瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝，該瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝包括兩個(gè)生產(chǎn)制程：擴(kuò)散制程及GPP制程。擴(kuò)散制程的步驟為：原硅片測(cè)試、原硅片清洗、附磷、磷擴(kuò)、磷晶分、單面吹砂、單吹清洗、涂硼、硼擴(kuò)、硼晶分、硼面吹砂、硼吹清洗；其中，步驟硼擴(kuò)包括一次硼擴(kuò)及二次硼擴(kuò);GPP制程的步驟依次為：氧化、一次光刻、溝槽蝕刻、燒光阻、溝槽清洗、形成SIPOS鈍化膜、玻璃鈍化、二次光刻、表面蝕刻、鍍鎳金。本發(fā)明的瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝，其減少了芯片缺陷，使電壓分布更集中，同時(shí)降低了反向漏電流。
【專利說明】瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域，特別涉及一種瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝，分為擴(kuò)散制程及GPP制程。
[0003]擴(kuò)散制程步驟為:原硅片測(cè)試一原硅片清洗一附磷一磷擴(kuò)散一磷晶分一單面吹砂一單吹清洗一涂硼一硼擴(kuò)散一硼晶分一硼吹一硼吹清洗。其中，涂硼后的硅片只進(jìn)行一次硼擴(kuò)散，其過程為:將硅片推入500°C的擴(kuò)散爐，控制擴(kuò)散爐以5°C /分鐘的速率升溫至1262°C，1262°C恒溫IOH后，再以4°C /分鐘的速率降溫至500°C后出爐。其降溫過程較快，使晶片易存在較大的缺陷，同時(shí)，只進(jìn)行一次恒定表面源擴(kuò)散與一次限定表面源擴(kuò)散，使電壓分布不集中。
[0004]GPP制程步驟為:氧化一一次光刻一溝槽蝕刻一燒光阻一溝槽清洗一玻璃鈍化一二次光刻一表面蝕刻一鍍鎳金。其溝槽清洗完，直接進(jìn)行玻璃鈍化以形成鈍化保護(hù)層。
[0005]如圖1所示，P (硼)區(qū)33的PN結(jié)界面的第一層就是玻璃鈍化層44，硅與玻璃的界面仍存在較高濃度的界面態(tài)、界面上玻璃中有微氣泡，使得器件工作時(shí)反向漏電流增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種減少芯片缺陷、降低反向漏電流的瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝包括兩個(gè)生產(chǎn)制程:擴(kuò)散制程及GPP制程:
擴(kuò)散制程的步驟依次為:原硅片測(cè)試、原硅片清洗、附磷、磷擴(kuò)、磷晶分、單面吹砂、單吹清洗、涂硼、硼擴(kuò)、硼晶分、硼面吹砂、硼吹清洗；其中，步驟硼擴(kuò)包括兩次硼擴(kuò)過程，分別為一次硼擴(kuò)及二次硼擴(kuò)；
GPP制程的步驟依次為:氧化、一次光刻、溝槽蝕刻、燒光阻、溝槽清洗、形成SIPOS鈍化膜、玻璃鈍化、二次光刻、表面蝕刻、鍍鎳金和劃片；
一次硼擴(kuò)及二次硼擴(kuò)的過程為:一次硼擴(kuò)的過程為:擴(kuò)散爐的初始溫度為500°C，以5°C /分鐘的速率升溫至1262°C，恒溫IOH后，再以1°C /分鐘的速率降溫至1150°C，恒溫IH后，以1°C /分鐘的速率降溫至500°C后出爐；二次硼擴(kuò)的過程為:擴(kuò)散爐的初始溫度為500°C，以5°C /分鐘的速率升溫至1262°C，恒溫2H后，再以1°C /分鐘的速率降溫至1150°C，恒溫IH后，以I°C /分鐘的速率降溫至500°C后出爐。
[0008]在一些實(shí)施方式中，形成SIPOS鈍化膜的過程為:在芯片P區(qū)PN結(jié)溝槽中做LPCVD，形成SIPOS鈍化膜。
[0009]本發(fā)明的瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝，其擴(kuò)散制程的硼擴(kuò)過程，將降溫的速率從4°C /分鐘降低到1°C /分鐘，以消除降溫過快產(chǎn)生的應(yīng)力與缺陷；同時(shí)，擴(kuò)散過程增加了 1150°C的退火過程，以消除高溫過程產(chǎn)生的應(yīng)力，減少芯片缺陷；再者，硼擴(kuò)散過程包括一次恒定表面源擴(kuò)散與兩次限定表面源擴(kuò)散，以形成更好的濃度梯度，使電壓分布更集中；其GPP制程中增加LPCVD工序，形成SIPOS鈍化膜，將氣泡阻隔在界面之外，降低了反向漏電流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝完成后芯片的剖面圖；
圖2為本發(fā)明一種實(shí)施方式的瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝中擴(kuò)散制程的流程圖；
圖3為本發(fā)明一種實(shí)施方式瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝中擴(kuò)散制程完成后芯片的剖面圖；
圖4為本發(fā)明一種實(shí)施方式的瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝中GPP制程的流程
圖；
圖5為本發(fā)明一種實(shí)施方式瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝中GPP制程完成后芯片的剖面圖；
圖6為本發(fā)明一種實(shí)施方式瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝中GPP制程關(guān)鍵流程狀態(tài)圖；
圖7為本發(fā)明一種實(shí)施方式瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝中一次光刻的流程狀態(tài)圖；
圖8為本發(fā)明一種實(shí)施方式瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝中溝槽蝕刻的流程狀態(tài)圖；
圖9為本發(fā)明一種實(shí)施方式瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝中玻璃鈍化的流程狀態(tài)圖；
圖10為本發(fā)明一種實(shí)施方式瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝中二次光刻的流程狀態(tài)圖；
圖11為本發(fā)明一種實(shí)施方式瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝中表面蝕刻的流程狀態(tài)圖；
圖12為本發(fā)明一種實(shí)施方式瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝中鍍鎳金的流程狀態(tài)圖；
圖13為本發(fā)明一種實(shí)施方式瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝中劃片的流程狀態(tài)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述說明。
[0012]如圖2至圖5示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝。
[0013]本發(fā)明的瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝包括兩個(gè)生產(chǎn)制程:擴(kuò)散制程及GPP制程。[0014]如圖2和圖3所示，擴(kuò)散制程的步驟包括:
Al:原硅片測(cè)試，測(cè)試原硅片的電阻率及厚度，以保證投料的準(zhǔn)確性。選取電阻率為
0.04-0.05 Q.cm，片厚為295-305 y m的N型硅材料雙磨片。
[0015]A2:原硅片清洗，去除原硅片表面的雜質(zhì)，以免影響后續(xù)步驟。其過程為:首先將裝有硅片的花籃置于混酸(硝酸，冰乙酸，氫氟酸的體積比:5:5:1)中腐蝕60秒，純水沖洗10分鐘；然后置于氫氟酸中5分鐘，純水沖洗10分鐘；接著將硅片置于哈摩粉溶液中，用頻率為2.8KHZ的超聲波超聲清洗20分鐘，純水沖洗10分鐘；再進(jìn)行熱純水超聲清洗20±lmin，純水沖洗10分鐘；最后用常溫IPA溶液進(jìn)行兩次脫水并進(jìn)烘箱烘干。
[0016]A3:附磷，將磷紙?jiān)锤街诠杵渲幸幻娴谋砻?，以備擴(kuò)散用。其過程為:從烘箱中取出裝有清洗好的硅片的花籃放在操作臺(tái)上；用鑷子取出磷紙放在兩片硅片之間，相鄰的兩片硅片共用一張磷紙，一籃片子磷紙擺放完成后，小心取下夾有磷紙的硅片將其垂直整齊地放在石英舟上，并用擋片塞緊進(jìn)低溫爐。
[0017]A4:磷擴(kuò)，將磷雜質(zhì)擴(kuò)散入硅片，形成磷結(jié)及高濃度N (磷)區(qū)。其過程為:低溫爐擴(kuò)散:初始爐溫280°C，以1°C /min的速率升溫至550°C恒溫1H，時(shí)間到后，將材料轉(zhuǎn)高溫爐。高溫爐擴(kuò)散:初始爐溫500°C，以5°C /min的速率升溫至1220°C，恒溫2H，以4°C /min的速率降溫至500°C，出爐。
[0018]A5:磷晶分，磷擴(kuò)完的片子泡于氫氟酸中24H左右，沖水60分鐘，并檢查片子是否完全分開后，泡IPA脫水，烘干，收片。
[0019]A6:單面吹砂，用吹除的方式消除磷擴(kuò)對(duì)硅片未附磷面所造成的影響。其過程為:硅片以50±5cm/min的傳動(dòng)速度速進(jìn)入真空吹砂室中，將未附磷面朝上，以0.9-1.3Kg/cm2的壓力進(jìn)行單面噴沙即可。
[0020]A7:單吹清洗，去除吹砂對(duì)硅片表面造成的污染，保證芯片電性不受影響。其過程為:首先將裝有硅片的花籃置于純水溢水超聲20分鐘，純水沖洗10分鐘；然后置于氫氟酸中5分鐘，純水沖洗10分鐘；接著將硅片置于哈摩粉溶液中，用頻率為2.8KHZ的超聲波超聲清洗20分鐘，純水沖洗10分鐘；再進(jìn)行熱純水超聲清洗20± lmin，純水沖洗10分鐘；最后用常溫IPA溶液進(jìn)行兩次脫水并進(jìn)烘箱烘干。
[0021]AS:涂硼，將硼雜質(zhì)涂敷在硅片未擴(kuò)散磷的一面表面，以備擴(kuò)散用；其過程為:配置好涂硼液，用美術(shù)筆頭沾取適量涂硼液。然后再旋轉(zhuǎn)的硅片未涂硼一面均勻地涂上一層硼液，涂好的硅片置于電熱板烘干，硼面相對(duì)，兩片一疊，將硅片疊好后垂直放于適應(yīng)舟上，并用擋片塞緊，進(jìn)硼擴(kuò)爐。
[0022]A9:硼擴(kuò)，將硼雜質(zhì)擴(kuò)散入硅片內(nèi)，以形成PN結(jié)及P (硼)區(qū)。硅片分兩次進(jìn)行硼擴(kuò):
一次硼擴(kuò)(A9a)的過程為:將硅片推入500°C的擴(kuò)散爐，控制擴(kuò)散爐以5°C /分鐘的速率升溫至1262°C，1262°C恒溫IOH后，再以1°C /分鐘的速率降溫至1150°C，1150°C恒溫IH后，以1°C /分鐘的速率降溫至500°C后出爐；
二次硼擴(kuò)(A9b)的過程為:將芯片推入500°C的擴(kuò)散爐，控制擴(kuò)散爐以5°C /分鐘的速率升溫至12621:，12621:恒溫211后，再以I°C /分鐘的速率降溫至1150°C，1150°C恒溫IH后，以1°C /分鐘的速率降溫至500°C后出爐；
AlO:硼面吹砂，去除硅片表面污染；其過程為:硅片以50±5cm/min的傳動(dòng)速度速進(jìn)入真空吹砂室中，將硼面朝上，以0.9-1.0Kg/cm2的壓力進(jìn)行噴沙即可。
[0023]All:硼吹清洗，去除吹砂對(duì)硅片表面造成的污染，保證芯片電性不受影響。其過程為:首先將裝有硅片的花籃置于純水溢水超聲20分鐘，純水沖洗10分鐘；然后將硅片置于哈摩粉溶液中，用頻率為2.8KHZ的超聲波超聲清洗20分鐘，純水沖洗10分鐘；再進(jìn)行熱純水超聲清洗20± lmin，純水沖洗10分鐘；最后用常溫IPA溶液進(jìn)行兩次脫水并進(jìn)烘箱烘干。
[0024]通過上述過程，完成了對(duì)N型硅材料芯片的擴(kuò)散制程，其芯片的剖視圖如圖3所示，其中部為N型襯底10，其兩側(cè)表面分別為N (磷)區(qū)20及P (硼)區(qū)30，其N (磷)區(qū)20及P (硼)區(qū)30與N型襯底10相交處分別為磷結(jié)12及PN結(jié)13。
[0025]本發(fā)明的瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝，其擴(kuò)散制程中，將步驟A9:硼擴(kuò)過程中，降溫的速率從4°C /分鐘降低到TC /分鐘，以消除降溫過快產(chǎn)生的應(yīng)力與缺陷；同時(shí)，擴(kuò)散過程增加了 1150°C的退火過程，以消除高溫過程產(chǎn)生的應(yīng)力，減少芯片缺陷；其次，本發(fā)明的瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝進(jìn)行一次恒定表面源擴(kuò)散與兩次限定表面源擴(kuò)散，以形成更好的濃度梯度，使電壓分布更集中。
[0026]如圖4和圖5所示，GPP制程的步驟包括:
B1:氧化，在擴(kuò)散片表面生長一層氧化層Bla (如圖6所示)，以便在光刻過程中提高表面對(duì)光阻的粘附性。氧化還有一個(gè)功能是能隔絕外界雜質(zhì)的污染，特別是金屬離子(鈉離子等)的污染。其過程為:氧化爐溫從室溫升到800°C，材料推進(jìn)爐內(nèi)，調(diào)整氮?dú)獾牧髁?L/min,干氧流量10L/min,濕氧流量10L/min,然后將爐溫從800°C以10°C /min的速率升溫至1000°C，恒溫lOmin，關(guān)閉氧氣，爐溫從1000°C以5°C /min的速率降溫至800°C，關(guān)閉氮?dú)?，材料出爐。
[0027]B2:一次光刻，以照相的原理，在擴(kuò)散片上刻畫出所要求晶粒大小的圖形B2b (如圖7所示)，為蝕刻做準(zhǔn)備。其過程包括:在擴(kuò)散片兩面各涂敷一層厚約5um的負(fù)性光刻膠B2a，然后在120°C的烘箱中烘烤30min，再在紫外光照下曝光30秒，最后在顯影液與漂洗液中浸泡2min即顯影完成，進(jìn)120°C烘箱烘烤30min，完成一次光刻。
[0028]B3:溝槽蝕刻，在芯片P (硼)區(qū)表面腐蝕出符合深度要求的網(wǎng)格形溝槽B3a (如圖8所示)，為鈍化作鋪墊。其過程為:一次光刻完的片子插片于花籃中，花籃置于氫氟酸中5min，去除氧化層，沖水lOmin，然后置于混合酸(硝酸，冰乙酸，氫氟酸的體積比:3:3:4)中12分鐘左右，要求溝槽被腐蝕深度達(dá)到140um左右，沖水20min，脫水進(jìn)烘箱烘干。
[0029]B4:燒光阻，設(shè)定燒結(jié)爐溫550°C，將溝槽蝕刻完的片子垂直插于石英舟的插槽中，每槽一片，整個(gè)石英舟置于燒結(jié)爐內(nèi)1H，即可將光刻膠完全清除。
[0030]B5:溝槽清洗，燒光阻完的片子插于花籃中，花籃置于混酸(硝酸，冰乙酸，氫氟酸的體積比:18:1:1)中反應(yīng)20秒，沖水10分鐘，然后置于I號(hào)液(純水:雙氧水:氨水=5:2:1)中煮5分鐘，沖水10分鐘，再置于2號(hào)液(純水:雙氧水:鹽酸=8:2:1)中煮5分鐘，沖水10分鐘，最后純水超聲20min，沖水10分鐘，異丙醇脫水進(jìn)烘箱烘干。
[0031]B6:形成SIPOS鈍化膜B6a，在芯片P (硼)區(qū)PN結(jié)溝槽中做LPCVD形成SIPOS鈍化膜B6a。其過程包括:在650°C爐溫，0.9-1.0托的氣壓下，以硅烷(SiH4)為反應(yīng)劑，一氧化二氮(N2O)為摻雜劑，反應(yīng)時(shí)間:30分鐘
氣體流量:SiH4 + N2流量38sccm (Isccm =每分鐘I標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氣體)，N20流量5.7sccm ;反應(yīng)原理=SiH4 + N2O 由 N2 攜帶> SixOy + N2 t + H2 個(gè)
B7:玻璃鈍化，在芯片溝槽中SIPOS鈍化膜B6a的基礎(chǔ)上刮涂一層玻璃漿料，并在100°C的烘箱中，烘烤30分鐘，然后在830°C的高溫爐中燒結(jié)1H，形成鈍化層B7a(如圖9所示)，使芯片達(dá)到一定耐壓，穩(wěn)定、可靠地工作。
[0032]B8:二次光刻，以照相的原理，使溝槽及芯片邊緣的玻璃鈍化層受到光刻膠的保護(hù)，便于在表面蝕刻中處理晶粒表面。其過程包括:片子做過玻璃鈍化層的那面涂敷一層厚約IOum的負(fù)性光刻膠B8a，然后在120°C的烘箱中烘烤30min，再在紫外光照下曝光50秒，最后在顯影液與漂洗液中浸泡5min即顯影完成，進(jìn)120°C烘箱烘烤30min，完成二次光刻。二次光刻完后廣品如圖10所不。
[0033]B9:表面蝕刻，對(duì)二次光刻完的芯片進(jìn)行表面處理；有利于下一步的鍍鎳，得到更好的鎳層。其過程為:將片子裝于花籃中，花籃置于氫氟酸與混酸中，以形成良好的鍍鎳區(qū)。而后沖水10分鐘，脫水烘干，最后將片子置于剝離液中去除光刻膠，沖水即完成表面蝕刻。表面蝕刻完成后廣品如圖11所不。
[0034]BlO:鍍鎳金，如圖12所示，包括:一次鍍鎳、鎳燒結(jié)、二次鍍鎳及鍍金。其在芯片表面形成良好的歐姆接觸與金屬鍍層BlOa以利于焊接。鍍鎳金完成后產(chǎn)品如圖12所示。
[0035]Bll:劃片，其過程為:將鍍金完的GPP片子貼上藍(lán)膜，由劃片機(jī)劃成晶粒，然后將晶粒從藍(lán)膜中剝離下來，最后將晶粒清洗包裝即完成整個(gè)工藝，劃片完成后如圖13所示。
[0036]通過上述過程，完成了對(duì)N型硅材料芯片的GPP制程，其芯片的剖視圖如圖5所示，芯片P (硼)區(qū)30中，芯片溝槽中玻璃鈍化層40與晶片P (硼)區(qū)30及N型襯底10間形成一 SIPOS鈍化膜50 。
[0037]本發(fā)明的瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝，其GPP制程中，增加LPCVD工序，LPCVD工序形成了 SIPOS鈍化膜50，SIPOS鈍化膜50不含固定正電荷、對(duì)可動(dòng)的堿金屬離子有一定的抑制作用以及與硅的低界面態(tài)和低界面應(yīng)力的結(jié)合特性，將其用于PN結(jié)表面的第一層鈍化介質(zhì)膜時(shí)能將氣泡阻隔在界面之外，從而降低了反向漏電流。
【權(quán)利要求】
1.瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝，其特征在于，包括兩個(gè)生產(chǎn)制程:擴(kuò)散制程及GPP制程: 所述擴(kuò)散制程的步驟依次為:原硅片測(cè)試、原硅片清洗、附磷、磷擴(kuò)、磷晶分、單面吹砂、單吹清洗、涂硼、硼擴(kuò)、硼晶分、硼面吹砂、硼吹清洗；其中，步驟硼擴(kuò)包括兩次硼擴(kuò)過程，分別為一次硼擴(kuò)及二次硼擴(kuò)； 所述GPP制程的步驟依次為:氧化、一次光刻、溝槽蝕刻、燒光阻、溝槽清洗、形成SIPOS鈍化膜、玻璃鈍化、二次光刻、表面蝕刻、鍍鎳金和劃片； 所述一次硼擴(kuò)及二次硼擴(kuò)的過程為:一次硼擴(kuò)的過程為:擴(kuò)散爐的初始溫度為500°C，以5°C /分鐘的速率升溫至1262°C，恒溫IOH后，再以1°C /分鐘的速率降溫至1150°C，恒溫IH后，以TC /分鐘的速率降溫至500°C后出爐；二次硼擴(kuò)的過程為:擴(kuò)散爐的初始溫度為500°C，以5°C /分鐘的速率升溫至1262°C，恒溫2H后，再以1°C /分鐘的速率降溫至1150°C，恒溫IH后，以1°C /分鐘的速率降溫至500°C后出爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制作工藝，其特征在于，所述形成SIPOS鈍化膜的過程為:在芯片P區(qū)PN結(jié)溝槽中做LPCVD，形成SIPOS鈍化膜。
【文檔編號(hào)】H01L21/329GK103606521SQ201310335334
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】應(yīng)燕霞, 李國良, 陸延年, 劉海花 申請(qǐng)人:南通康比電子有限公司