專利名稱：靜電感應(yīng)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電感應(yīng)器件及其制造方法，特別是—種用于電力靜電感應(yīng)器件及其制造方法。本發(fā)明是在半導(dǎo)體材料的襯底表面上首先形成絕緣層，再在絕緣層上刻出擴散窗口，通過窗口以擴散或注入方式形成柵區(qū)，再進行外延，在外延層的有源區(qū)形成陰極區(qū)，挖去部分柵墻上方的外延層形成柵區(qū)，并在柵區(qū)、陰極區(qū)和陽極區(qū)上引線，制成管芯。
中國發(fā)明專利申請97115773．1公開了一種靜電感應(yīng)器件及其制造方法。該專利申請的方法是在單晶基片上以注入或擴散雜質(zhì)的方法形成柵區(qū)，然后再用外延法形成高阻層，再在高阻層上以注入或擴散方式形成源區(qū)；在柵墻、柵條及溝道表面以外延方法生成二元外延層，其中在柵墻和柵條上方形成多晶層或非晶層，在溝道上方形成單晶層，然后再在單晶層中以注入或擴散方式形成源區(qū)。但由于該專利申請的方法所制成的外延層因自摻雜現(xiàn)象的影響，其外延層雜質(zhì)濃度過高，往往導(dǎo)致柵—陰極間擊穿電壓過低，因此只適于制造小功率的器件。在現(xiàn)有技術(shù)中制造靜電感應(yīng)器件常用的仍是表面柵型結(jié)構(gòu)和埋柵型結(jié)構(gòu)，前者對光刻精度要求過高，使其產(chǎn)品的成品率不高，而且由于其柵陰極間隙較小，易造成柵源短路和低壓軟擊穿；后者的外延層雜質(zhì)濃度過高，而且在外延后需要刻蝕臺面，造成該工藝較為復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是提供一種可以克服現(xiàn)有技術(shù)不足，在保證器件性能的基礎(chǔ)上盡量簡化工藝，適合于規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品重復(fù)性能好，能使器件有很高的柵—陰極擊穿和反向擊穿電壓，具有良好的特性曲線，能有效提高器件正向阻斷電壓，減小反向漏電流，高阻斷增益，高開關(guān)速度的靜電感應(yīng)器件，特別是電力靜電感應(yīng)器件的制造方法和用這種方法制造的靜電感應(yīng)器件。
本發(fā)明的方法是采用高阻單晶為襯底材料，首先在襯底材料表面上形成絕緣層，然后在絕緣層上刻出第一擴散窗口，以擴散或注入方式形成柵區(qū)及柵墻，在所有一次擴散區(qū)的表層進行與柵區(qū)導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)補償擴散，再對襯底正面和背面進行微腐蝕，同時進行表面雜質(zhì)濃度控制處理，將柵墻所圍成的區(qū)域內(nèi)和部分柵墻上的絕緣層去除后再進行同步外延，使絕緣層上方生長出多晶層，同時在去除絕緣層的區(qū)域上方生長出與襯底相同的高阻單晶材料，最終在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生芯片的各極。
本發(fā)明的方法在進行所有處理前首先對襯底材料的背面進行深結(jié)陽極擴散。
本發(fā)明的方法在于在進行一次及二次擴散后應(yīng)打開所有柵區(qū)擴散層上方的絕緣層，并在此區(qū)域內(nèi)進行與柵區(qū)雜質(zhì)類型相反的雜質(zhì)補償擴散。
本發(fā)明的方法在補償擴散后應(yīng)當(dāng)對襯底正反面進行用以控制其表面雜質(zhì)濃度和導(dǎo)電類型的微腐蝕及表面處理。
本發(fā)明的方法，在進行同步外延前應(yīng)先將柵墻內(nèi)區(qū)域和部分柵墻上的絕緣層去除，以在外延時在去除絕緣層區(qū)域上方生成高阻單晶層。
采用本發(fā)明的方法制造的靜電感應(yīng)器件，在部分柵墻區(qū)和柵條的上方有一層與柵區(qū)雜質(zhì)類型相反的雜質(zhì)補償擴散的補償層，在部分柵墻區(qū)的補償層上方是氧化鈍化層，在氧化鈍化層上是一層多晶的絕緣層，在多晶的絕緣層上方是另一個氧化鈍化層，在部分柵墻區(qū)內(nèi)和柵條的上方是由同步外延生成的單晶層，其上方是一層陰極擴散區(qū)，陰極擴散區(qū)上方是作為陰極的金屬接觸電極。
通過以上對本發(fā)明的敘述可見，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明的工藝簡單，不需要現(xiàn)有技術(shù)中的高精度光刻技術(shù)，亦不需要特殊設(shè)備，而且工藝難度低，因此可以采用普通的晶體管生產(chǎn)設(shè)備進行生產(chǎn)，并可以大大降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；2、由于采用了深陽極設(shè)計，有效降低了芯片的串聯(lián)電陽和通態(tài)壓降，減少了器件本身的功耗和管芯發(fā)熱，并可提高開關(guān)速度；3、由于采用了長溝道設(shè)計，可以有效提高柵—陰極電流的均勻性，提高了器件di／dt容量，保證了器件各單元工作狀態(tài)的一致性，同時這種設(shè)計對減小反向漏電流和提高器件開關(guān)速度也有一定的幫助；4、由于采用了同步外延技術(shù)，在襯底表面同時生長高阻單晶硅和多晶硅，這可以大幅度降低反向漏電，明顯改善器件的開啟和關(guān)斷時間，而且使用同步外延，避免了外延后復(fù)雜的刻蝕臺面的問題，進一步減小了工藝難度。
附圖給出了本發(fā)明的一個實施例的示意圖，其中

圖1為本發(fā)明所制成的管芯的剖面示意圖；圖2至圖9為在本發(fā)明的實施例中管芯在各處理階段的剖面示意圖；在附圖中各標(biāo)記含義如下(1)為n-高阻單晶的襯底，(2)為p+深結(jié)擴散形成的陽極區(qū)，(3)為柵條，(4)為柵墻，(5)為限場環(huán)，(6)為在p+區(qū)上方的n+補償層，(7)為切斷環(huán)，(8)是SiO2層，(9)為多晶硅層，(10)代表襯底上生長的n-單晶硅層，(11)是正面的補硼區(qū)域(12)是金屬接觸電極，(13)是柵極，(14)為一次擴散后的溝道區(qū)，(15)是陰極，(16)是陽極電極，(17)為陰極擴磷區(qū)。
以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做詳細(xì)解釋本實施例是采用n-高阻單晶硅為襯底材料。
圖1中顯示了本發(fā)明的管芯沿高度方向的結(jié)構(gòu)，其中在部分柵墻區(qū)(4)、柵條(3)及限場環(huán)(5)上方有一層磷補償層(6)，在磷補償層(6)及其它相應(yīng)區(qū)域的上方有一層SiO2，在SiO2上方有一層多晶硅層(9)，在多晶硅層(9)的上方為另一層SiO2的表面，在柵墻區(qū)內(nèi)及柵條的上方為同步外延形成的n-單晶硅層，在n-單晶硅層的上方為陰極擴磷區(qū)(17)，在陰極擴磷區(qū)(17)上方為作為陰極的金屬接觸電極。在圖1中，(5)為限場環(huán)，(7)為切斷環(huán)，為簡化起見在圖1中僅畫出三條柵條和一條限場環(huán)(5)，以及一條切斷環(huán)(7)。
本發(fā)明的一個實施例的方法如下1、對n-高阻單晶材料的襯底進行常規(guī)處理，在其表面形成氧化層后，將襯底下表面的氧化層去除，然后進行p+深結(jié)擴散形成陽極區(qū)，并控制保留合適的襯底n-區(qū)厚度(1)，在這一階段中芯片剖面的p+深結(jié)擴散形成陽極區(qū)是圖2中的(2)。
2、對芯片正面拋光、氧化、光刻后形成第一次擴散窗口，參見圖3，擴散的區(qū)域包括柵墻、柵條以及限場環(huán)，其中的柵條采用了1200μm的長柵條，以提高器件的di／dt容量；擴散形成八邊形的柵墻外圍及限場環(huán)，以有效提高擊穿電壓。在此窗口中予擴硼，然后去除BSG，進行高溫p+再擴散，在擴散工藝中依照有關(guān)參數(shù)嚴(yán)格控制溝道厚度和溝道長度，使之適合于SITH的工作機制。經(jīng)第一次擴散后芯片的剖面結(jié)構(gòu)如圖4，其中(3)為柵條，(4)為柵墻，(5)為限場環(huán)，(為簡化起見在圖4中僅畫出了一條限場環(huán)，實際應(yīng)用中是根據(jù)設(shè)計需要決定限場環(huán)的條數(shù)，本實施例中實際采用了3條限場環(huán))，(14)為一次擴散后的溝道區(qū)，(1)是背擴散后保留的單晶n-區(qū)，(2)為陽極區(qū)，(8)是SiO2鈍化保護層。
3、在第一次擴散的柵墻區(qū)(4)和限場環(huán)(5)的表面進行補硼擴散，使之達(dá)到合適的方塊電阻，以實現(xiàn)柵墻及限場環(huán)的等位。之后在限場環(huán)之外光刻出切斷環(huán)窗口予擴磷，去除適量PSG，推進，以形成切斷環(huán)。此時芯片的剖面示意圖如圖5，其中(7)即為切斷環(huán)。
4、在如上形成的芯片表面光刻，打開所有一次p+擴散的區(qū)域及切斷環(huán)，即將全部柵墻和柵條、限場環(huán)、切斷環(huán)上的SiO2鈍化保護層去除，進行n+補償擴散，并在此后對襯底的上、下表面進行處理，以形成合適的方塊電阻和導(dǎo)電類型。本實施例中具體工藝是光刻n+補償區(qū)，予擴磷，去除PSG，高溫推進時控制結(jié)深和表面磷濃度；用光刻腐蝕漂開n+補償區(qū)，對芯片正、反面微腐蝕，在此時嚴(yán)格控制正、反兩面的方塊電阻，使之達(dá)到要求的范圍。經(jīng)處理后形成如圖6所示的剖面結(jié)構(gòu)形態(tài)，其中，(6)指出了在p+區(qū)上方的n+補償層，圖7中其它符號同前所示。
5、在以上工藝中形成的芯片表面進行光刻，打開有源區(qū)和柵墻上的柵壓點區(qū)，然后進行同步外延，在光刻打開的窗口內(nèi)生長高阻的n-單晶硅，在SiO2覆蓋的區(qū)域上方生長多晶硅，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，外延后進行氧化，在芯片表面形成一定厚度的絕緣層。在圖7中，(9)代表在SiO2上生長的多晶硅層，(10)代表襯底上生長的n-單晶硅層。
6、在如上形成的氧化層上光刻柵壓點區(qū)，露出柵墻，經(jīng)表面處理后再次氧化，光刻柵壓點區(qū)，直至露出柵墻，經(jīng)過表面處理后再次氧化，光刻柵壓點區(qū)，在柵壓點區(qū)及背面陽極區(qū)p+擴散補硼低溫予淀積，去除BSG，高溫推進氧化，以使芯片的柵極及陽極區(qū)表面形成良好的歐姆接觸層。經(jīng)過這一步工藝后芯片的結(jié)構(gòu)示意如圖8，其中(11)是正面的補硼區(qū)域，其余符號意義同前。
7、光刻打開有源區(qū)上方的氧化層，在高阻單晶外延層上擴磷；予淀積，去
8、在經(jīng)前述處理后的管芯上開出引線孔，如圖9(a)所示，其中(13)為柵電極位置，(15)為陰極電極位置，它與一次擴散區(qū)的套刻位置關(guān)系如圖9(b)所示，在背面鍍Ni—Cr—Ag，在H2氣氛下進行合金化，正面鍍Al，光刻Al引線，然后再在適當(dāng)氣氛下合金化，最后切片、封裝形成如圖1所示結(jié)構(gòu)的靜電感應(yīng)晶閘管，其中(16)是陽極引線，(13)是柵極引線，(17)是陰極擴磷區(qū)，(12)是金屬接觸電極，圖9中其它標(biāo)號與前相同。
由本發(fā)明所給出的實施例得到的器件實測結(jié)果如下柵陰擊穿BVGKO(50μA) ≥40V柵陽擊穿BVGAO(50μA)≥1200V正向阻斷BVAB(100μA)≥1000V正向壓降VF(IA10A) ≤4V陽極電流IA≥80A電壓放大系數(shù)μ20～30開啟時間ton≤0．2μs關(guān)斷時間toff≤0．4μs通過以上實施例可見，本發(fā)明中使用高阻單晶材料，降低了制造成本，在版圖設(shè)計中采用了八邊形外圍，提高了擊穿電壓，并使用長溝道設(shè)計以提高器件各單元工作狀態(tài)的均勻性；使用柵墻和限場環(huán)二次補硼進行等位，既簡化了工藝，又使各單元的工作狀態(tài)更加一致；采用了深結(jié)陽極區(qū)擴散降低了芯片的發(fā)熱和功率損耗；采用了非等距的限場環(huán)，有效而且可靠地提高了器件反向擊穿電壓及均勻性；由于在外延前進行擴磷補償和一系列表面處理技術(shù)使低阻襯底表面生長高阻外延層成為可能；因采用了獨有的同步外延方法，可極大地改善芯片漏電，并可有效地提高器件的開關(guān)速度，同時這一技術(shù)避免了刻蝕臺面的復(fù)雜問題，使工藝大大簡化，降低了工藝難度；設(shè)計了切斷環(huán)，從而又可靠地減少了表面效應(yīng)對器件工作穩(wěn)定性的影響，減小了反向漏電，克服了工作曲線漂移等現(xiàn)象；而且本發(fā)明可以大大提高產(chǎn)品的成品率。
需說明的是本發(fā)明的應(yīng)用并不局限于上述實施例的范圍。本發(fā)明所制造的產(chǎn)品也不僅局限于SITH，它可以是SIT，也可以是BSIT。本發(fā)明在實際的應(yīng)用中，其襯底材料可以是n-高阻單晶材料，也可以是p-高阻單晶材料，在后述情況下僅需改變相應(yīng)的擴散雜質(zhì)類型，而擴散摻雜也可以是注入摻雜。
權(quán)利要求
1.一種靜電感應(yīng)器件的制造方法，在半導(dǎo)體材料的襯底表面上首先形成絕緣層，再在絕緣層上刻出擴散窗口，通過窗口以擴散或注入方式形成柵區(qū)，再進行外延，在外延層的有源區(qū)形成陰極區(qū)，挖去部分柵墻上方的外延層形成柵區(qū)，并在柵區(qū)、陰極區(qū)和陽極區(qū)上引線，制成管芯，其特征在于采用高阻單晶為襯底材料，首先在襯底材料表面上形成絕緣層，然后在絕緣層上刻出第一擴散窗口，以擴散或注入方式形成柵區(qū)及柵墻，在所有一次擴散區(qū)的表層進行與柵區(qū)雜質(zhì)類型相反的雜質(zhì)補償擴散，并對襯底正面和背面進行表面的雜質(zhì)濃度控制處理，將柵墻所圍成的區(qū)域內(nèi)和部分柵墻上的絕緣層去除后再進行同步外延，使絕緣層上方生長出多晶層，同時在去除絕緣層的區(qū)域上方生長出高阻單晶層，最終在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生芯片的各極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在進行所有處理前首先對襯底材料的背面進行深結(jié)陽極區(qū)擴散。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在進行一次及二次擴散后打開所有柵區(qū)擴散層上方的絕緣層，并在此區(qū)域內(nèi)進行與柵區(qū)雜質(zhì)類型相反的雜質(zhì)補償擴散補償擴散。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在補償擴散后應(yīng)當(dāng)對襯底正反面進行用以控制其表面雜質(zhì)濃度和導(dǎo)電類型的微腐蝕，及表面處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的任一方法，其特征在于進行同步外延前應(yīng)先將柵墻內(nèi)區(qū)域和部分柵墻上的絕緣層去除，以在外延時在去除絕緣層區(qū)域上方生成高阻單晶層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一方法制造的靜電感應(yīng)器件，其特征在于在部分柵墻區(qū)和柵條的上方有一層與柵區(qū)雜質(zhì)類型相反的雜質(zhì)補償擴散的補償層，在部分柵墻區(qū)的補償層上方是氧化鈍化層，在氧化鈍化層上是一層多晶的絕緣層，在多晶的絕緣層上方是另一個氧化鈍化層，在部分柵墻區(qū)內(nèi)和柵條的上方是由同步外延生成的單晶層，其上方是一層陰極擴散區(qū)，陰極擴散區(qū)上方是金屬接觸電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的任一方法制造的靜電感應(yīng)器件，其特征在于在部分柵墻區(qū)和柵條的上方有一層與柵區(qū)雜質(zhì)類型相反的雜質(zhì)補償擴散的補償層，在部分柵墻區(qū)的補償層上方是SiO2的鈍化層，在SiO2的鈍化層上是一層多晶硅的絕緣層，在多晶硅的絕緣層上方是另一個SiO2層，在部分柵墻區(qū)內(nèi)和柵條的上方是由同步外延生成的單晶硅層，其上方是一層陰極擴散區(qū)，陰極擴散區(qū)上方是陰極的金屬接觸電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電感應(yīng)器件，其特征在于在第一次擴散區(qū)域內(nèi)，在其剖面方向上有沿其高度分布的補償擴散元素的濃度分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的靜電感應(yīng)器件，其特征在于在有源區(qū)內(nèi)采用長溝道設(shè)計。
全文摘要
本發(fā)明公開一種靜電感應(yīng)器件及其制造方法,特別是一種用于電力靜電感應(yīng)器件及其制造方法。本發(fā)明是用高阻單晶的襯底材料表面上形成絕緣層,再在絕緣層上刻出第一擴散窗口,以擴散或注入方式形成柵區(qū)及柵墻,在所有一次擴散區(qū)的表層進行補償擴散,對襯底正面和背面進行表面雜質(zhì)濃度控制處理,將柵墻所圍成的區(qū)域內(nèi)和部分柵墻上的絕緣層去除后再進行同步外延,最終在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生芯片的各極,形成一種特殊結(jié)構(gòu)的靜電感應(yīng)器件。
文檔編號H01L21/02GK1278657SQ9910881
公開日2001年1月3日 申請日期1999年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月18日
發(fā)明者李思淵, 何山虎, 劉瑞喜, 孟雄暉, 劉肅, 楊建紅, 姜巖峰, 孫志軍, 王林, 馬中華, 曹磊, 馬淑萍, 蘆小瑩, 任立, 楊利成, 畢祥林, 黃仕琴, 薛傳明, 張明蘭, 梁元濤 申請人:蘭州大學(xué)