專利名稱：臺面工藝功率晶體管芯片結構和實施方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種臺面工藝功率晶體管芯片結構，還涉及一種臺面工藝功率晶體管芯片實施方法，屬于電力半導體器件制造技術領域。
背景技術：
功率晶體管在中、高壓電力半導體器件芯片的制造中，至今仍廣泛采用臺面工藝制造技術，如
圖1-4所示，硅圓片正面的溝槽內(nèi)生長了一層30 50um厚的鈍化玻璃膜，由于該玻璃膜的膨脹系數(shù)比硅大很多(一般鈍化玻璃的膨脹系數(shù)為4. 4士0. 4X ΙΟ"6 /°C，而硅的膨脹系數(shù)為2.6X10_6 /°C)，玻璃燒結完成后，正面溝槽內(nèi)的玻璃膜產(chǎn)生了一個很大的收縮應力，拉動硅圓片向上彎曲，由于硅圓片的彎曲使得硅片中心區(qū)域和光刻掩膜版不能貼緊而產(chǎn)生縫隙，造成廢品產(chǎn)生，經(jīng)常會掉片，硅圓片破碎率很高，這種方法只適合于Φ2英寸 Φ4英寸硅圓片的制程，很難將以上技術用于Φ5英寸 Φ4英寸的硅圓片制程。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種臺面工藝功率晶體管芯片結構，同時還提供一種臺面工藝功率晶體管芯片實施方法。本發(fā)明采用的技術方案是包括N+發(fā)射區(qū)、發(fā)射極鋁電極、基極鋁電極、SiO2保護膜、玻璃鈍化膜、N+襯底擴散層、P型基區(qū)擴散層和硅單晶片，所述硅單晶片正面設有P型基區(qū)擴散層，所述硅單晶片背面設有N+襯底擴散層，所述P型基區(qū)內(nèi)設有N+發(fā)射區(qū)，所述P型基區(qū)擴散層表面和N+發(fā)射區(qū)表面設有SiO2保護膜、基極鋁電極、和發(fā)射極鋁電極，所述硅單晶片和P型基區(qū)擴散層上設有正面溝槽，所述正面溝槽底部和側壁設有玻璃鈍化膜，其特征在于所述N+襯底擴散層背面周圍設有背面應力平衡槽，所述背面應力平衡槽頂部和側壁設有玻璃膜，所述N+襯底擴散層表面和玻璃膜表面上設有多層金屬電極。所述背面應力平衡槽深度為50-110um，所述背面應力平衡槽寬度為100-240um。。臺面工藝功率晶體管芯片實施方法，包括N+襯底擴散步驟、正面研磨法減薄的步驟、對硅片正面進行化學腐蝕或化學機械拋光的步驟、正面P型基區(qū)擴散并生長氧化層步驟、光刻正面發(fā)射區(qū)窗口步驟、N+發(fā)射區(qū)磷擴散并生長氧化層步驟、光刻蝕溝槽步驟、在溝槽內(nèi)填充玻璃并進行燒結步驟和后續(xù)處理步驟，所述N+襯底擴散步驟為N+襯底擴散，形成高濃度襯底層；所述正面研磨法減薄的步驟為用機械研磨的方法去掉硅片正面的N+襯底層；所述光刻蝕溝槽步驟為光刻正面的腐蝕窗口，并在正面腐蝕出一定深度的環(huán)形溝槽； 所述在溝槽內(nèi)填充玻璃并進行燒結步驟為在溝槽內(nèi)填充玻璃并進行燒結，燒成后的玻璃膜作為P-N結的終端鈍化膜；所述后續(xù)處理步驟為生長LTO鈍化膜、對玻璃膜進行保護，在正面光刻基區(qū)和發(fā)射區(qū)的引線孔，在正面蒸鍍鋁膜，反刻正面的鋁電極，合金，去除背面氧化層，背面蒸鍍金屬電極，芯片測試和分選，劃片，進行芯片分離，檢驗、包裝，所述光刻蝕溝槽步驟為光刻正、背面的腐蝕窗口，并在正、背面同時腐蝕出溝槽，溝槽深度為50-110um，溝槽寬度為100-240um，在正面和背面的溝槽內(nèi)填充玻璃并進行燒結，燒成后正面溝槽的玻璃膜作為P-N結的鈍化膜，燒成后背面溝槽的玻璃膜作為平衡正面的收縮力用于整平硅片，在玻璃轉化點-(10 20) °C下退火3-6h，實現(xiàn)降低玻璃膨脹系數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點是結構和工藝成熟、制造過程簡單、制造的芯片擊穿電壓特性好、 合格率較高、且產(chǎn)品可靠性較高，在硅片背面的芯片無源區(qū)挖出了一個相鄰芯片共用的溝槽，我們稱之謂應力平衡槽，該應力平衡槽內(nèi)填充了玻璃并燒結，在其頂部和側壁形成了一層玻璃膜，該玻璃膜利用其較大的收縮應力來抵消正面玻璃膜的收縮應力，使硅片平整、玻璃鈍化后的制程無障礙、降低制程中硅圓片的破碎率，采用了兩面同時加工的方法，在玻璃燒結的降溫過程中增加了在“玻璃轉化點_ (10 20) °C”下退火工藝使玻璃膨脹系數(shù)進一步降低。
附圖說 明下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述。圖1為背景技術提到的臺面工藝功率晶體管芯片結構示意圖。圖2為背景技術提到的臺面工藝功率晶體管芯片制造過程示意圖。圖3為背景技術用于大直徑硅圓片后的硅片彎曲度示意圖。圖4為背景技術的玻璃燒結溫度曲線。圖5為本發(fā)明的臺面工藝功率晶體管芯片結構示意圖。圖6為本發(fā)明的臺面工藝功率晶體管芯片制造過程示意圖，其中a、N+襯底擴散， b、正面減薄，C、正面拋光，d、正面P型基區(qū)擴散，e、光刻正面發(fā)基區(qū)窗口，f、N+發(fā)基區(qū)擴散， g、雙面光刻腐蝕窗口并腐蝕槽，h、溝槽內(nèi)填充玻璃并燒結，i、光刻正面引線孔，j、正面蒸鍍鋁膜，k、反刻正面鋁電極，1、背面金屬電極。圖7為本發(fā)明技術用于大直徑硅圓片后的硅片彎曲度示意圖。圖8為本發(fā)明技術的玻璃燒結溫度曲線。其中1、N+發(fā)射區(qū)，2、發(fā)射極鋁電極，3、基極鋁電極，4、SiO2保護膜，5、玻璃鈍化膜，6、N+襯底擴散層，7、P型基區(qū)擴散層，8、硅單晶片，9、正面溝槽，10、金屬電極，11、背面應力平衡槽，12、玻璃膜。
具體實施例方式實施例1
如圖5、圖6、圖8所示，臺面工藝功率晶體管芯片結構，包括N+發(fā)射區(qū)1、發(fā)射極鋁電極2、基極鋁電極3、SiO2保護膜4、玻璃鈍化膜5、N+襯底擴散層6、P型基區(qū)擴散層7和硅單晶片8，硅單晶片8正面設有P型基區(qū)擴散層7，硅單晶片8背面設有N+襯底擴散層6，P 型基區(qū)擴散層7內(nèi)設有N+發(fā)射區(qū)1，P型基區(qū)擴散層7和N+發(fā)射區(qū)1的表面設有SiO2保護膜4、基極鋁電極3和發(fā)射極鋁電極2，硅單晶片8和P型基區(qū)擴散層7上設有正面溝槽9， 正面溝槽9底部和側壁設有玻璃鈍化膜5，N+襯底擴散層6背面周圍設有背面應力平衡槽 11，背面應力平衡槽11深度為50um，背面應力平衡槽11寬度為lOOum，背面應力平衡槽11 頂部和側壁設有玻璃膜12，N+襯底擴散層6和玻璃膜12表面上設有多層金屬電極10。如圖6、圖7和圖8所示，臺面工藝功率晶體管芯片實施方法，包括
N+襯底擴散步驟a、用HF =H3PO4 =HNO3=I 2 5對硅單晶片腐蝕30 Sec，去除硅單晶片表面的損傷層，用去離子水沖洗10次；b、RCA清洗，用去離子水沖洗15次；C、甩干；d、高濃度磷予沉積，在1195°C下，通入攜帶POCL3的氮氣和氧氣，擴散3. 9 h，形成N+沉積層，要求 Rn=O. 27Ω/ □ ；e、推結，在1270°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散156 h，形成170um深的N+襯
底層ο 正面研磨法減薄的步驟用磨片機對硅片的正面進行研磨，去掉正面的N+襯底層， 減薄后硅片厚度為285 um ；
對硅片正面進行化學腐蝕或化學機械拋光的步驟用化學腐蝕或化學機械拋光的方法對減薄后的硅片正面進行拋光，拋光后的硅片厚度為265um ；
正面P型基區(qū)擴散并生長氧化層步驟a、對硅片進行RCA清洗，用去離子水沖洗15次； b、甩干；C、硅片正面涂硼源；d、硼予沉積，在945°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散0. 9 h，形成P 型沉積層，要求Rn=29Q/口 ；e、推結，在1230°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散12 h，形成22um 深的P型擴散層；
光刻正面發(fā)射區(qū)窗口步驟利用勻膠機將光刻膠涂敷在硅片正面，經(jīng)95°C /20min的前烘，利用光刻機、掩膜版進行曝光，顯影，堅膜，利用氫氟酸緩沖腐蝕液腐蝕去掉窗口的二氧化硅膜，去殘膠，洗凈，甩干；
N+發(fā)射區(qū)磷擴散并生長氧化層步驟a、對硅片進行RCA清洗，用去離子水沖洗15次；b、 甩干；C、磷予沉積，在920°C下，通入攜帶POCL3的氮氣和氧氣，擴散1 h，形成N+沉積層，要求Κ =4Ω/ □ ；d、推結，在1170°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散2. 5h，形成發(fā)射區(qū)，控制hFE符合要求；
光刻蝕溝槽步驟利用勻膠機將光刻膠涂敷在硅片的正、反兩面，經(jīng)95°C /20min的前烘，利用光刻機、掩膜版進行雙面曝光，顯影，堅膜，利用氫氟酸緩沖腐蝕液腐蝕去掉窗口的二氧化硅膜，洗凈，烘干，利用HF: HN03:CH3C00H=3 1 1同時腐蝕出正面和背面的溝槽，去殘膠，洗凈，甩干；
在溝槽內(nèi)填充玻璃并進行燒結步驟配制好玻璃糊，將玻璃糊刮到硅片表面，擦掉溝槽外的玻璃糊，按照圖8所示的溫度曲線進行燒結；
后續(xù)處理步驟a、生長LTO鈍化膜用于保護玻璃膜；b、在正面光刻基區(qū)和發(fā)射區(qū)的引線孔；C、在正面蒸鍍鋁膜；d、反刻正面的鋁電極；e、合金；f、去除背面氧化層；g、背面蒸鍍金屬電極；h、芯片測試和分選；i、劃片，進行芯片分離；j、檢驗；k、包裝。實施例2
如圖5、圖6、圖8所示，臺面工藝功率晶體管芯片結構，包括N+發(fā)射區(qū)1、發(fā)射極鋁電極2、基極鋁電極3、SiO2保護膜4、玻璃鈍化膜5、N+襯底擴散層6、P型基區(qū)擴散層7和硅單晶片8，硅單晶片8正面設有P型基區(qū)擴散層7，硅單晶片8背面設有N+襯底擴散層6，P 型基區(qū)擴散層7內(nèi)設有N+發(fā)射區(qū)1，P型基區(qū)擴散層7和N+發(fā)射區(qū)1的表面設有SiO2保護膜4、基極鋁電極3和發(fā)射極鋁電極2，硅單晶片8和P型基區(qū)擴散層7上設有正面溝槽9， 正面溝槽9底部和側壁設有玻璃鈍化膜5，N+襯底擴散層6背面周圍設有背面應力平衡槽 11，背面應力平衡槽11深度為80um，背面應力平衡槽11寬度為170um，背面應力平衡槽11 頂部和側壁設有玻璃膜12，N+襯底擴散層6和玻璃膜12表面上設有多層金屬電極10。如圖6、圖7和圖8所示，臺面工藝功率晶體管芯片實施方法，包括
N+襯底擴散步驟a、用HF =H3PO4 =HNO3=I 2 5對硅單晶片腐蝕40 Sec，去除硅單晶片表面的損傷層，用去離子水沖洗10次；b、RCA清洗，用去離子水沖洗15次；C、甩干；d、高濃度磷予沉積，在1200°C下，通入攜帶POCL3的氮氣和氧氣，擴散4. 2 h，形成N+沉積層，要求 Rn=O. 30 Ω / 口 ；e、推結，在1275°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散168h，形成175um深的N+襯底層。正面研磨法減薄的步驟用磨片機對硅片的正面進行研磨，去掉正面的N+襯底層， 減薄后硅片厚度為290um ；
對硅片正面進行化學腐蝕或化學機械拋光的步驟用化學腐蝕或化學機械拋光的方法對減薄后的硅片正面進行拋光，拋光后的硅片厚度為270um ；
正面P型基區(qū)擴散并生長氧化層步驟a、對硅片進行RCA清洗，用去離子水沖洗15次； b、甩干；C、硅片正面涂硼源；d、硼予沉積，在950°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散lh，形成P型沉積層，要求1^=30 Ω / 口 ；e、推結，在1235°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散14h，形成25um深的P型擴散層；
光刻正面發(fā)射區(qū)窗口步驟利用勻膠機將光刻膠涂敷在硅片正面，經(jīng)10(TC /25min的前烘，利用光刻機、掩膜版進行曝光，顯影，堅膜，利用氫氟酸緩沖腐蝕液腐蝕去掉窗口的二氧化硅膜，去殘膠，洗凈，甩干；
N+發(fā)射區(qū)磷擴散并生長氧化層步驟a、對硅片進行RCA清洗，用去離子水沖洗15次；b、 甩干；C、磷予沉積，在930°C下，通入攜帶POCL3的氮氣和氧氣，擴散1.2h，形成N+沉積層，要求Rd=4.5Q/ □ ；d、推結，在1180°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散3h，形成發(fā)射區(qū)，控制hFE符合要求；
光刻蝕溝槽步驟利用勻膠機將光刻膠涂敷在硅片的正、反兩面，經(jīng)100°C /25min的前烘，利用光刻機、掩膜版進行雙面曝光，顯影，堅膜，利用氫氟酸緩沖腐蝕液腐蝕去掉窗口的二氧化硅膜，洗凈，烘干，利用HF: HN03:CH3C00H=4 1 1同時腐蝕出正面和背面的溝槽，去殘膠，洗凈，甩干；
在溝槽內(nèi)填充玻璃并進行燒結步驟配制好玻璃糊，將玻璃糊刮到硅片表面，擦掉溝槽外的玻璃糊，按照圖8所示的溫度曲線進行燒結；
后續(xù)處理步驟a、生長LTO鈍化膜用于保護玻璃膜；b、在正面光刻基區(qū)和發(fā)射區(qū)的引線孔；C、在正面蒸鍍鋁膜；d、反刻正面的鋁電極；e、合金；f、去除背面氧化層；g、背面蒸鍍金屬電極；h、芯片測試和分選；i、劃片，進行芯片分離；j、檢驗；k、包裝。實施例3
如圖5、圖6、圖8所示，臺面工藝功率晶體管芯片結構，包括N+發(fā)射區(qū)1、發(fā)射極鋁電極2、基極鋁電極3、SiO2保護膜4、玻璃鈍化膜5、N+襯底擴散層6、P型基區(qū)擴散層7和硅單晶片8，硅單晶片8正面設有P型基區(qū)擴散層7，硅單晶片8背面設有N+襯底擴散層6，P 型基區(qū)擴散層7內(nèi)設有N+發(fā)射區(qū)1，P型基區(qū)擴散層7和N+發(fā)射區(qū)1的表面設有SiO2保護膜4、基極鋁電極3和發(fā)射極鋁電極2，硅單晶片8和P型基區(qū)擴散層7上設有正面溝槽9， 正面溝槽9底部和側壁設有玻璃鈍化膜5，N+襯底擴散層6背面周圍設有背面應力平衡槽 11，背面應力平衡槽11深度為1 IOum,背面應力平衡槽11寬度為240um，背面應力平衡槽11 頂部和側壁設有玻璃膜12，N+襯底擴散層6和玻璃膜12表面上設有多層金屬電極10。如圖6、圖7和圖8所示，臺面工藝功率晶體管芯片實施方法，包括
N+襯底擴散步驟a、用HF =H3PO4 =HNO3=I 2 5對硅單晶片腐蝕45 Sec，去除硅單晶片表面的損傷層，用去離子水 沖洗10次；b、RCA清洗，用去離子水沖洗15次；C、甩干；d、高濃度磷予沉積，在1205°C下，通入攜帶POCL3的氮氣和氧氣，擴散4. 5h，形成N+沉積層，要求 Rn=O. 33Ω/Π ；e、推結，在1280°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散180h，形成180um深的N+襯底層。 正面研磨法減薄的步驟用磨片機對硅片的正面進行研磨，去掉正面的N+襯底層， 減薄后硅片厚度為295um ；
對硅片正面進行化學腐蝕或化學機械拋光的步驟用化學腐蝕或化學機械拋光的方法對減薄后的硅片正面進行拋光，拋光后的硅片厚度為275um ；
正面P型基區(qū)擴散并生長氧化層步驟a、對硅片進行RCA清洗，用去離子水沖洗15次； b、甩干；C、硅片正面涂硼源；d、硼予沉積，在955°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散1. 1 h，形成P 型沉積層，要求Rn=31Q/口 ；e、推結，在1240°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散16 h，形成28um 深的P型擴散層；
光刻正面發(fā)射區(qū)窗口步驟利用勻膠機將光刻膠涂敷在硅片正面，經(jīng)105°C /30min的前烘，利用光刻機、掩膜版進行曝光，顯影，堅膜，利用氫氟酸緩沖腐蝕液腐蝕去掉窗口的二氧化硅膜，去殘膠，洗凈，甩干；
N+發(fā)射區(qū)磷擴散并生長氧化層步驟a、對硅片進行RCA清洗，用去離子水沖洗15次；b、 甩干；c、磷予沉積，在940°C下，通入攜帶POCL3的氮氣和氧氣，擴散1. 4h，形成N+沉積層，要求RD=5Q/□；d、推結，在1190°C、氮氣和氧氣氣氛下，擴散3. 5 h，形成發(fā)射區(qū)，控制hFE 符合要求；
光刻蝕溝槽步驟利用勻膠機將光刻膠涂敷在硅片的正、反兩面，經(jīng)105°C /30min的前烘，利用光刻機、掩膜版進行雙面曝光，顯影，堅膜，利用氫氟酸緩沖腐蝕液腐蝕去掉窗口的二氧化硅膜，洗凈，烘干，利用HF: HN03:CH3C00H=4 1 1同時腐蝕出正面和背面的溝槽，去殘膠，洗凈，甩干；
在溝槽內(nèi)填充玻璃并進行燒結步驟配制好玻璃糊，將玻璃糊刮到硅片表面，擦掉溝槽外的玻璃糊，按照圖8所示的溫度曲線進行燒結；
后續(xù)處理步驟a、生長LTO鈍化膜用于保護玻璃膜；b、在正面光刻基區(qū)和發(fā)射區(qū)的引線孔；C、在正面蒸鍍鋁膜；d、反刻正面的鋁電極；e、合金；f、去除背面氧化層；g、背面蒸鍍金屬電極；h、芯片測試和分選；i、劃片，進行芯片分離；j、檢驗；k、包裝。
權利要求
1.臺面工藝功率晶體管芯片結構，包括N+發(fā)射區(qū)、發(fā)射極鋁電極、基極鋁電極、SiO2保護膜、玻璃鈍化膜、N+襯底擴散層、P型基區(qū)擴散層和硅單晶片，所述硅單晶片正面設有P型基區(qū)擴散層，所述硅單晶片背面設有N+襯底擴散層，所述P型基區(qū)內(nèi)設有N+發(fā)射區(qū)，所述P 型基區(qū)擴散層表面和N+發(fā)射區(qū)表面設有SiO2保護膜、基極鋁電極、和發(fā)射極鋁電極，所述硅單晶片和P型基區(qū)擴散層上設有正面溝槽，所述正面溝槽底部和側壁設有玻璃鈍化膜， 其特征在于所述N+襯底擴散層背面周圍設有背面應力平衡槽，所述背面應力平衡槽頂部和側壁設有玻璃膜，所述N+襯底擴散層表面和玻璃膜表面上設有多層金屬電極。
2.根據(jù)權利要求1所述的臺面工藝功率晶體管芯片結構，其特征在于所述背面應力平衡槽深度為50-110um，所述背面應力平衡槽寬度為100-240um。
3.臺面工藝功率晶體管芯片實施方法，包括N+襯底擴散步驟、正面研磨法減薄的步驟、對硅片正面進行化學腐蝕或化學機械拋光的步驟、正面P型基區(qū)擴散并生長氧化層步驟、光刻正面發(fā)射區(qū)窗口步驟、N+發(fā)射區(qū)磷擴散并生長氧化層步驟、光刻蝕溝槽步驟、在溝槽內(nèi)填充玻璃并進行燒結步驟和后續(xù)處理步驟，所述N+襯底擴散步驟為N+襯底擴散，形成高濃度襯底層；所述正面研磨法減薄的步驟為用機械研磨的方法去掉硅片正面的N+襯底層；所述光刻蝕溝槽步驟為光刻正面的腐蝕窗口，并在正面腐蝕出一定深度的環(huán)形溝槽； 所述在溝槽內(nèi)填充玻璃并進行燒結步驟為在溝槽內(nèi)填充玻璃并進行燒結，燒成后的玻璃膜作為P-N結的終端鈍化膜；所述后續(xù)處理步驟為生長LTO鈍化膜、對玻璃膜進行保護，在正面光刻基區(qū)和發(fā)射區(qū)的引線孔，在正面蒸鍍鋁膜，反刻正面的鋁電極，合金，去除背面氧化層，背面蒸鍍金屬電極，芯片測試和分選，劃片，進行芯片分離，檢驗、包裝，其特征在于所述光刻蝕溝槽步驟為光刻正、背面的腐蝕窗口，并在正、背面同時腐蝕出溝槽，溝槽深度為 50-110um，溝槽寬度為100-240um，在正面和背面的溝槽內(nèi)填充玻璃并進行燒結，燒成后正面溝槽的玻璃膜作為P-N結的鈍化膜，燒成后背面溝槽的玻璃膜作為平衡正面的收縮力用于整平硅片，在玻璃轉化點-(10 20) °C下退火3-6h，實現(xiàn)降低玻璃膨脹系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及臺面工藝功率晶體管芯片結構，包括N+發(fā)射區(qū)、發(fā)射極鋁電極、基極鋁電極、SiO2保護膜、玻璃鈍化膜、N+襯底擴散層、P型基區(qū)擴散層和硅單晶片，所述硅單晶片正面設有P型基區(qū)擴散層，所述硅單晶片背面設有N+襯底擴散層，所述P型基區(qū)擴散層表面設有SiO2保護膜、基極鋁電極、N+發(fā)射區(qū)和發(fā)射極鋁電極，所述硅單晶片和P型基區(qū)擴散層上設有正面溝槽，所述正面溝槽底部和側壁設有玻璃鈍化膜，其特征在于所述N+襯底擴散層背面周圍設有背面應力平衡槽，所述背面應力平衡槽頂部和側壁設有玻璃膜，所述N+襯底擴散層和玻璃膜表面上設有多層金屬電極。本發(fā)明的優(yōu)點是結構和工藝成熟、制造過程簡單、制造的芯片擊穿電壓特性好、產(chǎn)品可靠性較高。
文檔編號H01L27/082GK102244079SQ20111021327
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權日2011年7月28日
發(fā)明者周榕榕, 沈怡東, 王成森, 黎重林 申請人:啟東市捷捷微電子有限公司