[发明专利]半导体高压器件芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件芯片，尤其涉一种半导体高压器件芯片。

本发明还涉及该半导体高压器件芯片的制造方法。

背景技术

有一类半导体器件(例如晶闸管)，要求有正向和反向两个击穿电压V_DRM和V_RRM，这类器件的芯片需要在同一片硅片的正、反两面做出对称而又极性相反的两个P-N结，两个P-N结的击穿电压值要求较高，一般要达到600V～2400V方能满足使用要求。

这类器件目前普遍采用的芯片制造技术有三种：

A.平面技术：对通隔离扩散加平面终端结构，见图1；

B.单台面技术：对通隔离扩散加正面沟槽台面结构，见图2；

C.双台面技术(Double Mesa Technology)：不用对通隔离扩散，采用正、背面有对称沟槽台面的结构，见图3。

平面技术和单台面技术都要先做对通隔离扩散，比较适应于击穿电压在600V～1000V的器件，使用的硅单晶片的厚度较薄，一般在200-240um厚。缺点有二：一是由于对通隔离扩散的横向扩散很宽，占用了很多硅片面积，使得硅片的利用率较低；二是对通隔离扩散的扩散深度很深，需要大于硅单晶片厚度的二分之一，需要很高的扩散温度和扩散时间，硅单晶片越厚，需要的扩散温度越高、扩散时间越长，在高温长时间的扩散过程中硅片体内会产生大量的结构缺陷，使合格率降低。当制造更高电压(例如1600V～2400V)的器件时，硅单晶片厚度需要增加到360um～460um，如此厚的硅片需要的对通隔离扩散时间很长，很不适宜于器件的制造。由于上述原因，击穿电压大于1600V的方片晶闸管器件一般不采用这两种技术制造，而多数采用双台面技术。

双台面技术，是在N型硅片的正面和背面同时扩散一层P型扩散层，然后在硅片的正面和背面同时蚀刻一定深度的对称沟槽，然后在沟槽内形成玻璃钝化膜保护P-N结。这种技术避开了高温长时间的对通隔离扩散工艺，不仅使高温扩散过程大大缩短、还有利于制做更高电压的器件。但由于正面和背面的沟槽在位置上是对称的，当硅片厚度一定时，沟槽的深度不能加深，如图3所示：设硅片厚度为t、沟槽深度为d、二沟槽之间的厚度为W，要保证硅片在制程中少破碎，W须大于100um，这样d≤1/2(t-100um)，当硅片厚度一定时，沟槽深度的最大值dmax＝1/2t-50um，即使这样，在制程中硅片还是很易破碎。这种技术的缺点在于：沟槽深度受到限制、不利于做更高电压；在制程中硅片易破碎；在一定的击穿电压要求下，由于沟槽深度不够，需要增加沟槽的宽度，减小了芯片背面焊接区域的面积，不利于散热；划片要在玻璃层上切割，速度很慢(6-8mm/sec)，且易造成芯片崩裂产生废品。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体高压器件芯片，它可以直接提高击穿电压，使在制造中的硅片破碎率降低、提高散热能力、降低了划切难度、提高了划切速度、划切后没有崩裂现象，提高了器件的可靠性。

本发明的另一个目的是提供一种半导体高压器件芯片制造方法。

本发明采用的技术方案是：

半导体高压器件芯片，包括硅单晶片、形成于硅单晶片中的正面P型扩散层、背面P型扩散层、正面内部环形的内沟槽、背面内部的外沟槽，所述内沟槽和外沟槽在纵向上非对称设置，正面的芯片与芯片之间留有一间隔带，所述内沟槽和外沟槽的侧壁和底部表面覆有一层掺氧半绝缘多晶硅钝化膜，所述掺氧半绝缘多晶硅钝化膜之上覆有一层玻璃保护膜。

所述间隔带宽度为90-110um，内沟槽的宽度为100-400um，外沟槽的半宽度为90-260um，沟槽深度为80～200um，掺氧半绝缘多晶硅钝化膜的厚度为1.3～1.8um，玻璃保护膜的厚度为40～60um。

半导体高压器件芯片制造方法，包括步骤如下：硅单晶片化学腐蚀、P型层(短基区)镓扩散、P型层(短基区)表面补硼扩散、光刻N⁺发射区窗口、N+发射区扩散、双面光刻沟槽窗口、湿法同时腐蚀正、背面沟槽、正面蒸镀铝膜、反刻正面铝电极、背面蒸镀金属电极、反刻背面金属电极、合金、芯片测试和锯片；在湿法同时腐蚀正、背面沟槽步骤中，在芯片正面内部蚀刻了多个环形的内沟槽、芯片背面内部蚀刻出了相邻芯片共用的外沟槽，所述内沟槽和外沟槽在纵向上非对称设置，正面的芯片与芯片之间留有一间隔带；