【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体芯片，具体为横向结构的可控硅芯片及其制造方法。
技术介绍
1、目前市场上的可控硅芯片均为纵向结构，图9为典型的单向平面可控硅的结构示意图，它主要包括n-型硅衬底、p+型穿通环、正面p型短基区、背面p型短基区、正面n+型阴极区、分压环、正面的门极电极和阴极电极、背面的阳极电极、正面的钝化层。分压环设于正面p型短基区四周并与其相连，且分压环深度大于正面p型短基区深度。在反向偏置时，分压环承担部分电压，因此能提高可控硅的耐压。所需耐压越高，分压环的数量也越多，芯片尺寸也必然增大，进而导致成本的提升。因此在设计时需要综合考虑芯片尺寸与电参数之间的匹配性，正确设置分压环个数以控制成本。一般vdrm＞800 v的可控硅芯片设置一个分压环，vdrm＞1200 v的可控硅芯片设置三个分压环，vdrm＞1600 v的可控硅芯片设置四个分压环。
2、 上述纵向结构的平面可控硅芯片因其结构特性也存在一些缺陷。p+型穿通环的形成需要进行长时间的扩散，对于240 μm厚度的硅片一般需要扩散30 h以上，对于更厚的硅片则需要更多时间完成扩散穿通，这导致了生产效率的降低。另外，分压环的设置必然会导致芯片尺寸的增加以及光刻次数的增加，使得成本变高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供横向结构的可控硅芯片及其制造方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种横向结构的可控硅芯片，包括n-型硅衬底，所述n－型硅衬底的上端
3、所述p型阳极区和p型阴极区对称设置在n-型硅衬底上端的两侧；
4、所述n+型阴极区设置在p型阴极区上端面的内侧；
5、所述n+型截止环设置在n-型硅衬底上端围绕在p型阳极区、p型阴极区外侧；
6、所述阳极电极设置在p型阳极区上端面，所述阴极电极设置在n+型阴极区上端面，所述门极电极设置在p型阴极区上端位于n+型阴极区的一侧。
7、作为本专利技术的进一步改进，所述表面钝化层设置在n-型硅衬底的上端，所述表面钝化层上分别设置有与阳极电极、阴极电极、门极电极相匹配的电极窗口。
8、作为本专利技术的进一步改进，所述n-型硅衬底的电阻率为100~110 ω·cm。
9、作为本专利技术的进一步改进，所述p型阳极区和p型阴极区结深为25~30 μm。
10、本专利技术还提供了横向结构的可控硅芯片的制造方法，本制备方法包括以下步骤：s1、硅衬底准备；s2、生长氧化层；s3、光刻p型阳极区和p型阴极区；s4、离子注入硼；s5、p区扩散；s6、光刻n+型阴极区和截止环；s7、磷予扩；s8、磷再扩；s9、刻蚀氧化层；s10、沉积钝化层；s11、光刻引线；s12、沉积金属层；s13、金属反刻；s14、真空合金，其中：
11、s3、光刻p型阳极区和p型阴极区：通过匀胶机将光刻胶均匀涂覆在经过步骤s1和s2处理的硅片正面，经过前烘、曝光、后烘、显影、坚膜工艺后开出p型阳极区和p型阴极区窗口，利用boe缓冲刻蚀液刻蚀掉窗口内的二氧化硅薄膜，去胶，清洗，甩干；
12、s4、离子注入硼：通过离子注入机将硼离子注入到p型阳极区和p型阴极区窗口内硅片表层，注入能量为50~80 kev，注入剂量为2.5e15~3.5e15 /cm2，注入角度为7°；
13、s5、p区扩散：将硅片置于扩散炉中，在1275±5 ℃的温度下，通入氮气和氧气，扩散时间为10~15 h，硼结深为25~30 μm；
14、s6、光刻n+型阴极区和截止环：通过匀胶机将光刻胶均匀涂覆在硅片正面，经过前烘、曝光、后烘、显影、坚膜工艺后开出n+型阴极区和n+型截止环窗口，利用boe缓冲刻蚀液刻蚀掉窗口内的二氧化硅薄膜，去胶，清洗，甩干；
15、s7、磷予扩：将硅片置于扩散炉中，在1088±10 ℃的温度下，通过氮气和氧气将三氯氧磷液态源携入炉管内，扩散时间1.5~2 h，方块电阻为1±0.05 ω/m2；
16、s8、磷再扩：在1220±5 ℃的温度下，通入氮气和氧气，扩散时间为1~2 h；
17、s9、刻蚀氧化层：利用boe缓冲刻蚀液将硅片正背面氧化层全部去除；
18、s10、沉积钝化层：通过lpcvd设备在硅片正面分别沉积sipos、氮化硅和lto薄膜，厚度分别为0.6 μm、0.1 μm和1.2 μm；
19、s11、光刻引线：通过匀胶机将光刻胶均匀涂覆在硅片正面，经过前烘、曝光、后烘、显影、坚膜工艺后开出引线窗口，利用boe缓冲刻蚀液刻蚀掉窗口内的lto薄膜，通过干刻设备刻蚀掉窗口内的氮化硅薄膜和sipos薄膜，去胶，清洗，甩干。
20、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s1具体步骤为选取电阻率为100~110 ω·cm、厚度为250±5 μm、<111>晶向的n型硅衬底，正面抛光减薄至230±5 μm。
21、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s2具体步骤为将抛光后的硅片置于1180±5℃的湿氧环境中氧化5~8 h，生长的氧化膜厚度为1.2~1.6 μm。
22、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s12具体步骤为通过高真空电子束蒸发设备在硅片正面蒸镀一层金属铝薄膜，厚度为3~5 μm。
23、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s13具体步骤为通过匀胶机将光刻胶均匀涂覆在硅片正面，经过前烘、曝光、后烘、显影、坚膜工艺后开出反刻窗口，利用金属腐蚀液去掉窗口内的金属铝薄膜，去胶，清洗，甩干，留下的金属分别为门极电极、阳极电极和阴极电极。
24、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s14具体步骤为在真空合金炉内，500±5 ℃温度下，处理25 min，提高铝和硅片的欧姆接触。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
26、本专利技术相较于纵向结构的可控硅芯片，有源区均设置在硅片正面，形成横向的pnpn结构，反向电场由p型阳极区承担，取消了p+型穿通环结构的设计，因此可以提高生产效率；取消了分压环的设计，减小了芯片尺寸并且降低生产成本，本专利技术的vdrm值超过900v。
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1.一种横向结构的可控硅芯片，包括N-型硅衬底（1），其特征在于：所述N-型硅衬底（1）的上端设置有P型阳极区（2）、P型阴极区（3）、N+型阴极区（4）、N+型截止环（5）、阳极电极（6）、阴极电极（7）、门极电极（8）和表面钝化层（9）；
2.根据权利要求1所述的横向结构的可控硅芯片，其特征在于：所述表面钝化层（9）设置在N-型硅衬底（1）的上端，所述表面钝化层（9）上分别设置有与阳极电极（6）、阴极电极（7）、门极电极（8）相匹配的电极窗口（10）。
3.根据权利要求1所述的横向结构的可控硅芯片，其特征在于：所述N-型硅衬底（1）的电阻率为100~110 Ω·cm。
4.根据权利要求1所述的横向结构的可控硅芯片，其特征在于：所述P型阳极区（2）和P型阴极区（3）结深为25~30 μm。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的横向结构的可控硅芯片的制造方法，其特征在于：本制备方法包括以下步骤：S1、硅衬底准备；S2、生长氧化层；S3、光刻P型阳极区和P型阴极区；S4、离子注入硼；S5、P区扩散；S6、光刻N+型阴极区和截止环；S7
6.根据权利要求5所述的横向结构的可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤S1具体步骤为选取电阻率为100~110 Ω·cm、厚度为250±5 μm、<111>晶向的N型硅衬底，正面抛光减薄至230±5 μm。
7.根据权利要求5和6所述的横向结构的可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤S2具体步骤为将抛光后的硅片置于1180±5 ℃的湿氧环境中氧化5~8 h，生长的氧化膜厚度为1.2~1.6 μm。
8.根据权利要求5所述的横向结构的可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤S12具体步骤为通过高真空电子束蒸发设备在硅片正面蒸镀一层金属铝薄膜，厚度为3~5 μm。
9.根据权利要求5所述的横向结构的可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤S13具体步骤为通过匀胶机将光刻胶均匀涂覆在硅片正面，经过前烘、曝光、后烘、显影、坚膜工艺后开出反刻窗口，利用金属腐蚀液去掉窗口内的金属铝薄膜，去胶，清洗，甩干，留下的金属分别为门极电极（8）、阳极电极（6）和阴极电极（7）。
10.根据权利要求5所述的横向结构的可控硅芯片的制造方法，其特征在于：所述步骤S14具体步骤为在真空合金炉内，500±5 ℃温度下，处理25 min，提高铝和硅片的欧姆接触。
...【技术特征摘要】
1.一种横向结构的可控硅芯片，包括n-型硅衬底（1），其特征在于：所述n-型硅衬底（1）的上端设置有p型阳极区（2）、p型阴极区（3）、n+型阴极区（4）、n+型截止环（5）、阳极电极（6）、阴极电极（7）、门极电极（8）和表面钝化层（9）；
2.根据权利要求1所述的横向结构的可控硅芯片，其特征在于：所述表面钝化层（9）设置在n-型硅衬底（1）的上端，所述表面钝化层（9）上分别设置有与阳极电极（6）、阴极电极（7）、门极电极（8）相匹配的电极窗口（10）。
3.根据权利要求1所述的横向结构的可控硅芯片，其特征在于：所述n-型硅衬底（1）的电阻率为100~110 ω·cm。
4.根据权利要求1所述的横向结构的可控硅芯片，其特征在于：所述p型阳极区（2）和p型阴极区（3）结深为25~30 μm。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的横向结构的可控硅芯片的制造方法，其特征在于：本制备方法包括以下步骤：s1、硅衬底准备；s2、生长氧化层；s3、光刻p型阳极区和p型阴极区；s4、离子注入硼；s5、p区扩散；s6、光刻n+型阴极区和截止环；s7、磷予扩；s8、磷再扩；s9、刻蚀氧化层；s10、沉积钝化层；s11、光刻引线；s12、沉积金属层；s13、金属反刻；s14、真空合金，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈英杰，张翼，朱法扬，
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：
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