[发明专利]一种使用扩散型SOI硅片制备的半导体器件及其制备方法

说明书

本发明的主要目的为提供一种新型垂直导电结构同面电极半导体分立器件及其制备方法，具体为一种使用扩散型SOI硅片制备的半导体器件及其制备方法。此方法采用浅结扩散硅片和起支撑作用的衬底硅片通过绝缘层如二氧化硅键合替代成本高的外延片或深结扩散片，降低成本；并将背电极引到正面，和其它正面电极达到同面。制造过程采用对有源区硅片先进行扩散，再通过氧化层键合衬底硅片作为支撑，减少高低浓度过渡区，又可将背面高浓度层通过扩散高浓度外环层引到正面，形成电极。如图结构，硅片由衬底片10和扩散硅片及绝缘层20组成，扩散硅片包括高浓度底部区30、低浓度区40、底部电极引出区高浓度层50，其它示意区如反型层41、同面电极70/80，介质层80。此种结构可广泛用于将垂直导通的半导体器件电极引到同一面，可形成低成本表面贴装器件，应用广泛。

技术领域

本发明属于半导体器件及其制备的技术领域，特别是涉及一种使用扩散型SOI键合硅片并在同面形成电极的半导体器件及其制备方法。

背景技术

半导体分立器件分为水平导通和垂直导通两种方式，水平导通器件可以电极在同面形成，但电流导通能力差，功率低，芯片面积大；垂直导通器件适合大功率应用，电流导通能力强，但电极分布在正、背两面，不适合做新型封装如CSP等。

垂直导通器件所用的基片生长的方法通常有三种方式：1.外延生长。在高浓度的高纯度的单晶片上通过外延生长的方式生长低浓度层，在低浓度层上制造有源区芯片，如图1所示，此种方式简单，生长的外延层和衬底浓度过渡区窄，使导通电阻小。缺点是生长成本高，特别是厚外延，随着厚度增加，成本也增加；制作的器件的反向电压的耐压和反向漏电方面都不如单晶片；所使用的衬底质量要求高。2.三重扩散生长方式。在单晶片上双面扩散高浓度杂质，如扩磷形成N+/扩硼形成P+层，然后经过高温长时间扩散，为了达到支撑作用的厚度，结深通常达到150um以上，则需要高温如1280℃一周以上时间，再进行单面减薄抛光，如图2a-2b所示。优点是制造成本低，单晶层质量好；缺点是形成的过渡区宽，通常大于50um,导致导通电阻大；扩散周期长；单晶质量要求高。3.直接硅片键合方式：通过将两硅片直接键合，形成N-/N+或P-/P+型。优点成本低，缺点是必须将两硅片键合面抛光，抛光面如氧化层厚度和颗粒等控制要求高，如图3所示。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种新型电极在同面的，使用低成本的易于制造的扩散型SOI(硅片-氧化层-硅片键合)的硅片作为基片制造的半导体器件及其制备方法，此方法所用的硅片为浅结扩散硅片和起支撑作用的衬底硅片通过绝缘层如二氧化硅键合而成，有源区在扩散片上面形成；所有电极都在同一面形成；扩散片背面高浓度层作为背电极通过同型号的高浓度层引到正面，形成电极。如图4所示。10为衬底硅片，20为厚氧化层，30为扩散的高浓度层，40为低浓度的单晶层，41为制造的芯片有源区示意图，50为扩散的高浓度层，杂质型号与30层相同，将30层的电流引到正面，并同60层的金属电极相连，70为其它电极，80为绝缘掩蔽层。

衬底硅片可采用半导体级纯度单晶片，也可采用太阳能光伏级别纯度单晶片。

制造的步骤包括：先扩散上硅片，形成高浓度区和过渡区及低浓度区，并热生长氧化层；衬底硅片形成一层氧化层，为亲水表面；将两片对准加压力贴合，进行低高温退火键合。扩散硅片层根据需要，减薄抛光低浓度层，在管芯边缘扩散同类型的杂质，形成高浓度层来作为低阻抗的导通通道，将电极引到上表面。如图5a-5d所示。在低浓度层上再制造器件，如二极管，三极管，MOSFET等。

基片采用衬底硅片和浅结扩散硅片键合替代成本高的外延片或深结扩散片，降低成本，易于减薄等，同时减少高低浓度过渡区；采用厚氧化层作为键合的界面，因其亲水表面，在低温时易于贴合，经过高温退火(1000℃)，氧化层会形成流动填平中间的空洞，键合力增加。硅片的键合面使用抛光面或非抛光面皆可，制作简单。

同面电极是通过扩散高浓度的杂质，形成低阻抗导通通道50而将底部的电流引到正面，此通道和扩散片底部高浓度区30相连。