一種適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件及製造方法與流程

2023-05-07 04:14:31

本發明涉及到肖特基器件及其製造流程，主要涉及一種適用小型化封裝的、適用於半橋整流的肖特基器件及其製造方法。

背景技術：

肖特基屬於單極器件，其反向恢復時間極短，使其被廣泛的應用於高頻整流電路中，又因其具有低的正向飽和壓降的特點，功耗低，被廣泛應用；又隨著手持設備的發展及功能更多樣化，要求在一個PCB板上將排布更多的器件，進而要求器件朝著更小型化的方向發展，而一個器件的尺寸，即塑封體的尺寸，通常比框架尺寸大60微米以上的塑封餘量，框架的尺寸比晶片的尺寸大60微米以上的上偏餘量，而塑封餘量、上偏餘量由封裝廠的設備能力決定，不易縮小，因此器件的封裝體小型化，需要從封裝的器件的晶片尺寸上著手；通常一個半橋封裝的肖特基整流器，是將兩個普通的肖特基晶片並排著共陰結構封裝在一個塑封體內，如圖1所示，因此，普通的半橋整流肖特基器件的尺寸，要比兩顆肖特基晶片之和還大120微米以上，而120微米的封裝餘量很難改變，因此只能減小晶片尺寸，但是晶片尺寸減小，電流密度將增加，同等條件下，電流密度增加會導致功耗增加，因此減小晶片尺寸來降低封裝體的尺寸，會帶來功耗增加問題；半橋整流肖特基器件也是面臨此問題，因此行業內的技術人員做出了很多的努力，本發明提出的肖特基器件，通過結構創新設計，可實現同等功率的半橋整流肖特基器件的晶片，尺寸降低約一半，進而可降低封裝體的尺寸，實現半橋整流肖特基器件的小型化封裝，如圖2所示，並且通過優化整合的製造方法，製造成品並未增加過多，使本發明的器件更具競爭性。

技術實現要素：

本發明提出了一種適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件及製造方法，通過半橋整流肖特基器件的晶片結構設計創新，在一個肖特基晶片結構中，包含了兩個共陰結構的肖特基器件，使得本發明的器件具有共陰的半橋整流肖特基器件的功能；另外本發明，提出了優化整合的製造流程，與傳統的肖特基晶片製造流程兼容，可以更容易的獲得本發明的半橋整流肖特基器件結構。

本發明提出了一種適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件及製造方法。

1、一種適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件0，其特徵在於結構包括：在高摻雜的N+襯底矽片的兩個表面上，雙面外延形成上外延層和下外延層N-，在上外延層表面，有一個肖特基勢壘區4，在勢壘區邊緣處，有P+保護環3,在P+保護環3外側，有厚的介質絕緣層2，肖特基勢壘區表面的金屬層形成器件的上陽極5；上外延層的邊緣，圍繞一個擴通外延層，且與N+襯底層相交的高濃度的N型摻雜環1，高濃度的N型摻雜環1表面有薄的絕緣介質層6，高濃度摻雜環1上的金屬層形成器件的共陰極10；在下外延層表面，有一個肖特基勢壘區14，在勢壘區邊緣處，有P+保護環13，在P+保護環13外側，有厚的介質絕緣層12，肖特基勢壘區表面的金屬層形成器件的下陽極15；下外延層的邊緣，圍繞一個擴通外延層，且與N+襯底層相交的高濃度的N型摻雜環11，高濃度的N型摻雜環11表面有薄的絕緣介質層16，薄絕緣介質層16與厚絕緣介質層12，有臺階差。

2、本發明的一種適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件，其特徵在於：N+襯底矽片濃度區高於5E18atm/cm3，N-外延層濃度在5E14 atm/cm3至7E15atm/cm3之間，高濃度的N型摻雜環11表面濃度高於5E19atm/cm3。

3、本發明的一種適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件，其特徵在於：N+襯底矽片為雙面拋光片，片厚340微米至360微米之間，上、下N-外延層厚度相同，在4微米至20微米之間，高濃度的N型摻雜環1、11的擴散深度比N-外延層厚度多3微米以上，P+保護環3、13表面摻雜硼濃度在8E18atm/cm3至8E19atm/cm3，表面厚絕緣介質層2、12厚度在3微米至10微米之間，P+保護環3、13結深在2微米至4微米之間，表面薄絕緣介質層6、16厚度在0.4微米至0.6微米之間。

4、本發明的一種適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件0器件，其特徵在於：在一個器件上，具有2個肖特基勢壘結，兩個肖特基勢壘結，呈共陰結構。

5、本發明的一種適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件的製造方法，其特徵在於：可形成一種適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件的製造流程，包括如下步驟：

A、在雙面拋光的高濃度摻雜的N+單晶矽片上，通過外延技術，在N+單晶片的上、下表面，形成厚度相同的外延層，再通過熱氧化工藝，低壓氣相生長技術，在上下表面形成厚的絕緣介質層，經過第一次雙面光刻、槽式溼法腐蝕，在上、下面的高濃度的N型摻雜環的窗口同時刻開，通過三氯氧磷氣體攜帶式熱分解工藝進行磷雜質摻雜，經過高溫推結工藝，高濃度的N型摻雜環1、11同時形成，並在表面形成薄氧化層；

B、進行第二次雙面光刻、槽式溼法腐蝕，將上、下面的P+保護環的窗口同時刻開，上、下面分別通過硼雜質注入，注入後進行高溫推結，P+保護環3、13同時形成，並在表面形成薄氧化層；

C、進行第三次雙面光刻、槽式溼法腐蝕，將上、下面的肖特基勢壘區的窗口刻開，並將高濃度的N型摻雜環的引線孔刻開，再採用濺射工藝，上、下面分別進行肖特基勢壘金屬澱積，澱積後採用爐管合金工藝進行肖特基勢壘合金，由於高濃度的N型摻雜環的磷濃度過高，不能形成肖特基勢壘結，而肖特基勢壘區的磷濃度不高，可以形成肖特基勢壘結，最終在上、下面的肖特基勢壘區窗口同時形成肖特基勢壘結4、14；

D、上、下面分別採用金屬蒸發工藝，進行金屬澱積，在上、下面形成金屬層，經過第四次雙面光刻，槽式溼法腐蝕，將上、下表面的金屬腐蝕開，在上表面形成上陽極5、共陰極10，在下表面形成下陽極15，最終形成本發明器件0的結構。

6、本發明的一種適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件的製造方法，其特徵在於：採用雙面光刻、槽式溼法腐蝕工藝，同時形成上、下面的結構窗口，同時進行上、下面推結、合金，可形成對稱一致的結構，兩個肖特基結的整流能力對稱性好。

附圖說明

圖1為普通共陰半橋肖特基器件封裝尺寸說明圖；

圖2為本發明半橋肖特基器件封裝尺寸說明圖；

圖3 為本發明的肖特基器件的縱向結構示意圖。

具體實施方式

圖1示出了普通共陰半橋肖特基器件封裝尺寸說明圖，圖中示出的尺寸26為器件的封裝的橫向尺寸，該器件由兩個肖特基器件的晶片23並排置於金屬框架22內，金屬框架22及肖特基器件的晶片被塑封料21包裹，其中，肖特基器件的晶片邊緣與金屬框架的邊緣之間的距離，通常稱為上偏餘量，一般單邊的上偏餘量尺寸要大於30微米，以防止焊料溢出量以及上片設備的能力形成的偏差，而金屬框架的邊緣到塑封料外沿的距離，通常稱為塑封餘量，一般單邊的塑封餘量尺寸要大於30微米，用以防止模具及機械偏差導致框架外漏，因此通常情況下，器件的封裝尺寸要比肖特基器件的晶片尺寸大120微米以上。

圖2示出了採用本發明的半橋整流肖特基器件的封裝尺寸說明圖，圖中示出的本發明的器件的封裝的橫向尺寸36，該器件由一個本發明的肖特基器件的晶片33並排於金屬框架32內，金屬框架32及肖特基器件的晶片被塑封料31包裹，其中，單邊的上偏餘量尺寸要大於30微米，單邊的塑封餘量尺寸要大於30微米，因此器件的封裝尺寸要比肖特基器件的晶片尺寸大120微米以上，但本發明的肖特基器件的晶片只用一顆，就可以實現半橋整流功能，而一顆肖特基器件的晶片的尺寸，與普通封裝的半橋整流肖特基器件的晶片尺寸相當，因此採用本發明的半橋整流肖特基器件的最終尺寸，比傳統的普通半橋整流肖特基器件的尺寸，要降低接近一半，進而實現器件的小型化封裝，使單位的PCB板上可以組裝更多的器件，實現更多的功能。

圖3示出了本發明的適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件的縱向結構示意圖，圖中示出的器件0，是在濃度高於5E18atm/cm3的高摻雜的N+襯底矽片的上、下兩個表面上，通過雙面外延形成上外延層N-和下外延層N-，在上外延層表面，肖特基勢壘技術金屬與濃度在5E14 atm/cm3至7E15atm/cm3之間的上外延層N-，通過合金工藝，形成上肖特基勢壘區4，在上肖特基勢壘區4邊緣處，有P+保護環3，在P+保護環3外側，有厚的介質絕緣層2，肖特基勢壘區表面的金屬層與肖特基勢壘區形成歐姆接觸，形成器件的上陽極5；上外延層的邊緣，圍繞一個擴通外延層，且與N+襯底層相交的表面濃度高於5E19atm/cm3的高濃度的N型摻雜環1，高濃度的N型摻雜環1表面有薄的絕緣介質層6，高濃度摻雜環1上的金屬層與高濃度摻雜環形成歐姆接觸，形成器件的共陰極10；在下外延層表面，同樣有下肖特基勢壘區14，在肖特基勢壘區14邊緣處，有P+保護環13，在P+保護環13外側，有厚的介質絕緣層12，肖特基勢壘區表面的金屬層形成器件的下陽極15；下外延層的邊緣，圍繞一個擴通外延層，且與N+襯底層相交的高濃度的N型摻雜環11，高濃度的N型摻雜環11表面有薄的絕緣介質層16，薄絕緣介質層16與厚絕緣介質層12，有臺階差。本發明的一種適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件， N+襯底矽片為雙面拋光片，片厚340微米至360微米之間，上、下N-外延層厚度相同，在4微米至20微米之間，同步工藝形成的高濃度的N型摻雜環1、11的擴散深度比N-外延層厚度多3微米以上，同步工藝形成的P+保護環3、13表面摻雜硼濃度在8E18atm/cm3至8E19atm/cm3，P+保護環3、13結深在2微米至4微米之間，同步工藝形成的表面厚絕緣介質層2、12厚度在3微米至10微米之間，表面薄絕緣介質層6、16厚度在0.4微米至0.6微米之間。本發明的肖特基器件，具有兩個肖特基勢壘結，其中上外延層的肖特基勢壘結4與下外延層的肖特基勢壘結14，陰極為同一個，形成共陰結構的半橋整流肖特基器件；工作過程如下：當上陽極5施加正的電壓、下陽極施加負的電壓時，電流沿上陽極經過正偏的上外延層的肖特基勢壘結4，進入上外延層N-，再經過高濃度的N+襯底和高濃度的N型摻雜環，從上陰極10流出；當上陽極5施加負的電壓、下陽極施加正的電壓時，電流沿下陽極經過正偏的下外延層的肖特基勢壘結14，進入下外延層N-，再經過高濃度的N+襯底和高濃度的N型摻雜環，從上陰極10流出，本發明的肖特基器件，可完成半橋整流功能，且本發明的肖特基器件的兩個肖特基勢壘結，呈上、下背對的結構，與構成普通的半橋整流的兩個肖特基器件中的一個肖特基器件的晶片面積相當，因此可以封裝到比普通的半橋整流肖特基器件封裝尺寸小接近一半的封裝尺寸，進而實現器件的小型化封裝。

按本發明提到的優化的製程的製造方法，可形成本發明的肖特基器件，具體過程如下：在雙面拋光的高濃度摻雜的N+單晶矽片上，通過外延技術，在N+單晶片的上、下表面，形成厚度相同的外延層，再通過熱氧化工藝及低壓氣相生長技術，在上下表面形成厚的絕緣介質層，經過第一次雙面光刻、槽式溼法腐蝕，在上、下面的高濃度的N型摻雜環的窗口同時刻開，通過三氯氧磷氣體攜帶式熱分解工藝進行磷雜質摻雜，經過高溫推結工藝，高濃度的N型摻雜環1、11同時形成，並在表面形成薄氧化層；再進行第二次雙面光刻、槽式溼法腐蝕，將上、下面的P+保護環的窗口同時刻開，上、下面分別通過硼雜質注入，注入後進行高溫推結，P+保護環3、13同時形成，並在表面形成薄氧化層；再進行第三次雙面光刻、槽式溼法腐蝕，將上、下面的肖特基勢壘區的窗口刻開，並將高濃度的N型摻雜環的引線孔刻開，再採用濺射工藝，上、下面分別進行肖特基勢壘金屬澱積，澱積後採用爐管合金工藝進行肖特基勢壘合金，由於高濃度的N型摻雜環的磷濃度過高，不能形成肖特基勢壘結，而肖特基勢壘區的磷濃度不高，可以形成肖特基勢壘結，最終在上、下面的肖特基勢壘區窗口同時形成肖特基勢壘結4、14；再在上、下表面面分別採用金屬蒸發工藝，進行金屬澱積，在上、下面形成金屬層，經過第四次雙面光刻，槽式溼法腐蝕，將上、下表面的金屬腐蝕開，在上表面形成上陽極5、共陰極10，在下表面形成下陽極15，最終形成本發明器件0的結構。本發明的一種適用小型化封裝的半橋整流肖特基器件的製造方法，採用雙面光刻、槽式溼法腐蝕工藝，同時形成上、下面的結構窗口，同時進行上、下面的推結、合金，可形成對稱一致的結構，兩個肖特基結的整流能力對稱性好。

一顆本發明的肖特基器件中具有兩個肖特基勢壘結，上、下兩個肖特基勢壘結背對，呈共陰結構，實現半橋整流功能，可以降低整個肖特基器件佔用面積，增加產品的競爭優勢。

通過上述實施例闡述了本發明，同時也可以採用其它實施例實現本發明。本發明不局限於上述具體實施例，因此本發明由所附權利要求範圍限定。