專利名稱：一種制造可關(guān)斷晶閘管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率電子學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種制造可關(guān)斷晶閘管的方法。其方法是把許多用槽彼此隔離的n型發(fā)射區(qū)集成在襯底上，該襯底依次由疊起的n型基區(qū)層和p型基區(qū)層疊成。
類似的方法已在，例如US4，243，999中公開。
目前的可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)型式是在一個單片襯底上集成大量的(可高達(dá)2000個)單個完整的晶閘管，這些單個的晶閘管能夠由一個共同的門極端子控制接通和斷開。
上述可關(guān)斷晶閘管的制造是從一個襯底上進(jìn)行的，該襯底具有n型基區(qū)層和p型基區(qū)層疊合而成的一個整個面上的PN結(jié)結(jié)構(gòu)，該P(yáng)N結(jié)結(jié)構(gòu)能承受所要求的阻塞電壓。已知方法是在一個PN結(jié)層狀結(jié)構(gòu)的襯底的整個面上形成一個n型發(fā)射區(qū)層。接著，刻蝕出許多隔離槽，也就是說把特定區(qū)域的n型發(fā)射區(qū)層腐蝕掉，以把各單個的晶閘管部分彼此分開。這種隔離工序通常是在以擴(kuò)散各種摻雜劑為目的的所有的熱工序完成后才進(jìn)行的。
為保證門極(p型基區(qū)層)和陰極(n型發(fā)射區(qū)層)之間的可靠絕緣，腐蝕深度實際上必須超過n型射區(qū)層和p型基區(qū)層之間的PN結(jié)深度的10～20%。在這種情況下，高摻雜p型基區(qū)層的很大一部分難免被腐蝕掉了。
此外，隔離/腐蝕以后，門極和陰極之間的襯底表面失去保護(hù)，必須用附加的涂層來鈍化，因為這部分表面處在失去保護(hù)的狀態(tài)(特別是存在一定濃度的荷電載流子陷阱)時會嚴(yán)重影響器件的電氣性能，例如觸發(fā)性能。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種制造可關(guān)斷晶閘管的方法，該方法能在不損傷p型發(fā)射區(qū)層的前提下實現(xiàn)門極和陰極之間可靠的電絕緣，并且簡化了關(guān)鍵表面區(qū)域的鈍化。
在前述的工藝方法中，實現(xiàn)發(fā)明任務(wù)的工藝過程如下(a)首先在p型基區(qū)層緊靠整個表面處形成一個包含施主的預(yù)沉積層;
(b)然后刻蝕形成槽，將預(yù)沉積層分隔成許多個相隔的預(yù)沉積區(qū);
(c)隨后將預(yù)沉積區(qū)中的施主擴(kuò)散到襯底中去，形成n型發(fā)射區(qū)。
本發(fā)明的核心就在于在最后的n型發(fā)射區(qū)層的擴(kuò)散前完成隔離，而此時施主仍舊位于緊靠表面的預(yù)沉積層。采用這種工藝，槽的腐蝕深度完全不必依賴于n型發(fā)射區(qū)層的深度;相反，n型發(fā)射區(qū)層的擴(kuò)散深度依預(yù)定的槽的深度而定。
該方法有如下優(yōu)點腐蝕深度實際上能自由選擇，完全依門極和陰極之間所要求的最小垂直距離而定，在實際中始終可保證門極區(qū)和發(fā)射極區(qū)之間的電絕緣;
在隨后進(jìn)行的對n型發(fā)射區(qū)層的擴(kuò)散的同時，在整個襯底表面形成一個覆蓋層(對Si襯底覆蓋SiO2層)。這個覆蓋層對門極和陰極之間的敏感表面區(qū)起鈍化作用，此外還能降低這個區(qū)域的表面復(fù)合，而后者對可關(guān)斷晶閘管的觸發(fā)性能有很大影響。隨后在保護(hù)膜上腐蝕出窗口，以便在門極和陰極處加工接點，結(jié)果產(chǎn)生出幾何尺寸十分精確的接點表面，改善了整個結(jié)構(gòu)的均勻性。覆蓋層在應(yīng)用時以及形成電極的導(dǎo)體化接觸時都將起有利的保護(hù)作用。
依本發(fā)明的方法，在擴(kuò)散發(fā)射區(qū)層時，雜質(zhì)也會因側(cè)面擴(kuò)散而進(jìn)入槽的下面區(qū)域。這樣，在n型發(fā)射區(qū)層和p型基區(qū)層的PN結(jié)和襯底平面之間形成一個所謂的正角，因此提高了門極和陰極之間的擊穿電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，從預(yù)沉積區(qū)擴(kuò)散n型摻雜劑的同時，在刻有槽的襯底表面形成覆蓋層。
其它實施例在從屬權(quán)利要求中要求保護(hù)。
結(jié)合附圖以及下面的詳述，本發(fā)明及其優(yōu)點就可以看得更清楚了。


圖1A-E表示已公知的制造可關(guān)斷晶閘管技術(shù)的各個步驟;
圖2A-E表示本發(fā)明實施例制造可關(guān)斷晶閘管的步驟。
已有技術(shù)，例如US4，243，999中制造可關(guān)斷晶閘管的步驟如下(圖1A-E)該方法是以n型摻雜襯底1為出發(fā)點(圖1A)。在襯底1的兩面形成p型擴(kuò)散層，按該方法得到次序如下的多層結(jié)構(gòu)p型摻雜的p型發(fā)射區(qū)層3，由襯底1原始摻雜構(gòu)成的n型基區(qū)層1a，以及p型摻雜的p型基區(qū)層2(圖1B)。
接著在襯底1的p型基區(qū)層2一邊擴(kuò)散施主，形成一個整面的n型發(fā)射區(qū)層4(圖1C)。
按該方法最終形成整面的PNPN多層結(jié)構(gòu)，通過腐蝕形成槽8a，b將n型發(fā)射區(qū)層隔離成許多個n型發(fā)射區(qū)4a、b、c(圖1D)。為保險起見，槽8a，b的深度選得明顯大于n型發(fā)射區(qū)層深度，即n型發(fā)射區(qū)層4和p型基區(qū)層2形成的PN結(jié)深度。
最后，為形成器件的接點，在p型發(fā)射區(qū)層下面做出陽極7，在n型發(fā)射區(qū)層4a、b、c上各自做出陰極6a、b、c，在槽底做出門極5，如圖1E所示。所有的電極觸點都做成金屬化接觸。
在迄今為止的方法中，隔離工藝都是在對n型發(fā)射區(qū)層進(jìn)行的最后一次擴(kuò)散以后施行的。由于前面提到的原因，這將使p型基區(qū)層的厚度大大降低。本發(fā)明在隔離工藝上采用另一種途徑，見圖2A-E。
本發(fā)明的方法也是基于雙面擴(kuò)散p型雜質(zhì)的n型襯底，如圖1B所示。這樣準(zhǔn)備的襯底1，包括一層n型基區(qū)層11和一個p型基區(qū)層10。襯底最好用Si材料制做。接下去的第一步是在p型基區(qū)層10的一側(cè)表面形成一層含施主雜質(zhì)(例如p)，厚度為t1的一個很薄的預(yù)沉積層9，如圖2A所示。
預(yù)沉積層9可以用離子注入，也可以用POCl3源擴(kuò)散產(chǎn)生，其厚度t1最好小于2μm，特別是約為1.5μm或更小。
預(yù)沉積層9形成以后，在襯底1的該面上制做一個形狀合乎規(guī)定的腐蝕掩模層17(可以用光致抗蝕劑或SiO2)，如圖2A所示，接著進(jìn)行腐蝕，在預(yù)定位置腐蝕掉預(yù)沉積層9和一部分p型基區(qū)層10，在襯底1上形成如圖2B所示的槽16a，b。
整個預(yù)沉積層被槽16a，b隔成許多相互隔離的預(yù)沉積區(qū)域9a，這些預(yù)沉積區(qū)域9a在以后如圖2c所示的相應(yīng)的n型發(fā)射區(qū)域13處的擴(kuò)散過程中將成為擴(kuò)散源區(qū)。槽16a，b的深度t2最好等于或大于10μm。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，在對n型發(fā)射區(qū)13擴(kuò)散的同時，在帶有槽16a，b的襯底1的整個表面上形成一個覆蓋層(在以Si為襯底時用SiO2層)。覆蓋層12保證在以后成為器件時，槽16a，b側(cè)壁的關(guān)鍵表面得到可靠的鈍化。
n型發(fā)射區(qū)13的深度t3(即n型發(fā)射區(qū)13和p型基區(qū)層10之間形成的PN結(jié)的結(jié)深)，最好被定為大于槽16a，b的深度t2，這樣由于側(cè)向擴(kuò)散，上述PN結(jié)(如圖2C-E所示)不再與襯底成直角冒出襯底，而是以專業(yè)文獻(xiàn)中稱為“正角”的某個角度露在襯底表面，這將改善器件的截止特性。深度值t2和t3分別約為10μm和15μm時效果最佳。
各個層和區(qū)的摻雜濃度可按通常情況選取。做為一個例子，此處可取p型基區(qū)層10的邊緣濃度為1×1018cm-3，n型發(fā)射區(qū)13的邊緣濃度為2×1019cm-3或更高。
本方法的下一步驟是在對應(yīng)于n型發(fā)射區(qū)13和槽16a，b處在覆蓋層12上用局部腐蝕的方式形成窗口，見圖2D。這些窗口在以后形成n型發(fā)射區(qū)13與陰極14，以及p型基區(qū)層10與門極15之間的導(dǎo)電接觸，觸點可用蒸鋁的方式制成(圖2E)。
在本發(fā)明的方法中，由于僅僅鄰近表面的預(yù)沉積層9需要隔離，位于下方的PN結(jié)不需隔離，在開腐蝕槽時可以不損傷p型基區(qū)層10。此外，在預(yù)沉積層9a上進(jìn)行擴(kuò)散的同時，可以用鍍膜的方式形成一個鈍化覆蓋層12，總的來說，這樣制成的可關(guān)斷晶閘管的電氣性能將得以大幅度提高。
權(quán)利要求
1.一種制造可關(guān)斷晶閘管的方法，在襯底(1)上用槽(16a，b)隔離出許多n型發(fā)射區(qū)(13)形成一個按n型基區(qū)層(11)和p型基區(qū)層(10)相疊順序的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于(a)首先在緊靠p型基區(qū)層(10)的整個表面處形成一層含施主的預(yù)沉積層(9)；(b)然后將預(yù)沉積層(9)用槽(16a，b)刻蝕出許多相互隔離的預(yù)沉積區(qū)(9a)；(c)最后將預(yù)沉積層(9a)中的施主擴(kuò)散到襯底(1)中去，形成n型發(fā)射區(qū)(13)。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于在預(yù)沉積區(qū)(9a)中的施主向襯底(1)擴(kuò)散的同時，在帶槽的襯底(1)的表面上形成一層覆蓋層(12)。
3.按權(quán)利要求2的方法，其特征在于對Si襯底，覆蓋層(12)由SiO2構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求3的方法，其特征在于(a)預(yù)沉積層(9)擴(kuò)散進(jìn)襯底(1)的深度(t1)小于2μm;(b)刻蝕槽(16a，b)的深度(t2)約等于或大于10μm;(c)預(yù)沉積層(9a)中的施主擴(kuò)散進(jìn)襯底(1)的深度(t3)大于槽(16a，b)的深度(t2)，這樣形成一個n型發(fā)射區(qū)(13)。
5.按權(quán)利要求4的方法，其特征在于槽(16a，b)的深度(t2)約為10μm，n型發(fā)射區(qū)(13)的深度(t3)約為15μm。
6.按權(quán)利要求3的方法，其特征在于為制備陰極(14)和門極(15)，分別在覆蓋層(12)中對應(yīng)于n型發(fā)射區(qū)(13)和槽(16a)的上方開出窗口。
全文摘要
一種制造可關(guān)斷晶閘管的方法，用該方法，在襯底的陰極表面已擴(kuò)進(jìn)或注進(jìn)施主后，但在擴(kuò)散進(jìn)n型發(fā)射區(qū)(13)前，用腐蝕進(jìn)襯底(1)的槽(16a，b)將各個單個的晶閘管隔離開來。該工藝避免了P型基區(qū)層(10)的厚度的不必要的損失，因此改善了可關(guān)斷晶閘管的電學(xué)性能。
文檔編號H01L21/332GK1042272SQ89108019
公開日1990年5月16日 申請日期1989年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月13日
發(fā)明者托馬斯·弗拉薩克 申請人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司