硅平面型功率晶体管管芯制造方法技术

在对硅平面型功率晶体管管芯ｃｂ结低击穿、管道击穿、多段击穿、大漏电，以及ｃｅ结穿通等产生原因的研究分析的基础上，提出一种刻蚀沟槽和低温钝化相结合的刻槽硅平型功率晶体管管芯制造技术。大幅度的提高功率晶体管管芯的合格率和高档品率，并使整批管芯ｃｂ结击穿电压均一化，改善管芯电性能等。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件制造技术。硅功率晶体管有两种结构一是台面结构，适用于低频、或低频高反压功率晶体管制造。另一种是平面型结构，即采用平面技术制造的硅功率晶体管，适于制造高频、超高频及微波频率的功率晶体管;采用分压环结构，也可以制造平面型高反压硅功率晶体管。但在制造平面型功率晶体管时，在我国遇到一直未能克服的困难，就是发射区磷扩散后，集电极结(下简称cb结)击穿电压普遍降低，产生低击穿、管道击穿、“多段”击穿等等，使cb结击穿电压合格率很低，而高档品率更低;当晶体管的电流放大系数HFE做大以后，问题更加严重。为解决此项问题，国内曾试图采用日本西田澄生等1970年提出的低温钝化(LTP)技术。该项技术是在平面型晶体管管芯的发射区磷扩散之后，将表面二氧化硅层全部除掉，对裸露的硅表面进行适当腐蚀，而后再在低温下进行表面钝化(淀积二氧化硅、磷硅玻璃等)。采用该项技术时，如果硅表面经过适当的腐蚀，可以增大器件的放大系数，减少漏电流，有限地改善cb结击穿特性和在一定程度上提高器件合格率，但效果不佳。如要克服低击穿，大幅度提高击穿电压的合格率，则必须腐蚀去较厚的硅表面层，但这时，晶体管的放大系数将大大降低，或放大系数完全消失。因此低温钝化技术只能在改善晶体管的性能方面起较好作用;而在克服低击穿，提高器件耐压合格率方面作用甚微。其它如器件表面钝化技术，只能改善硅表面钝化层的特性，如降低电荷密度，介面态密度，降低漏电流，改善器件击穿特性(防止软击穿，击穿电压蠕变等)等，所以钝化技术也不能克服“低击穿”问题。其它的工艺措施，如多次甩胶光刻，防止环境沾污等等，在克服“低击穿”问题上也无明显效果。本专利技术的目的在于克服目前我国硅平面型功率晶体管生产中长期存在的，磷扩散后cb结击穿电压低，分散性大，从而管芯合格率，击穿电压高档品率更低的问题。提出消除“低击穿”的技术方案，提高平面型功率晶体管击穿电压的合格率和高档品率，并改善器件性能，如降低漏电流，提高功率晶体管的放大系数等。硅功率晶体管集电结的低击穿、管道击穿、多段击穿等等是器件有源区内局部击穿所致。这些击穿“点”绝大多数是生产在cb结近表面层内，它们分布的宽度是cb结反偏下势垒区所能达到的范围;分布的深度是发射区磷扩散深度。将这些局部击穿的“异常点”除掉，器件就可以恢复正常的击穿特性。采取光刻和腐蚀的方法对沿cb结的表面层进行刻蚀，可将“异常点”除掉。刻蚀方法如下a、按一般平面工艺，制造管芯，发射区磷扩散，进行一次氧化;b、制作刻蚀沟槽的光刻版版的尺寸和形状由晶体管基区图形决定。如基区是矩形的，光刻版为矩形方框(如果是园形，则此板是个园环)。矩形基区的光刻版如图1所示。图中虚线标示基区的几何尺寸。方框的宽度D＝D1+D2，它的尺寸大于cb结在最大反偏电压的势垒区宽度dB＝d1+d2，d1为在基区内的势垒区宽度;d2为在集电区内的势垒宽度。D1＝d1+△S.(△S为光刻的套刻精度)D2＝d2+△S≈W+△S(W为外延层厚度)则有D＝D1+D2＝d1+W+2△S≈W+2△S这里d1和W相比，很小，可以忽略不计。利用该版在cb结的二氧化硅层上开出窗口，以便腐蚀显露的硅，窗口的宽度即为D，它应大于cb结在最大反偏压下的势垒区宽度dB，如图2(a)所示;c、腐蚀深度采用HNO3∶HF＝100∶5的腐蚀液，腐蚀硅，腐蚀的深度为发射极结结深Xje;如图2(b)所示;d、腐蚀时间由上述制出芯片的二氧化硅层用HF酸剥蚀掉后，用上述给出的腐蚀液腐蚀芯片，每腐蚀一段时间(以30秒为一次)，测一下芯片的放大系数，直到放大系数消失，这时腐蚀去的硅层厚度就是发射结深度Xje，腐蚀的总时间就是刻蚀时间;c、表面钝化采用低温淀积法，或采用低温(相对发射结扩散温度而言)热氧化法生长SiO2层，如图2(c)所示。f、制成管芯表面钝化的管芯，开出引线孔，蒸铝，反刻铝，制成管芯，如图2(d)所示。本专利技术适于平面型高频、超高频或微波功率晶体管的制造。刻蚀沟槽的深度仅为发射极结的深度，仍是一种平面工艺，非常适用于大批量生产。它不仅可用于延伸电极或无延伸电极的高频功率晶体管的制造，也可用于有高频功率晶体管，高反压晶体管的线性集成电路，功率集成电路和高反压集成电路的制造。采用本专利技术，可将平面型功率器件管芯生产的合格率从20～40%提高到70～90%以上;而击穿电压的高档品率提高的更大，一般可从10%左右提高到60%以上。大幅度提高器件生产的合格率，经济效益极为明显。如果按旧平面生产100万只管芯，在基本不增加生产费用的情况下，可多生产100万～300万只管芯。每只按一元计算，可多收入100～300万元;如果分装成成品以后，经济效益又可增加一倍到两倍。产品合格率提高，成本降低，可以降低售价，扩大应用面，使电子整机厂获得效益，扩大社会效益。图1为沟槽板示意图图2为工艺过程示意图实施例13DK4，中功率高频开关三极管延伸电极。刻蚀沟槽宽度D＝20μm;刻蚀深度Xje＝1.5μm;刻蚀时间2分钟;低温淀积SiO2钝化。结果见表1;实施例23DK12，大功率开关三极管。刻蚀沟槽宽度D＝40μm;刻蚀深度Xje＝5μm;刻蚀时间5分钟;采用950℃，30分钟热氧化法生长SiO2层钝化。结果见表1;实施例33DA87，高反压高频功率三极管，具有分压环结构。刻蚀沟槽宽度D＝30μm;刻蚀深度Xje＝7μm;刻蚀时间7分钟;采用950℃，30分钟热氧化法生长SiO2钝化层。图3为刻蚀沟槽前后管芯BVceo值分布图，图3(a)为原有工艺制作的管芯BVceo值的分布图，图3(b)为采用本专利技术制作的管芯BVceo值的分布图。图中“＞”号表示BVceo＞200V，合格率测试结果见表1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
硅平面型功率晶体管管芯制造方法，采用发射区磷扩散和一次氧化工艺制成管芯，其特征在于对制成的管芯采用光刻→腐蚀→钝化工艺，方法如下：ａ、光刻：沿集电结在二氧化硅层上用光刻法开出窗口，窗口宽度应大于集电结在最大反偏压下的势垒宽度，即：Ｄ ＝Ｗ＋２ΔＳ其中Ｄ为窗口宽度，Ｗ为外延层厚度，ΔＳ为光刻套刻精度。ｂ、腐蚀：采用ＨＮＯ↓〔３〕∶ＨＦ＝１００∶５的腐蚀液，腐蚀深度为发射结结深。ｃ、表面钝化：采用低温淀积法或低温热氧化法生长ＳｉＯ↓〔２〕层。

【技术特征摘要】
1.硅平面型功率晶体管管芯制造方法，采用发射区磷扩散和一次氧化工艺制成管芯，其特征在于对制成的管芯采用光刻→腐蚀→钝化工艺，方法如下a、光刻沿集电结在二氧化硅层上用光刻法开出窗口，窗口宽度应大于集电结在最大反偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振茂，张国威，张鹏俭，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：23[中国|黑龙江]