[其他]臺面型半導體器件的制造方法

在審

• 申請號: 101985000000501
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN1003830B
• 公開（公告）日: 1989-04-05
• 發明（設計）人: 何德湛;陳益清;胡順帆;何啟丁;嚴光華;徐元森;朱菊珍;朱菊珍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海冶金研究所
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 季良赳

本發明是臺面形半導體器件的制造方法。采用金剛砂輪刀在已形成半導體器件圖形的基片上的管芯二邊開槽形成井字形的臺面。所開的槽與ｐ－ｎ結界面接近垂直。用這種臺面制造方法特別適用于制造高壓大功率晶體管，可提高制得器件的擊穿電壓，減少二次擊穿，燒結時又不易引起焊料造成的短路，提高了器件的成品率。

本發明是一種半導體器件臺面的制造方法，特別適用于制造高壓大功率晶體三極管。

目前半導體器件臺面的形成方法有磨角法、化學腐蝕法及噴砂法。早期采用的磨角法是將管芯從基片上切開后，一個個磨角，能使表面電場降低，擊穿電壓較高。但磨角法生產效率低，成本高。化學腐蝕與噴砂法可在基片切開前就使每個管芯部形成臺面，大大提高了效率。化學腐蝕法是最常用的方法。美國專利（US4，240，095）敘述了在半導體片子上開槽和鈍化的方法，日本特開昭53-61282，53-61283，敘述的硅晶體管臺面制造方法都使用了化學腐蝕方法。國內臺面半導體器件的生產中，使用的也是化學腐蝕方法。從器件物理的角度分析，化學腐蝕方法形成的臺面角度對降低表面電場，提高擊穿電壓不盡合理，這是因為化學腐蝕不可避免地存在橫向腐蝕。如果縱向和橫向腐蝕速度相等，則形成的臺面斜邊與p-n結界面線夾角為45°，正好位于表面電場峰值處。一般化學腐蝕法得到臺面的這一夾角為30～46°附近，是表面電場高，擊穿電壓低的區域，因而影響了臺面型晶體管擊穿電壓和合格率的提高。美國專利US4，240，095在發明專利摘要中提到，為了玻璃鈍化方便而采用化學腐蝕法刻蝕的臺階形槽也可以用象金剛石鋸這樣的機械方法得到。但該專利既沒有說明這種機械刻槽的方法，也不是該專利的權利保護范圍。這種臺階形槽并不是為了提高擊穿電壓，而是為了使鈍化玻璃層容易熔入槽內而不留下空隙，也不會凸出高于管芯表面給表面壓力接觸造成困難，因而對槽的形狀并沒有提出什么要求，只要求槽的深度達到器件不同導電類型層的界面即可。

本發明提出了一種新的制備半導體器件臺面的方法，用這種方法制得的臺面高壓大功率晶體管具有較高的擊穿電壓及較少的二次擊穿。

用普通的平面工藝在硅片上形成基本的硅n⁺pnn⁺結構的管芯如附圖1所示。其中1為原始n型硅片，2為p型基區，3為n⁺發射區，4為表面氧化層，5為發射區金屬電極，6為基區金屬電極，7為高濃度n⁺三重擴散層，然后用金剛砂輪刀在每個管芯兩邊各開出一條與p-n結界面接近垂直的槽以形成臺面，槽的深度應超過基區與集電區的p-n結界面。然后用緩慢的腐蝕速度的腐蝕液稍加腐蝕以去除槽內碎屑及其有害雜質，使臺面光滑。為了保護表面電極圖形，在開槽前先在管芯表面涂膠10，在開槽后再將膠除去。見附圖2，其中8為金剛砂輪刀所開的槽。開槽后進行臺面鈍化，可采用適于大量生產的液相鈍化方法，如用甲苯∶甲基三氯硅烷＝50∶1～1.5（體積比）在100℃水浴半小時。最后在背面n⁺集電極鍍鎳（Ni），得鍍鎳層9，然后將基片沿管芯之間的二條槽中間處切開，得到的管芯如附圖3所示。附圖4是管芯的俯視圖。由圖可見，器件臺面隱蔽在井字形槽內。

用本發明的方法制造臺面，使臺面角度比較合理，降低了表面電場，可提高臺面器件的擊穿電壓，減少功率老化時的二次擊穿。由于采用了井字形槽的結構，因而在基片切開時，不會損傷臺面，同時燒結時，焊料不易引起短路，提高了器件成品率。

下面是用本發明制造臺面型高壓大功率晶體管，此管電學參數要求是集電極擊穿電壓BV_CBO＝150～350伏，集電極最大耗散功率W_CN＝50瓦，集電極最大電流I_CN＝5安培。制造時，采用n型〈111〉晶向的硅單晶，電阻率ρ_n＝2～4歐姆厘米，硼擴散或鋁擴散后再擴散硼形成p型基區，p型基區2的深度約35～40微米，硼擴散表面濃度為10¹⁷～10¹⁸/cm²。磷擴散形成發射區3，擴散深度15微米，表面濃度10²⁰～10²¹/cm²。槽的深度60～70微米，寬度為100～150微米。所制得的晶體管完全滿足上述參數要求，而且集電極擊穿電壓最高可達500多伏。電老化時的二次擊穿功率耐量特性差的管子比化學腐蝕法平均減少20%～30%。