專利名稱：低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體芯片，尤其涉及一種低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片。 本發(fā)明還涉及一種低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
過壓保護晶閘管器件是一種通信系統(tǒng)中防止雷電浪涌的器件，其重要的一個特征是器件 的結(jié)電容，電容越小，傳輸損耗就越小，對通訊質(zhì)量的影響就越小，隨著通信設(shè)備使用的頻 率越來越高，器件的電容越發(fā)影響到通訊質(zhì)量，所以減小器件的電容值非常重要。而一般過 壓保護晶閘管器件的結(jié)電容都比較大，且受過壓保護晶閘管器件的過壓保護能力的影響，即 器件的抗瞬時浪涌能力。浪涌能力值越高，器件所需的芯片面積越大，電容值就越大，這樣 就嚴(yán)重限制了過壓保護晶閘管器件在高頻通訊領(lǐng)域的應(yīng)用。而且國內(nèi)外制做過壓保護晶閘管 器件時，由于電壓值要求范圍窄，所以在制做過程中，對材料的電阻率要求很嚴(yán)格，電阻率 范圍值和電阻率必須很小，以滿足電壓公式Vb《P a (C是常數(shù)，a—般取0.75)，但目前單晶 材料的摻雜濃度很難控制的很均勻，這也使得工藝生產(chǎn)控制的難度極大，電壓一致性比較差 ，而且由于電阻率低，電容值受材料電阻率的限制，不易降低，都比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片。
本發(fā)明的另一目的是提供一種低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片，包括金屬電極T1和T2、 N+發(fā)射區(qū)、N一型長基區(qū) 、P型短基區(qū)，所述芯片周圍蝕刻有外溝槽，所述芯片內(nèi)部設(shè)立一段N型離子注入?yún)^(qū)，所述N 型離子注入?yún)^(qū)在蝕刻溝槽外的P型短基區(qū)下形成一個N型區(qū)域埋層。
N型離子注入?yún)^(qū)的寬度為30 150um。
一種低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片的生產(chǎn)方法，該方法包括以下步驟硅片拋光、 氧化、P型短基區(qū)擴散、光刻N+發(fā)射區(qū)窗口、 N+發(fā)射區(qū)擴散、光刻刻蝕溝槽、溝槽腐蝕、玻 璃鈍化、光刻引線孔、雙面蒸鍍電極、合金、芯片測試和鋸片，在硅片氧化后，P型短基區(qū) 擴散步驟之前，先做雙面光刻N型離子注入?yún)^(qū)，利用氧化膜的掩蔽作用，采用雙面N型離子注 入，N型離子注入?yún)^(qū)的注入劑量為5E12 2. 0E14 ions/cm2， N型離子注入?yún)^(qū)的寬度為30 150um;在N型離子注入氧化和擴散后，形成一個局部的N型摻雜區(qū)；經(jīng)過P型短基區(qū)擴散后， 最終形成了一個在P型短基區(qū)下的N型區(qū)域埋層，該N型區(qū)域埋層的摻雜濃度為l. 0E15 6.0E15cm—3。
本發(fā)明的優(yōu)點是該方法工藝簡單，加工方便，且提高了硅單晶材料使用范圍，提高了 產(chǎn)品電壓的一致性和可控性，降低了產(chǎn)品的電容值。


圖l為本發(fā)明的縱向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的橫向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的線路符號圖。
圖4為本發(fā)明的伏安特性。
圖5為現(xiàn)有技術(shù)的縱向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、外溝槽，2、金屬電極T1和T2， 3、 N+發(fā)射區(qū)，4、 P型短基區(qū)，5、 N—型長基 區(qū)，6、 N型區(qū)域埋層區(qū)，7、 N型離子注入?yún)^(qū)。
具體實施例方式
如圖1至4所示，本發(fā)明的一種低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片，包括金屬電極T1和T2 2、 N+發(fā)射區(qū)3、 N一型長基區(qū)5、 P型短基區(qū)4，所述芯片周圍蝕刻有外溝槽l，所述芯片內(nèi)部設(shè) 立一段N型離子注入?yún)^(qū)7， N型離子注入?yún)^(qū)7在P型短基區(qū)4下形成一個N型區(qū)域埋層6， N型離 子注入?yún)^(qū)7的寬度為30 150um。其生產(chǎn)方法包括以下步驟硅片拋光、氧化、P型短基區(qū)擴 散、光刻N+發(fā)射區(qū)窗口、 N+發(fā)射區(qū)擴散、光刻刻蝕溝槽、溝槽腐蝕、玻璃鈍化、光刻引線孔 、雙面蒸鍍電極、合金、芯片測試和鋸片，在硅片氧化后，P型短基區(qū)4擴散步驟之前，先做 雙面光刻N型離子注入?yún)^(qū)7，利用氧化膜的掩蔽作用，采用雙面N型離子注入，N型離子注入?yún)^(qū) 7的注入劑量為5E12 2. 0E14 ions/cm2。在N型離子注入氧化和擴散后，形成一個局部的N型 摻雜區(qū)；經(jīng)過P型短基區(qū)4擴散后，最終形成了一個在P型短基區(qū)4下的N型區(qū)域埋層6，該N型 區(qū)域埋層6的摻雜濃度為1. 0E15 6. 0E15cm—3;通過調(diào)整N型區(qū)域埋層6的濃度，從而調(diào)制器 件的雪崩擊穿電壓值，而其他區(qū)域的N—型長基區(qū)5摻雜濃度的變化不影響器件的電壓變化。
本發(fā)明一種低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片的具體生產(chǎn)方法如下
1. 硅單晶片要求P=30-40-50-60Q cm，硅單晶片厚度245士 10um。
2. 硅單晶片化學(xué)腐蝕
a.先配制好腐蝕液按重量比HF:冰醋酸麗03=1: 2:(1.5 2. 5)(其中HF是濃度 為48%的溶液，冰醋酸是純的，HN03是濃度為68X的溶液)，配制腐蝕液；b. 將待腐蝕的硅單晶片插入25槽的片架中；
c. 將腐蝕液的溫度控制在6-9'C;
d. 將插有硅單晶片的片架置入腐蝕頁中進行腐蝕，并不斷上、下提動，腐蝕時間控制在 6-10min (要求的厚度不同、腐蝕時間不同)；
e. 腐蝕后的硅片厚度t二200士10um;
f. 腐蝕完成后，取出片架，用去離子水沖洗15遍。
3. 氧化
a. 將待氧化的硅單晶片用甩干機甩干；
b. 將甩干后的硅單晶片插在擴散舟上，將插有硅單晶片的擴散舟送入擴散爐的恒溫區(qū)內(nèi) ，在擴散管道內(nèi)通入5 L/min的純凈干氧氣；
c. 開啟擴散爐進行升溫，用4小時升到T^120士20。C;
d. 當(dāng)溫度達到T^120士2(TC并恒定后，將干氧氣改為濕氧氣，并開始計時，通濕氧氣的 時間為1=4. 5士lh;到時后再將濕氧氣更換成干氧氣，時間為t^.5h;
e. 到時后開始降溫，用6-8h將溫度由T^120士2(TC降至50(rC以下，拉出有硅單晶片的 擴散舟，將硅單晶片取出插到片架上，進行檢驗；
f. 檢驗氧化層厚度要求氧化層厚度4.0-1.2um。
4. 雙面光刻N型離子注入?yún)^(qū)窗口
a. 勻膠(用蘇州HFJ220膠(紫外負型光刻膠)，轉(zhuǎn)速6000rpm，勻膠時間35sec);
b. 前烘(將勻膠后的硅片放入100士5。C的烘箱中烘烤25-30min) ; c.曝光(用N型離子 注入?yún)^(qū)版掩蔽，紫外線曝光，曝光時間6-9秒)；
d. 顯影(將曝光后的硅片浸入HFJ2200型顯影液(液狀光刻膠顯影液)中，浸泡6-8min ，取出后甩干)；
e. 堅膜(將顯影后的硅片放入140士5。C的烘箱中烘烤30-40min);
f. 腐蝕(將堅膜后的硅片浸入42%氫氟酸96%氟化銨去離子水4mL: 2g: 3.3mL的 Si02腐蝕液中，溫度為37士2。C，腐蝕時間6-8min，取出后用去離子水沖10次)；
g. 去膠(將腐蝕后的硅片放入95-98%濃硫酸35±2%雙氧水=1: 4的去膠液中，浸泡 6-8min，將硅片取出，用去離子水沖洗12次)。
5. 離子注入N型雜質(zhì)
使用離子注入機，雙面注入N型雜質(zhì)磷，高壓30KV，注入劑量為5. 0E12 2. 0E14 ions/cm2 (根據(jù)器件電壓值選擇不同的注入劑量)。6. 氧化擴散
a. 將已做離子注入后的硅片插在擴散舟上，將插有硅單晶片的擴散舟送入擴散爐的恒溫 區(qū)內(nèi)，在擴散管道內(nèi)通入5 L/min的純凈氧氣；
b. 開啟擴散爐進行升溫，用4小時升到T^260士15。C;
c. 當(dāng)溫度達到T^260士15。C并恒定后，開始計時，擴散時間為t二20 100h;
d. 到時后開始降溫，用6-8h將溫度由T^260士15。C降至50(TC以下，拉出有硅單晶片的 擴散舟，將硅單晶片取出插到片架上，進行檢驗；
f.檢驗擴散Xj: 要求Xj^45士15um。
7. P型短基區(qū)擴散
a. 將待擴散的硅片涂敷B30擴散源(液狀硼擴散源)，然后插在擴散舟上，將插有硅單 晶片的擴散舟送入擴散爐的恒溫區(qū)內(nèi)，在擴散管道內(nèi)通入6 L/min的純凈氮氣和0. 18 L/min 的純凈氧氣；
b. 開啟擴散爐進行升溫，用4小時升到T^020士15。C;
c. 當(dāng)溫度達到T^020士15。C并恒定后，開始計時，擴散時間為t^.2士0.2h;
d. 到時后開始降溫，用4-6h將溫度由T^020士15。C降至50(TC以下，拉出有硅單晶片的 擴散舟，將硅單晶片取出插到片架上，進行檢驗；
e. 檢驗擴散R口 要求R口二30士2Q/口；
f. 將預(yù)擴散后的硅片插在擴散舟上，將插有硅單晶片的擴散舟送入擴散爐的恒溫區(qū)內(nèi)， 在擴散管道內(nèi)通入5 L/min的純凈氧氣；
g. 開啟擴散爐進行升溫，用4小時升到T^260士15。C;
h. 當(dāng)溫度達到T^260士15。C并恒定后，開始計時，擴散時間為t^8士4h;
i. 到時后開始降溫，用6-8h將溫度由T^260士15。C降至50(TC以下，拉出有硅單晶片的 擴散舟，將硅單晶片取出插到片架上，進行檢驗；
j.檢驗擴散R口、 Xj:要求R口二60士5Q/口， Xj=25±5um。
8. 光刻N+發(fā)射區(qū)窗口
a. 勻膠(用蘇州HFJ220膠，轉(zhuǎn)速6000rpm，勻膠時間35sec);
b. 前烘(將勻膠后的硅片放入100士5。C的烘箱中烘烤25-30min) ; c.曝光(用N+發(fā)射區(qū) 版掩蔽，紫外線曝光，曝光時間6-9秒)；
d. 顯影(將曝光后的硅片浸入HFJ2200型顯影液中，浸泡6-8min，取出后甩干)；
e. 堅膜(將顯影后的硅片放入140士5。C的烘箱中烘烤30-40min);f. 腐蝕(將堅膜后的硅片浸入42%氫氟酸96%氟化銨去離子水4mL: 2g: 3.3mL的 Si02腐蝕液中，溫度為37士2。C，腐蝕時間6-8min，取出后用去離子水沖10次)；
g. 去膠(將腐蝕后的硅片放入95-98%濃硫酸35±2%雙氧水=1: 4的去膠液中，浸泡 6-8min，將硅片取出，用去離子水沖洗12次)。
9. N+發(fā)射區(qū)擴散
a. 將待擴散的硅片插在擴散舟上，將插有硅單晶片的擴散舟送入擴散爐的恒溫區(qū)內(nèi)，在 擴散管道內(nèi)通入5 L/min的純凈氮氣和2 L/min的純凈氧氣；
b. 開啟擴散爐進行升溫，用4小時升到T^050士15。C;
c. 當(dāng)溫度達到T^050士15。C并恒定后，再通入1.8 L/min的攜源氮氣，源為高純?nèi)妊?磷，開始計時，擴散時間為t^.2士0.2h，到時后關(guān)閉攜源氮氣，繼續(xù)恒溫0.3h;
d. 到時后開始降溫，用3-4h將溫度由T^050士15。C降至50(TC以下，拉出有硅單晶片的 擴散舟，將硅單晶片取出插到片架上，進行檢驗；
e. 檢驗擴散R口 要求R口^.8士0.2Q/口；
f. 將待再分布的硅片插在擴散舟上，將插有硅單晶片的擴散舟送入擴散爐的恒溫區(qū)內(nèi)， 在擴散管道內(nèi)通入5 L/min的純凈氧氣；
g. 開啟擴散爐進行升溫，用4小時升到T^100士15。C;
h. 當(dāng)溫度達到T^100士15。C并恒定后，開始計時，擴散時間為t二4士lh;
i. 到時后開始降溫，用6-8h將溫度由T^100士15。C降至50(TC以下，拉出有硅單晶片的 擴散舟，將硅單晶片取出插到片架上，進行檢驗；
j.檢驗擴散Xj:要求Xj42士2um。
10. 光刻溝槽窗口
a. 勻膠(用BN308膠(紫外負型光刻膠)，轉(zhuǎn)速3000rpm，勻膠時間40sec);
b. 前烘(將勻膠后的硅片放入100士5。C的烘箱中烘烤25-30min) ; c.曝光(用溝槽版掩 蔽，紫外線曝光，曝光時間6-9秒)；
d. 顯影(將曝光后的硅片浸入HFJ2200型顯影液中，浸泡6-8min，取出后甩干)；
e. 堅膜(將顯影后的硅片放入140士5。C的烘箱中烘烤30-40min);
f. 腐蝕窗口處的Si02 (將堅膜后的硅片浸入42%氫氟酸96%氟化銨去離子水4mL: 2g: 3. 3mL的Si02腐蝕液中，溫度為37士2。C，腐蝕時間6-8min，取出后用去離子水沖10次)
g. 堅膜(將顯影后的硅片放入140士5。C的烘箱中烘烤30-40min)。11. 溝槽腐蝕
濕法腐蝕同時腐蝕雙面溝槽，腐蝕液是重量比為HF:冰醋酸HN03=1: 1: (1.5 2. 5 )的混合液(其中HF是濃度為48X的溶液，冰醋酸是純的，HN03是濃度為68X的溶液)，腐 蝕時將腐蝕液的溫度控制在9 12'C，腐蝕時間控制在5 8min，腐蝕后的溝槽深度為 50-70咖。
12. 玻璃鈍化膜沉積
配制INK: 乙基纖維素丁基卡畢醇=(2.5-3.2) g :100 ml;持續(xù)攪拌；直至充分溶 解；玻璃漿料調(diào)制INK: GP230玻璃粉4:(2-3);攪拌直至完全均勻，刮涂玻璃漿料 :用塑料刮刀將玻璃漿料刮到硅片的溝槽中；要求將溝槽填平，在120士1(TC的熱板上烘 60-70Sec;燒出溫度470-49CTC，時間15-35min (N2: 2-3 L/min， 02: 2-3 L/min保護)； 用擦盤將溝槽外的玻璃粉擦掉；燒成溫度860士1(TC，時間5-15min (N2: 2-3 L/min， 02: 2-3 L/min保護)。
13. 光刻引線孔
a. 勻膠(用BN308膠，轉(zhuǎn)速3000rpm，勻膠時間40sec);
b. 前烘(將勻膠后的硅片放入100士5。C的烘箱中烘烤25-30min) ; c.曝光(用引線孔版 掩蔽，紫外線曝光，曝光時間6-9秒)；
d. 顯影(將曝光后的硅片浸入HFJ2200型顯影液中，浸泡6-8min，取出后甩干)；
e. 堅膜(將顯影后的硅片放入140士5。C的烘箱中烘烤30-40min);
f. 腐蝕窗口處的Si02 (將堅膜后的硅片浸入42%氫氟酸96%氟化銨去離子水4mL: 2g: 3. 3mL的Si02腐蝕液中，溫度為37士2。C，腐蝕時間6-8min，取出后用去離子水沖10次)
g. 去膠(將腐蝕后的硅片放入95-98%濃硫酸35±2%雙氧水=1: 4的去膠液中，浸泡 6-8min，將硅片取出，用去離子水沖洗12次)。
14. 蒸鍍雙面電極
用MARK50高真空電子束蒸發(fā)臺蒸鍍Ti-Ni-Ag， 11膜厚=1000-2000 ; Ni膜厚 =5000-7000 ; Ag膜厚二 1.0-2.0咖。按設(shè)備操作規(guī)程進行預(yù)抽、預(yù)抽達到2Pa以下時，關(guān)閉 予抽閥、打開高閥進行高抽；待真空室的壓強達到4X10—咔a時打開工件轉(zhuǎn)動并開啟烘烤電 源，當(dāng)烘烤溫度達到18(TC后恒溫30分鐘，關(guān)閉烘烤電源；待真空達到2X10—^a時開啟電子 槍電源，延時3分鐘后開高壓、調(diào)節(jié)燈絲電流進行Ti源的預(yù)熔；Ti源的預(yù)熔用O. 4A的束流進 行掃描，當(dāng)觀察到Ti源已經(jīng)融化在一起，Ti源的表面已無氧化物時，打開檔板用0.4A的束流進行慢蒸l分鐘；然后轉(zhuǎn)動坩堝，調(diào)節(jié)燈絲電流進行Ni源的預(yù)熔；Ni源的預(yù)熔用O. 4A的束流 進行掃描，當(dāng)觀察到Ni源已經(jīng)融化在一起，Ni源的表面已無氧化物時，打開檔板用0.4A的束 流進行慢蒸3分鐘；然后轉(zhuǎn)動坩堝，調(diào)節(jié)燈絲電流進行Ag源的預(yù)熔；Ag源的預(yù)熔用O. 6A的束 流進行掃描，當(dāng)觀察到Ag源已經(jīng)融化在一起，Ag源的表面已無氧化物時，打開檔板用0.6A的 束流進行慢蒸5分鐘；蒸鍍結(jié)束后將燈絲電流調(diào)到零，關(guān)閉擋板，關(guān)閉高壓，關(guān)閉高真空計
和工件轉(zhuǎn)動，再關(guān)高閥、前級閥、關(guān)主泵；對真空室進行冷卻，待冷卻10分鐘以后開始充氣
，充氣時氮氣流量《2 L/min;充氣結(jié)束，打開真空室，取出硅片； 重復(fù)上述過程蒸鍍另 一面電極。
15. 反刻雙面金屬電極
a. 勻膠(用BN308膠，轉(zhuǎn)速3000rpm，勻膠時間40sec);
b. 前烘(將勻膠后的硅片放入100士5。C的烘箱中烘烤25-30min) ; c.曝光(用背面反刻 版掩蔽，紫外線曝光，曝光時間6-9秒)；
d. 顯影(將曝光后的硅片浸入HFJ2200型顯影液中，浸泡6-8min，取出后甩干)；
e. 堅膜(將顯影后的硅片放入140士5。C的烘箱中烘烤30-40min);
f. 腐蝕窗口處的Ti-Ni-Ag (將堅膜后的硅片浸入HF:冰醋酸麗03=1: 1: (15 25) 的混合腐蝕液中，其中HF是濃度為48X的溶液，冰醋酸是純的，HN03是濃度為68X的溶液，溫 度為25士3。C，腐蝕時間6-8min，取出后用去離子水沖10次)；
g. 去膠(將腐蝕后的硅片放入剝離液中浸泡3-6min，將硅片取出，用去離子水沖洗12次
)c
16. 合金
將待合金的硅片插在擴散舟上，將插有硅片的擴散舟送入擴散爐的恒溫區(qū)內(nèi)，在擴散管 道內(nèi)通入5 L/min的純凈氮氣，恒溫溫度490-52(TC，恒溫20-30min，然后取出。
17. 硅片測試
用JUNO的自動臺進行測試V腿、BVCB0、 Icbo等參數(shù)，用PTHY2300測試lH、 Vt等參數(shù)，用電 容測試儀測試結(jié)電容Co。
18. 鋸片
用砂輪切割機(鋸片機)對硅片進行切割，速度為20-30mm/sec。
19. 芯片包裝。
權(quán)利要求
1.一種低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片，包括金屬電極T1和T2、N+發(fā)射區(qū)、N型長基區(qū)、P型短基區(qū)，所述芯片周圍蝕刻有外溝槽，其特征是所述芯片內(nèi)部設(shè)立一段N型離子注入?yún)^(qū)，所述N型離子注入?yún)^(qū)在蝕刻溝槽外的P型短基區(qū)下形成一個N型區(qū)域埋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片，其 特征是N型離子注入?yún)^(qū)的寬度為30 150um。
3.一種低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片的生產(chǎn)方法，該方法包括 以下步驟硅片拋光、氧化、P型短基區(qū)擴散、光刻N+發(fā)射區(qū)窗口、 N+發(fā)射區(qū)擴散、光刻刻 蝕溝槽、溝槽腐蝕、玻璃鈍化、光刻引線孔、雙面蒸鍍電極、合金、芯片測試和鋸片，其特 征是在硅片氧化步驟后，P型短基區(qū)擴散步驟之前，先做雙面光刻N型離子注入?yún)^(qū)，利用氧化 膜的掩蔽作用，采用雙面N型離子注入，N型離子注入?yún)^(qū)的注入劑量為5E12 2.0E14 ions/cm2， N型離子注入?yún)^(qū)的寬度為30 150um;在N型離子注入氧化和擴散后，形成一個局 部的N型摻雜區(qū)；經(jīng)過P型短基區(qū)擴散后，最終形成了一個在P型短基區(qū)下的N型區(qū)域埋層，該 N型區(qū)域埋層的摻雜濃度為l. 0E15 6. 0E15cm-3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低結(jié)電容過壓保護晶閘管器件芯片和其生產(chǎn)方法，該芯片包括金屬電極T1和T2、N⁺發(fā)射區(qū)、N^-型長基區(qū)、P型短基區(qū)，所述芯片周圍蝕刻有外溝槽，所述芯片內(nèi)部設(shè)立一段N型離子注入?yún)^(qū)，在蝕刻溝槽外的P型短基區(qū)下形成一個N型區(qū)域埋層，其生產(chǎn)方法是在硅片氧化后，在P型短基區(qū)擴散步驟前，增加了三步工藝步驟，雙面光刻N型離子注入?yún)^(qū)、雙面N型離子注入、N型離子注入氧化和擴散，經(jīng)過P型短基區(qū)擴散后，在P型短基區(qū)下形成一個N型區(qū)域埋層。該方法工藝簡單，加工方便，且改善了產(chǎn)品的性能，提高了產(chǎn)品電壓的一致性和可控性。
文檔編號H01L29/66GK101587907SQ20091030194
公開日2009年11月25日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者吳家健, 王成森, 薛治祥, 顏呈祥, 黎重林 申請人:啟東市捷捷微電子有限公司