终端结构3。
步骤三、根据发射极开路时集电极-基极的击穿电压要求,在P-型终端结构3内部用光刻的方法形成圆柱形基区有源区4的窗口,基区有源区4的窗口边长根据击穿电压的不同小于P-型终端结构3的窗口边长45µm,在基区有源区4的窗口内进行P型掺杂,通过高温炉管扩散的方法形成基区有源区4。
步骤四、采用负性光刻的方式在基区有源区4内部形成等间隔规律排布的多个N+型发射极5的窗口,同时在高阻层2上形成N+型掺杂区6的窗口,采用离子注入或液态源的掺杂方法,对N+型掺杂区6的窗口进行补浓度(改善与上层金属的接触),对N+型发射极5窗口进行反型掺杂,经过氧化扩散后形成圆柱形结构的N+型掺杂区6和N+型发射极5。
步骤五、采用负性光刻的方式,分别在N+型掺杂区6、基区有源区4、N+型发射极5上形成引线孔,随后在基区有源区4和N+型发射极5的表面淀积金属形成连接层9,在N+型掺杂区6的表面淀积金属形成第二屏蔽层8,作为各区的引线,并对各区之间的金属进行去除,N+型掺杂区6和第二屏蔽层8形成一个较宽的等位环。
步骤六、在连接层9和第二屏蔽层8的上部涂布一层聚酰亚胺光刻胶形成保护层10,并在保护层10上用光刻的方式刻蚀出多个锯片和封装球焊的PAD区。
在不另外增加成本的基础上,通过金属淀积形成第二屏蔽层8,第二屏蔽层8与N+型掺杂区6形成一个较宽的等位环,等位环与集电极衬底相连,就可以给连接层9提供一个较大的零电场空间,限制连接层9内的移动电荷在电场下的飘移运动,避免了可动电荷的集中,从而保证在超结温下结终端三极管的击穿不发生退化,提高了芯片的可靠性和合封器件的安全性。
除上述实施例外,本发明还包括有其他实施方式,凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案,均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构的制造方法,其特征在于:包括N+重掺杂衬底,所述N+重掺杂衬底上设有高阻层;所述高阻层上扩散成型有P-型终端结构,所述P-型终端结构内设有基区有源区,所述基区有源区内部设有N+型发射极,所述高阻层上形成N+型掺杂区,所述N+型掺杂区、基区有源区和P-型终端结构采用热氧化形成的厚度大于1µm的二氧化硅作为第一屏蔽层,所述第一屏蔽层上开设N+型掺杂区引线孔、基区有源区引线孔和N+型发射极的引线孔,所述基区有源区引线孔和N+型发射极引线孔上分别设有连接层,所述N+型掺杂区的引线孔上部采用蒸发的方式淀积一层金属形成与N+型掺杂区连接的第二屏蔽层,所述连接层与第二屏蔽层上设有保护层,所述保护层上设有PAD区,所述制造方法包括:
步骤一、取包含有N+重掺杂衬底和N型电阻率高的轻掺厚度为70~100µm的高阻层的硅基片,在其高阻层上生长一层二氧化硅的第一屏蔽层,并采用负性光刻胶、接触式曝光、湿法腐蚀的方法形成用于P-型终端结构的窗口;
步骤二、利用第一屏蔽层在P-型终端结构的窗口内注入P型轻掺杂质,注入完成后继续生长氧化层,形成P-型终端结构;
步骤三、采用光刻的方法在P-型终端结构内形成基区有源区的窗口,在基区有源区的窗口进行P型掺杂,通过高温炉管扩散的方法形成基区有源区;
步骤四、采用负性光刻的方式在基区有源区内部形成等间隔规律排布的多个N+型发射极的窗口,同时在高阻层上形成N+型掺杂区的窗口,采用离子注入或液态源的掺杂方法,对N+型掺杂区的窗口进行补浓度,对N+型发射极窗口进行反型掺杂,经过氧化扩散后形成圆柱形结构的N+型掺杂区和N+型发射极;
步骤五、采用负性光刻的方式,分别在N+型掺杂区、基区有源区、N+型发射极形成引线孔,并在芯片表面淀积金属形成第二屏蔽层和连接层,对N+型掺杂区、基区有源区、N+型发射极三者之间金属进行去除,N+型掺杂区和第二屏蔽层形成一个较宽的等位环;
步骤六、在连接层和第二屏蔽层的上部涂布一层聚酰亚胺光刻胶,形成保护层;并用光刻的方式在保护层上刻蚀出锯片和封装球焊的PAD区。
2.根据权利要求1所述的一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构的制造方法,其特征在于:所述基区有源区的结深值大于高阻层的结深值。
3.根据权利要求1所述的一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构的制造方法,其特征在于:所述第一屏蔽层为二氧化硅制成,第一屏蔽层的厚度大于1µm。
4.根据权利要求1所述的一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构的制造方法,其特征在于:所述保护层为聚酰亚胺光刻胶制成。
5.根据权利要求1所述的一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构的制造方法,其特征在于:所述基区有源区内部设有多个N+型发射极,所述N+型发射极等间距设置。
6.根据权利要求1所述的一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构的制造方法,其特征在于:所述步骤一中高阻层的厚度为70~100µm。
7.根据权利要求1所述的一种改善结终端延伸结构三极管可靠性的器件结构的制造方法,其特征在于:所述基区有源区的窗口的边长与P-型终端结构的窗口的边长差值超过40µm。
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