平面晶闸管、用于制造平面晶闸管的芯片及制作方法技术

本发明专利技术涉及一种平面晶闸管，用于制造该平面晶闸管的芯片及其制作方法，晶闸管包含外壳、芯片、框架三部分，其中的芯片包含N型长基区N1，P型短基区P1、P2，隔离墙，扩磷区域N2（或扩磷区域N2、N3、N4），场限环等。尤其所述的隔离墙是由蒸发金属铝扩散而成，对于平面工艺的单向晶闸管芯片、双向晶闸管芯片都适用：一种优选方案中，硅片表面喷砂后蒸发金属铝，经反刻、真空合金，对通隔离扩散后形成隔离墙。另一种优选方案中，硅片经氧化、光刻隔离窗口后，沉积多晶硅薄膜，蒸发宽度与隔离窗口宽度一致的金属铝，进行对通隔离扩散后形成隔离墙。以此方法生产的平面晶闸管性能优越、稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】
平面晶闸管、用于制造平面晶闸管的芯片及制作方法
本专利技术涉及晶闸管
，更具体的说涉及一种平面工艺的晶闸管、用于制造晶闸管的芯片及其制作方法。
技术介绍
电力半导体器件晶闸管，主要包括外壳、芯片、框架三部分，其核心部分在于芯片，芯片的阳极焊接在框架上，芯片的门极和阴极分别通过导线连接到框架相应的管脚上，外壳起到保护芯片的作用。晶闸管芯片的制造方法按工艺分类可以分为：台面工艺和平面工艺，台面工艺又分为双台面工艺和单台面工艺；1.双台面工艺：由于双台面工艺不采用隔离扩散，工艺相对简单。但是：①该结构的硅片在生产制造过程中容易破碎；②台面的钝化保护(半绝缘多晶硅SIPOS+玻璃钝化+低温氧化物LTO)所需成本较高及工艺控制难度较大；③硅片在使用砂轮划切的情况下其划切效率极低，且容易造成芯片破损。④芯片在封装制造过程中，粘片空洞率较大导致芯片可靠性降低，焊锡溢出至背面沟槽内导致反向电压失效，产品合格率降低。2.单台面工艺：单台面工艺采用对通隔离技术形成隔离保护墙，隔离保护墙与芯片阳极相连，与阴极共用槽型台面实现正反向耐压。与此同时，隔离墙也是隔离相邻芯片的公共区域和划切区域，使得芯片在制造及封装过程中有效克服双面刻槽腐蚀法的缺点。3.平面工艺：与单台面工艺类似，平面工艺也采用对通隔离技术形成隔离保护墙，N型高阻区和场限环将隔离保护墙与P型主结隔离开(即结终端结构)，以实现正反向耐压。通常在结终端处表面刻蚀一个较浅的钝化槽，钝化槽内采用SIPOS+LTO(或氮化硅薄膜)+聚酰亚胺多层钝化工艺，有效确保产品良好的可靠性和一致性。上述单台面工艺和平面工艺都需要隔离保护墙对芯片进行保护，目前，实现半导体功率器件对通隔离的方法有以下两种：浓硼隔离扩散法、激光穿孔法。但两种方法各自都存在不足之处：⑴浓硼隔离扩散法：①由于硼在硅中的杂质扩散系数很慢(扩散温度为1200~1300℃条件下：硼扩散系数约为1*10-11cm2/S，而铝扩散系数约为8*10-11cm2/S)，硅片的厚度只能限制在250μm以下，这使得采用浓硼隔离扩散的器件只能实现1200V以下的耐压。②浓硼隔离扩散的扩散温度较高，一般在1250℃~1300℃，扩散时间需要120-200小时。过高的扩散温度及过长的扩散时间使得产品的少子寿命缩短，还会造成扩散缺陷的增多，致使产品的稳定性、可靠性降低，漏电流增大。同时还造成生产周期过长、耗能高。③浓硼隔离扩散造成对通隔离区杂质浓度偏高(一般表面浓度R□≤10)，PN结耗尽层宽度降低，导致产品的反向阻断电压降低。④浓硼隔离扩散的横向扩散较大，通常为扩散深度的80%，减小了芯片的有效面积，降低了产品的通态电流。⑵激光穿孔法：利用紫外激光束以一定的间距在芯片周围的隔离墙上垂直穿孔(激光孔直径可以调节)，达到加快隔离墙形成速度的目的。但是，该方法也有以下不足：①单片硅片激光穿孔造型最少需要30分钟，特别是芯片版面较小的产品所需时间更长(达到1.5小时)，批量生产难度较大。后续经过抛光等工序加工，容易造成碎片，产品合格率低。②激光孔的直径通常较小(直径一般为30-100μm)，孔内残留的硅渣很难去除，容易造成污染，影响产品性能。③由于隔离墙上设有垂直的激光孔，后续玻璃钝化保护时，玻璃填覆在激光孔内，芯片划切时容易造成玻璃膜裂纹，降低产品的合格率和可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种用于构成平面晶闸管的芯片，通过两种采用蒸发金属铝膜实现对通隔离的方法来制造该晶闸管芯片，进而利用该晶闸管芯片来生产一种成本低、生产周期短、耗能及污染少性能优越、稳定可靠的平面晶闸管。为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供一种用于制造平面晶闸管的芯片；该芯片用于制造单向晶闸管时，包含：位于芯片中间的N型长基区N1，设置在N型长基区N1下侧的第一P型短基区P1，设置在N型长基区N1上侧的第二P型短基区P2；设置在第二P型短基区P2上的第一扩磷区域N2，设置在第一扩磷区域N2上的阴极；设置在第二P型短基区P2上的门极；设置在第一P型短基区P1上的阳极；设置在N型长基区N1周边的隔离墙，设置在第二P型短基区P2与隔离墙之间的场限环，其特征在于：所述隔离墙由蒸发金属铝扩散形成。该芯片用于制造双向晶闸管芯片时，进一步在所述第一P型短基区P1上还设置有第三扩磷区域N4；则所述阳极设置在所述第一P型短基区P1和所述第三扩磷区域N4上；在所述第二P型短基区P2上还设置有第二扩磷区域N3；则所述门极设置在所述第二扩磷区域N3上，而所述阴极设置在所述第一扩磷区域N2和所述第二P型短基区P2上。该芯片用于制造单向晶闸管或双向晶闸管芯片时，在所述隔离墙上设置有划切区域；在所述门极与阴极之间，所述划切区域与阴极之间，和所述划切区域与门极之间，都设置有氧化层、钝化薄膜及聚酰亚胺薄膜。本专利技术的另一个技术方案是提供一种用于制造平面晶闸管的芯片的制作方法，所述芯片用于制造单向晶闸管时，包含：位于芯片中间的N型长基区N1，设置在N型长基区N1下侧的第一P型短基区P1，设置在N型长基区N1上侧的第二P型短基区P2；设置在第二P型短基区P2上的第一扩磷区域N2，设置在第一扩磷区域N2上的阴极；设置在第二P型短基区P2上的门极；设置在第一P型短基区P1上的阳极；设置在N型长基区N1周边的隔离墙，设置在第二P型短基区P2与隔离墙之间的场限环，其特征在于：所述芯片的隔离墙是经过第一方法或第二方法形成的，其中，所述第一方法包含以下步骤：硅片双面经过喷砂、光刻腐蚀对版标记、蒸发金属铝后，进行反刻金属铝以保留对应隔离墙位置上的金属铝，再进行真空合金后，经过对通隔离扩散形成所述的隔离墙；所述第二方法包含以下步骤：硅片双面经过氧化、光刻隔离窗口、沉积多晶硅薄膜及蒸发金属铝后，进行金属铝反刻以保留隔离窗口上的金属铝，再通过对通隔离扩散形成所述的隔离墙。所述第一方法中，双面蒸发金属铝膜的厚度为0.2~1.0μm；反刻金属铝膜后，保留在对应隔离墙位置上的金属铝宽度为80~200μm；真空合金时，合金温度480~520℃，合金时间20~40分钟；对通隔离扩散时，扩散温度1200~1280℃，扩散时间20~60小时，以实现硅片厚度为200-500μm的对通隔离；扩散气氛：氮气与氧气比例5:1~10:1，其中，氮气流量2~6L/min，氧气流量0.2~0.6L/min，升温速率3~5℃/min、降温速率1~3℃/min；形成的隔离墙厚度为100~300μm。所述第二方法中，在硅片双面形成的氧化层的厚度≥1.0μm；双面光刻隔离窗口时，所述隔离窗口的宽度为80-200μm，并腐净隔离窗口内的氧化层；在硅片两侧的表面及硅片两侧的隔离窗口内沉积多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜的厚度为0.3-2.0μm；双面蒸发金属铝，使得铝膜厚度为0.2~1.0μm；反刻金属铝，只保留所述隔离窗口上的金属铝膜宽度为80~200μm；对通隔离扩散时，扩散温度1200~1280℃，扩散时间20~60小时，以实现硅片厚度为200-500μm的对通隔离；扩散气氛：氮气与氧气比例5:1~10:1，其中氮气流量2~6L/min，氧气流量0.2~0.6L/min，升温速率3~5℃/min、降温速率1~3℃/min；形成的隔离墙厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造平面晶闸管的芯片，包含：位于芯片中间的N型长基区（N1），设置在N型长基区（N1）下侧的第一P型短基区（P1），设置在N型长基区（N1）上侧的第二P型短基区（P2）；设置在第二P型短基区（P2）上的第一扩磷区域（N2），设置在第一扩磷区域（N2）上的阴极；设置在第二P型短基区（P2）上的门极；设置在第一P型短基区（P1）上的阳极；设置在N型长基区（N1）周边的隔离墙，设置在第二P型短基区（P2）与隔离墙之间的场限环，其特征在于：所述隔离墙由蒸发金属铝扩散形成。

【技术特征摘要】
1.一种用于制造平面晶闸管的芯片的制作方法，所述芯片包含：位于芯片中间的N型长基区（N1），设置在N型长基区（N1）下侧的第一P型短基区（P1），设置在N型长基区（N1）上侧的第二P型短基区（P2）；设置在第二P型短基区（P2）上的第一扩磷区域（N2），设置在第一扩磷区域（N2）上的阴极；设置在第二P型短基区（P2）上的门极；设置在第一P型短基区（P1）上的阳极；设置在N型长基区（N1）周边的隔离墙，设置在第二P型短基区（P2）与隔离墙之间的场限环，其特征在于：所述芯片的隔离墙通过以下步骤形成：硅片双面经过氧化、光刻隔离窗口、沉积多晶硅薄膜及蒸发金属铝后，进行金属铝反刻以保留隔离窗口上的金属铝，再通过对通隔离扩散形成所述的隔离墙；其中，在硅片双面形成的氧化层的厚度≥1.0μm；双面光刻隔离窗口时，所述隔离窗口的宽度为80-200μm，并腐净隔离窗口内的氧化层；在硅片两侧的表面及硅片两侧的隔离窗口内沉积多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜的厚度为0.3-2.0μm；双面蒸发金属铝，使得铝膜厚度为0.2~1.0μm；反刻金属铝，只保留所述隔离窗口上的金属铝膜宽度为80~200μm；对通隔离扩散时，扩散温度1200~1280℃，扩散时间20~60小时，以实现硅片厚度为200-500μm的对通隔离；扩散气氛：氮气与氧气比例5:1~10:1，其中氮气流量2~6L/min，氧气流量0.2~0.6L/min，升温速率3~5℃/min、降温速率1~3℃/min；形成的隔离墙厚度为100~300μm；在对通隔离扩散后进行表面腐蚀，以去除隔离窗口内的铝硅合金层。2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于：通过蒸发金属铝扩散形成所述芯片中的隔离墙后，该芯片中的其他部分进一步通过以下步骤形成：光刻硼窗口、硼扩散、光刻K区、磷扩散、正面刻槽、光刻钝化窗口、钝化保护、光刻引线、双面金属化、金属反刻、合金、聚酰亚胺形成、光刻焊线窗口、亚胺化、芯片测试、硅片划切。3.如权利要求2所述的制作方法，其特征在于：所述芯片中进一步包含设置在所述第一P型短基区（P1）上的第三扩磷区域（N4），和设置在所述第二P型短基区（P2）上的第二扩磷区域（N3）；则，该芯片上在进行光刻K区的步骤时，是在硅片的正面形成所述第一扩磷区域（N2）和第二扩磷区域（N3），还在硅片的背面形成所述第三扩磷区域（N4）。4.一种用于制造平面晶闸管的芯片，包含：位于芯片中间的N型长基区...

【专利技术属性】
技术研发人员：周榕榕，王成森，沈怡东，黎重林，
申请(专利权)人：江苏捷捷微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：