一種兼容集成製造矽晶體二極體三極體的方法

2024-02-17 17:36:15

專利名稱：一種兼容集成製造矽晶體二極體三極體的方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的製造方法，尤其涉及一種兼容集成製造矽晶體二極體三極體的的方法。
背景技術：
矽功率晶體三極體在綠色照明等專業電路應用中需要對反向電壓偏置狀態的矽晶體三極體EB結加以訊號旁路保護，以防止外來的異動負脈衝電壓幹擾電路工作或損壞矽晶體三極體EB結，當前常用的簡易方法是在矽晶體三極體的基極(B)和發射極(E)之間並聯外接一隻矽晶體二極體，在電路處於正常工作狀態下，此保護矽晶體二極體為截止狀態，閒置不用。但當矽晶體三極體基極端突然出現一反向尖峰電壓時，擔任保護的矽晶體二極體瞬間正嚮導通，將外來反向脈衝旁路化解，防止對電路造成幹擾和保障矽晶體三極體EB結的安全。此保護矽晶體二極體主要起正嚮導通作用，其反向擊穿電壓Vk能保持在IOV 左右即可，此耐壓要求正好與普通功率矽晶體三極體的反偏EB結耐壓水平相匹配，為此易於在矽晶體三極體裡實行集成。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種兼容集成製造矽晶體二極體三極體的方法。兼容集成製造矽晶體二極體三極體的方法包括如下步驟
1)在N7N+型矽片的N—面上氧化、光刻、擴散入P型半導體雜質，形成矽晶體三極體的P+型基區(B)和矽晶體二極體的P+型正極(+ )區；
2)在矽晶體三極體的P+型基區(B)上光刻、定域擴散入N+型雜質，形成矽晶體三極體的N+型發射區(E)，同時於矽晶體二極體的P+型正極(+ )區周圍選擇擴散入N+型雜質，形成矽晶體二極體的負極(_)區；
3)在P+型雜質擴散區和N+型雜質擴散區表面光刻開出引線孔、蒸發鋁金屬、光刻電極內引線並互聯、合金，製成矽晶體二極體三極體的集成晶片。所述的N—/N+型矽片的N—層的電阻率為3(Γ90 Ω cm, NVN+型矽片的N—層的厚度為60^100 μ m0所述的P型擴散的半導體雜質為硼，擴散溫度為1220°C 1240°C，擴散時間為2飛小時。N型擴散的半導體雜質為磷，擴散溫度為1130°C 1150°C，擴散時間為3飛小時。所述的矽晶體二極體P+型正極(+ )區和矽晶體二極體N+型負極(-)區的形狀為圓形或四邊形。所述的電極內引線是矽晶體三極體的基極(B)與矽晶體二極體的負極(_)極互聯、矽晶體三極體的發射極(E)與矽晶體二極體的正極(+ )極互聯。按照當前集成電路中矽晶體三極體和二極體的傳統製造方法，則在製造單獨矽晶體三極體的工藝步驟之外，為在矽晶體三極體晶片上實現矽晶體二極體三極體集成，至少需增加二道以上的雜質擴散與光刻工序，這樣勢必增加生產成本，從而失去市場競爭優勢。因此迄今為止，仍未見相應的集成產品面世。本發明獨創性的應用半導體雜質在矽中的側向擴展效應，提出一種集成製造保護矽晶體二極體的新方法，在不額外增加任何工序步驟和不增加光刻板的前提下，僅採用常規平面工藝，通過合理設計版圖和精細工藝控制技術，便能在製造矽晶體三極體晶片的基礎上方便的集成入EB結反偏保護矽晶體二極體。從器件外表看，完全屬於單個矽晶體三極體封裝形式，本發明的保護矽晶體二極體只是寄寓在矽晶體三極體晶片內而已，此矽晶體二極體區域面積僅佔到所配套矽晶體三極體管芯面積的百分之一左右。因而本發明的矽晶體二極體三極體集成產品成本較低，性價比較高，經濟效益顯著。


圖I是兼容集成製造矽晶體二極體三極體方法的工藝流程 圖2是傳統集成製造矽晶體二極體三極體的工藝流程圖。
具體實施例方式矽功率三極體在本發明的矽晶體二極體三極體集成中擔當的是主角，因此首先是它必須滿足電路對於反向耐壓、功率、開關速度等方面電性能的要求，為此在選取矽材料和工藝方案實施上皆圍著此目標進行，而在製造矽晶體三極體過程中，用兼容工藝實現其集成化。兼容集成製造矽晶體二極體三極體的方法包括如下步驟
1)在N7N+型矽片的N—面上氧化、光刻、擴散入P型半導體雜質，形成矽晶體三極體的P+型基區(B)和矽晶體二極體的P+型正極(+ )區；
2)在矽晶體三極體的P+型基區(B)上光刻、定域擴散入N+型雜質，形成矽晶體三極體的N+型發射區(E)，同時於矽晶體二極體的P+型正極(+ )區周圍選擇擴散入N+型雜質，形成矽晶體二極體的負極(_)區；
3)在P+型雜質擴散區和N+型雜質擴散區表面光刻開出引線孔、蒸發鋁金屬、光刻電極內引線並互聯、合金，製成矽晶體二極體三極體的集成晶片。所述的N_層矽片的電阻率為3(Γ90Ωα !，Ν_層矽片的厚度為6(Γ 00 μ m。所述的P型擴散的半導體雜質為硼，擴散溫度為1220°C 1240°C，擴散時間為2飛小時。N型擴散的半導體雜質為磷，擴散溫度為1130°C 1150°C，擴散時間為3飛小時。所述的矽晶體二極體P+型正極(+ )區和矽晶體二極體N+型負極(-)區的形狀為圓形或四邊形。所述的電極內引線是矽晶體三極體的基極(B)與矽晶體二極體的負極(_)極互聯、矽晶體三極體的發射極(E)與矽晶體二極體的正極(+ )極互聯。以下結合實施例對本發明作進一步說明
實施例I:
選取N—層電阻率為30 Ω Cm, N—層厚度為60 μ m的『/N+型矽片。I)在N7N+型矽片的N—面上氧化、光刻、擴散入P+型半導體雜質，形成矽晶體三極體的P+型基區(B)和矽晶體二極體的P+型正極(+ )區。P+型硼雜質擴散溫度為1220°C，擴散時間為5小時。2) 在矽晶體三極體的P+型基區(B)上光刻、定域擴散入N+型雜質，形成矽晶體三極體的N+型發射區(E)，同時於矽晶體二極體的P+型正極(+ )區周圍選擇擴散入N+型雜質，形成矽晶體二極體的負極(-)區。N+型擴散雜質為磷，擴散溫度為1130°C，擴散時間為5小時。3) 在各個雜質擴散區表面光刻開出引線孔、蒸發鋁金屬、光刻電極內引線並互聯、合金，製成矽晶體二極體三極體的集成晶片。4)矽晶體三極體的基極(B)和發射極(E)的內電極引線為梳狀結構。矽晶體二極體P+型正極(+)擴散區和N+型負極(-)擴散區的形狀為正方形。5)電極內引線聯結方式是矽晶體三極體的基極(B)與矽晶體二極體的負極(_)極互聯、矽晶體三極體的發射極(E)與矽晶體二極體的正極(+ )極互聯。實施例2:
選取N_層電阻率為50 Ω cm, N_層厚度為70 μ m的『/N+型矽片。
I)在N7N+型矽片的N—面上氧化、光刻、擴散入P+型半導體雜質，形成矽晶體三極體的P+型基區(B)和矽晶體二極體的P+型正極(+ )區。P+型硼雜質擴散溫度為1230°C，擴散時間為4小時。2) 在矽晶體三極體的P+型基區(B)上光刻、定域擴散入N+型雜質，形成三極體的N+型發射區(E)，同時於矽晶體二極體的P+型正極(+ )區周圍選擇擴散入N+型雜質，形成矽晶體二極體的負極(_)區。N+型擴散雜質為磷，擴散溫度為1140°C，擴散時間為4小時。3) 在各個雜質擴散區表面光刻開出引線孔、蒸發鋁金屬、光刻電極內引線並互聯、合金，製成矽晶體二極體三極體的集成晶片。4)矽晶體三極體的基極(B)和發射極(E)的內電極引線為梳狀結構。矽晶體二極體P+型正極(+)擴散區和N+型負極(-)擴散區的形狀為長方形。5)電極內引線聯結方式是矽晶體三極體的基極(B)與矽晶體二極體的負極(_)極互聯、矽晶體三極體的發射極(E)與矽晶體二極體的正極(+ )極互聯。實施例3
選取N—層電阻率為90 Ω cm, N—層厚度為100 μ m的『/N+型矽片。I)在N7N+型矽片的N—面上氧化、光刻、擴散入P+型半導體雜質，形成矽晶體三極體的P+型基區(B)和矽晶體二極體的P+型正極(+ )區。P+型硼雜質擴散溫度為1240°C，擴散時間為3小時。2) 在矽晶體三極體的P+型基區(B)上光刻、定域擴散入N+型雜質，形成矽電晶體的N+型發射區(E)，同時於矽晶體二極體的P+型正極(+ )區周圍選擇擴散入N+型雜質，形成矽晶體二極體的負極(_)區。N+型擴散雜質為磷，擴散溫度為1150°C，擴散時間為3小時。3)在各個雜質擴散區表面光刻開出引線孔、蒸發鋁金屬、光刻電極內引線並互聯、合金，製成矽晶體二極體三極體的集成晶片。4)矽晶體三極體的基極(B)和發射極(E)的內電極引線為梳狀結構。矽晶體二極體P+型正極(+)擴散區和N+型負極(-)擴散區的形狀為圓形。電極內引線聯結方式是晶體三極體的基極(B)與矽晶體二極體的負極(_)極互聯、矽晶體三極體的發射極(E)與矽晶體二極體的正極(+ )極互聯。
權利要求
1.一種兼容集成製造矽晶體二極體三極體的方法，其特性在於包括如下步驟 1)在N7N+型矽片的N—面上氧化、光刻、擴散入P型半導體雜質，形成矽晶體三極體的P+型基區(B)和矽晶體二極體的P+型正極(+ )區； 2)在矽晶體三極體的P+型基區(B)上光刻、定域擴散入N+型雜質，形成矽晶體三極體的N+型發射區(E)，同時於矽晶體二極體的P+型正極(+ )區周圍選擇擴散入N+型雜質，形成矽晶體二極體的負極(_)區； 3)在P+型雜質擴散區和N+型雜質擴散區表面光刻開出引線孔、蒸發鋁金屬、光刻電極內引線並互聯、合金，製成矽晶體二極體三極體的集成晶片。
2.根據權利要求I所述的一種兼容集成製造矽晶體二極體三極體的方法，其特徵在於所述的N_層矽片的電阻率為3(Γ90Ωαιι，N—層矽片的厚度為6(Γ 00 μ m。
3.根據權利要求I所述的一種兼容集成製造矽晶體二極體三極體的方法，其特徵在於所述的P型擴散的半導體雜質為硼，擴散溫度為1220°C 1240°C，擴散時間為2飛小時，N型擴散的半導體雜質為磷，擴散溫度為1130°C 1150°C，擴散時間為3飛小時。
4.根據權利要求I所述的一種兼容集成製造矽晶體二極體三極體的方法，其特徵在於所述的矽晶體二極體P+型正極(+ )區和矽晶體二極體N+型負極(-)區的形狀為圓形或四邊形。
5.根據權利要求I所述的一種兼容集成製造矽晶體二極體三極體的方法，其特徵在於所述的電極內引線是矽晶體三極體的基極(B)與矽晶體二極體的負極(_)極互聯、矽晶體三極體的發射極(E)與矽晶體二極體的正極(+ )極互聯。
全文摘要
本發明公開了一種兼容集成製造矽晶體二極體三極體的方法。它包括如下步驟在N-/N+型矽片的N-面上氧化、光刻、擴散入P型雜質，形成矽晶體三極體的P+型基區(B)和矽晶體二極體的P+型正極(+)區；在矽晶體三極體的P+型基區(B)上定域擴散入N型雜質，形成三極體的發射區(E)，同時於矽晶體二極體的P+型正極(+)區周圍選擇擴散入N+型雜質，形成矽晶體二極體的負極(-)區；在各雜質擴散區上光刻開出引線孔、蒸發鋁金屬、光刻電極內引線、合金，製成矽晶體二極體三極體的集成晶片。本發明簡化了集成工藝流程，降低生產成本，提高產品性價比。
文檔編號H01L21/8222GK102915967SQ201210383748
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月11日 優先權日2012年10月11日
發明者陳福元, 毛建軍, 胡煜濤, 朱志遠, 王錚, 任亮, 楊希望 申請人:杭州杭鑫電子工業有限公司