一种调节双向可控硅触发电流的工艺方法及双向可控硅

摘要

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及调节双向可控硅触发电流的工艺方法，包括：硅片双面抛光、氧化、穿通光刻、穿通扩散、镓扩散、硼扩散、阴极光刻、阴极扩散、台面槽光刻、台面腐蚀、台面钝化、引线孔光刻、蒸铝、铝反刻、铝合金、背面金属化，其特征在于，所述硼扩散于硅片背面的p型扩散区P1层和正面的p型扩散区P2层的扩散浓度不一致。可以改善双向可控硅四个象限的触发电流，双向可控硅四个象限触发电流的一致性强，可以有效的提高器件的换向能力，降低器件对线路的电磁干扰。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种双向可控硅及其制备方法。

背景技术

可控硅元件，是可控硅整流元件的简称，是一种大功率半导体器件。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。家用电器中的调光灯、调速风扇、空调机、电视机、电冰箱、洗衣机、照相机、组合音响、声光电路、定时控制器、玩具装置、无线电遥控、摄像机及工业控制等都大量使用了可控硅器件。

双向可控硅作为一种交流开关，广泛用于家用电器领域，其芯片结构如图1所示，包括n型半导体基体、位于基体两侧中的p型扩散区p1和p2、以及位于p型扩散区内的n型扩散区，还包括形成与芯片正面的电极T1、G和芯片背面电极T2。双向可控硅有四种触发工作状态，分别为：一象限、二象限、三象限和四象限。双向可控硅在使用中一般工作在一、三象限或者二、三象限，由于可控硅结构中npn三极管的放大倍数比pnp三极管大，通常双向可控硅的四个象限的触发电流有时候相差很大，触发电流从小到大依次是一象限、二象限、三象限、四象限，但在使用中希望四个象限触发电流尽可能接近，这样可以提高器件的换向能力、降低器件对线路的电磁干扰，目前各家可控硅厂商都在努力改善双向可控硅四个象限触发电流的一致性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：双向可控硅四个象限触发电流相差很大，本发明的主要目的在于提高双向可控硅四个象限触发电流的一致性，从而提高器件的换向能力，降低器件对线路的电磁干扰。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种调节双向可控硅触发电流的工艺方法，包括：硅片双面抛光、氧化、穿通光刻、穿通扩散、镓扩散、硼扩散、阴极光刻、阴极扩散、台面槽光刻、台面腐蚀、台面钝化、引线孔光刻、蒸铝、铝反刻、铝合金、背面金属化，所述硼扩散于硅片背面P1层和正面P2层的扩散浓度不一致。

所述硼扩散包括硼预扩散一、硼预扩散二和硼再扩散；所述硼预扩散一为背面氧化层保护，正面腐蚀氧化层，正面硼预扩散；所述硼预扩散二为在硼预扩散一的基础上，腐蚀背面氧化层，背面硼预扩散。

作为优选，所述硅片背面的p型扩散区P1层位于硅基体与电极T2之间，所述正面的p型扩散区P2层为硅基体与电极T1和G之间，背面的p型扩散区P1层的浓度低于正面的p型扩散区P2层的硼扩散浓度。

作为优选，所述正面P2层的硼预扩散温度为1040±2℃，预扩散时间为3±0.5h，方块电阻为6～8Ω/□。

进一步地，所述背面P1层的硼预扩散温度为1020±2℃，预扩散时间为2±0.5h，方块电阻为10～12Ω/□。

进一步地，所述正面P2层和背面P1层的硼再扩散温度为1250℃，再扩散时间为8±2h。

本发明还包括一种双向可控硅，由上述任意一项调节双向可控硅触发电流的工艺方法制备而得。

具体地，所述双向可控硅的背面p型扩散区P1层和正面p型扩散区P2层的硼扩散浓度不同。

进一步地，背面p型扩散区P1层的硼扩散浓度低于正面p型扩散区P2层的硼扩散浓度。

本发明的有益效果是：本发明的调节双向可控硅触发电流的工艺方法，通过使镓扩散之后的硼扩散工艺背面P1层和正面P2层的扩散浓度不一致，可以改善双向可控硅四个象限的触发电流。最优的是所述背面P1层的硼扩散浓度低于正面P2层的硼扩散浓度，使得正面可控硅结构的npn三极管放大倍数降低，增大第一象限和第二象限触发电流；背面可控硅结构的npn三极管放大倍数增大，减小三象限和四象限触发电流，从而使得双向可控硅四个象限触发电流尽可能接近，可以有效的提高器件的换向能力，降低器件对线路的电磁干扰。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有技术双向可控硅结构示意图；

图2是调节双向可控硅触发电流的工艺的流程示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图2所示，一种调节双向可控硅触发电流的工艺方法，包括：硅片双面抛光、氧化、穿通光刻、穿通扩散、镓扩散、硼扩散、阴极光刻、阴极扩散、台面槽光刻、台面腐蚀、台面钝化、引线孔光刻、蒸铝、铝反刻、铝合金、背面金属化，所述硼扩散于硅片背面P1层和正面P2层的扩散浓度不一致。

以上为本发明的核心，本发明的调节双向可控硅触发电流的工艺方法，通过使镓扩散之后的硼扩散工艺背面P1层和正面P2层的扩散浓度不一致，可以改善双向可控硅四个象限的触发电流。

所述硼扩散包括硼预扩散一、硼预扩散二和硼再扩散；所述硼预扩散一为背面氧化层保护，正面腐蚀氧化层，正面硼预扩散；所述硼预扩散二为在硼预扩散一的基础上，腐蚀背面氧化层，背面硼预扩散。

作为优选，所述硅片背面的p型扩散区P1层位于硅基体与电极T2之间，所述正面的p型扩散区P2层为硅基体与电极T1和G之间，背面的p型扩散区P1层的浓度低于正面的p型扩散区P2层的硼扩散浓度。使得正面可控硅结构的npn三极管放大倍数降低，增大第一象限和第二象限触发电流；背面可控硅结构的npn三极管放大倍数增大，减小三象限和四象限触发电流，从而使得双向可控硅四个象限触发电流尽可能接近，可以有效的提高器件的换向能力，降低器件对线路的电磁干扰。

作为优选，所述正面P2层的硼预扩散温度为1040±2℃，预扩散时间为3±0.5h，方块电阻为6～8Ω/□。

进一步地，所述背面P1层的硼预扩散温度为1020±2℃，预扩散时间为2±0.5h，方块电阻为10～12Ω/□。

进一步地，所述正面P2层和背面P1层的硼再扩散温度为1250℃，再扩散时间为8±2h。

具体工艺步骤：

一、衬底材料

N型硅单晶片，ρ：30～40Ω·cm、片厚：220～230μm，双面抛光。

二、氧化

条件：T＝1130±10℃，t＝10h。

要求：氧化层厚度dsio₂≥1.2μm，

三、穿通光刻

光刻版采用穿通光刻版，利用双面光刻机双面对准光刻。

四、穿通扩散

1、硼预淀积：T＝1070±5℃、t＝180±10min，R_□＝3～5Ω/□。

2、P⁺穿通再扩散：T＝1270±5℃、t＝140±10h。

五、短基区扩散

1、镓扩散

镓预扩T＝1200±5℃、t＝60-120min，R_□＝150～200Ω/□；

镓再扩散：T＝1250±5℃、t＝15±2h。

2、硼预扩散1(背面保护，正面腐尽氧化层)

条件：T＝1040±2℃、t＝3±0.5h，R_□＝6～8Ω/□。

3、硼预扩散2(腐尽氧化层)

条件：T＝1020±2℃、t＝2±0.5h，R_□＝10～12Ω/□。

4、硼再扩散

条件：T＝1250℃、t＝8±2h。

六、阴极区光刻

正面刻正面阴极版，背面刻背面阴极版。

七、磷扩散

1、磷预淀积

条件：T＝1050℃、t＝120min，R_□＝0.8～1.0Ω/□。

2、磷再扩散

条件：T＝1200，t＝300±Xmin。(先做小样，T、X视小样情况而定)

八、台面槽光刻

光刻版采用槽版

九、台面腐蚀

要求：台面槽深δ＝60～70μm

十、台面钝化

十一、引线孔光刻

光刻版采用引线孔版。

十二、蒸铝

要求：铝层厚度δ＝4.0～5.0μm。

十三、铝反刻

光刻版采用铝反刻版。

十四、铝合金

十五、背面金属化

Ti-Ni-Ag

十六、测试

由上述工艺流程所得双向可控硅的正面P2区的硼浓度比背面P1区的浓度高，本发明工艺流程制造的三象限可控硅和常规工艺制造的可控硅一象限触发电流I_GT1、二象限触发电流I_GT2、三象限触发电流I_GT3，三组平行实测数据对比如下表所示，通过测试发现，本发明工艺双向可控硅四个象限触发电流相差小，一致性强。

实施例2

一种双向可控硅，由上述实施例1的调节双向可控硅触发电流的工艺方法制备而得。

一种双向可控硅，结构如图1所示，包括n型半导体基体、位于基体两侧中的p型扩散区P1和P2、以及位于p型扩散区内的n型扩散区，还包括形成与芯片正面的电极T1、G和芯片背面电极T2。其中双向可控硅背面的p型扩散区P1层的硼扩散浓度与双向可控硅正面的p型扩散区P2层的硼扩散浓度不同。具体地，背面的p型扩散区P1层的硼扩散浓度低于正面的p型扩散区P2层的硼扩散浓度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由

此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。