一种新型集成的低漏流稳压管的制备方法与流程

1.本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种新型集成的低漏流稳压管的制备方法。


背景技术：

2.稳压管是一种利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管，由于稳压管的击穿是齐纳击穿，故又称为齐纳二极管。稳压管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件，在浪涌保护电路、过压保护电路、电弧抑制电路、稳压电路中广泛应用。
3.在全球化互联网电子时代以及家庭电子产品的普及应用，市场对于稳压管的需求越来越多，集成电路产品对低压稳压二极管芯片的质量有了更高的要求，在半导体市场竞争越演越烈的今天，既要提高稳压精度，同时还对漏电流提出了更严格的要求。传统低压稳压管普遍利用齐纳击穿原理工作，选取电阻率较低晶片生产制备而成，主要存在以下问题：1）此类器件反向漏电流很大，在应用中增加了电路的功耗，无法满足低功耗要求的电路使用；2）在反向工作时低电阻率晶片载流子迁移率相对较低，器件反向性能差，产品可靠性还受影响，导致产品质下降。


技术实现要素：

4.本发明针对以上问题，提供了一种可降低稳压管产品漏电流、可靠性稳定的一种新型集成的低漏流稳压管的制备方法。
5.本发明的技术方案是：一种新型集成的低漏流稳压管的制备方法，包括以下步骤：s001：n 衬底选取；根据不同产品的耐压需求，选择不同电阻率的n 衬底硅片；s002：p区硼预沉积及扩散；在n 衬底表面沉积硼杂质，通过高温扩散，将n 衬底硅片划分成p区和的集电极区；s003：氧化；在晶片表面生长氧化膜；s004：一次正面n 待扩散区选择性光刻：在p区的上表面预留出待制备发射区的区域，其余用光阻剂保护；s005：氧化膜去除：将待制备发射区上方的氧化膜去除，暴露出正面待扩散的发射区；s006：n 区磷预沉积：去除光阻剂，在待制备发射区的表面沉积磷杂质，通过高温扩散将磷结推进，制备发射区；高温扩散将磷结推进时，发射区的顶部产生附着氧化层；
s007：二次选择性光刻；将晶片区域化成若干单颗晶粒，并在晶粒表面将待蚀刻的区域暴露出来，其它区域用光阻剂保护；s008：氧化膜去除；使用boe将待刻蚀的氧化膜和待刻蚀的附着氧化层去除，暴露出待蚀刻区域表面的si；s009：槽蚀刻；对晶粒表面暴露出来的si进行蚀刻，分别形成延伸至集电极区的外刻蚀口和内刻蚀槽，并去除晶粒表面上的光阻剂；s010：去除晶粒表面上的氧化膜和附着氧化层；s011：sipos及玻璃钝化：在晶片表面沉积一层sipos膜；然后采用刀刮法在外刻蚀口和内刻蚀槽内填一层玻璃粉，通过高温炉对玻璃粉进行熔融，将外刻蚀口和内刻蚀槽内部的玻璃粉转换成玻璃以保护pn结；s012：lto膜钝化；采用lpcvd的方法在晶片表面沉积一层氧化膜钝化层；s013：三次黄光去除电极面的氧化层；将外刻蚀口玻璃区的顶部与发射区顶部之间处的氧化膜钝化层保留，其余去除；s014：金属蒸发：双面蒸度ag金属；s015：电极面光刻：选择性光刻，去除玻璃层及切割道表面的金属； s017：金属腐蚀：用金属腐蚀液对晶片表面暴漏出来的金属进行腐蚀去除。
6.进一步，步骤s009中通过混酸对晶粒表面暴露出来的si进行蚀刻。
7.进一步，所述混酸包括硝酸、氢氟酸和醋酸。
8.进一步，所述硝酸、氢氟酸和醋酸的配比为2:1:1、5:3:3或9:9:7。
9.进一步，步骤s009中外蚀刻口和内刻蚀槽深度范围分别为8-22um。
10.本案提供了一种可降低稳压管产品漏电流的新型集成的低漏流稳压管，通过在普通稳压二极管的结构中引入三极管，即将二极管与三极管集成于同一结构中，此集成结构将稳压管的工作原理由原有的齐纳击穿变为雪崩击穿，实现了低反向漏电流、低功耗及高可靠性的稳压管器件功能。
附图说明
11.图1是本发明步骤s001的结构示意图，图2是本发明步骤s002的结构示意图，图3是本发明步骤s003的结构示意图，图4是本发明步骤s004的结构示意图，图5是本发明步骤s005的结构示意图，图6是本发明步骤s006的结构示意图，图7是本发明步骤s007的结构示意图，图8是本发明步骤s008的结构示意图，
图9是本发明步骤s009的结构示意图，图10是本发明步骤s010的结构示意图，图11是本发明步骤s011的结构示意图，图12是本发明步骤s012的结构示意图，图13是本发明步骤s013的结构示意图，图14是本发明步骤s014的结构示意图，图15是本发明步骤s015的结构示意图，图中1是集电极区，2是阳极区，3是基极区，4是发射极区，5是内刻蚀槽玻璃区，6是外刻蚀口玻璃区，7是氧化膜钝化层，8是正面金属层，9是背面金属层。
具体实施方式
12.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
13.本发明以npn型三极管为例，一种新型集成的低漏流稳压管，包括：集电极区1，所述集电极区1用于收集电子，与p区构成三极管的集电结；p区，所述p区形成于所述集电极区1上方；内刻蚀槽玻璃区5，所述内刻蚀槽玻璃区5从p区顶部伸入至集电极区1，并将p区分隔成阳极区2和基极区3；外刻蚀口玻璃区6，所述外刻蚀口玻璃区6位于基极区3的外侧，从基极区3的顶部向集电极区1方向延伸；内刻蚀槽玻璃区5设置在内刻蚀槽内；外刻蚀口玻璃区6设置在外刻蚀口处；内刻蚀槽和外刻蚀口内分别通过玻璃粉填充，经高温炉对玻璃粉进行熔融，形成用于保护pn结的相应玻璃区；发射极区4，所述发射极区4从基极区3的顶部向下延伸；和金属蒸发层，所述金属蒸发层包括设置在顶部的正面金属层8和设置在集电极区1底部的背面金属层9。
14.进一步限定，所述内刻蚀槽玻璃区5的截面呈u型结构。
15.进一步限定，所述内刻蚀槽玻璃区5的深度为8-22um。由于蚀刻槽要挖穿发射区n 结和基区p ，所以根据发射区n 结深和基区p 结宽度的不同，确定蚀刻深度。
16.进一步拓展，还包括设置在外刻蚀口玻璃区6与发射极区4之间的氧化膜钝化层7。通过氧化膜钝化层7不仅可以在焊接时阻止焊膏流到玻璃区上，而且可以保护玻璃区与外刻蚀口连接处的硅。
17.进一步限定，所述氧化膜钝化层7的的厚度为3000-8000埃。氧化层宽度由外蚀刻口宽度及曝光机精度决定，宽度一般为外蚀刻口宽度 1mil（外蚀刻口边缘硅上覆盖氧化膜宽度为1mil）。
18.一种新型集成的低漏流稳压管的制备方法，包括以下步骤：s001：n 衬底选取；参照图1所示，根据不同产品的耐压需求，选择不同电阻率的n 衬底硅片；
s002：p区硼预沉积及扩散；参照图2所示，在n 衬底表面沉积硼杂质，通过高温扩散，将n 衬底硅片划分成p区和的集电极区1；s003：氧化；参照图3所示，在晶片表面（包括正面和反面）生长氧化膜；s004：一次正面n 待扩散区选择性光刻：参照图4所示，在p区的上表面预留出待制备发射区的区域，其余用光阻剂保护；s005：氧化膜去除：参照图5所示，使用boe腐蚀液将待制备发射区上方的氧化膜去除，暴露出正面待扩散的发射区；s006：n 区磷预沉积：参照图6所示，去除光阻剂，在待制备发射区的表面沉积磷杂质，通过高温扩散将磷结推进，制备发射区；高温扩散将磷结推进时，由于硅片在含氧氛围下，所以在发射区的顶部会产生附着氧化层；s007：二次选择性光刻；参照图7所示，将晶片区域化成若干所需尺寸的单颗晶粒，并在晶粒表面将待蚀刻的区域暴露出来，其它区域用光阻剂保护；s008：氧化膜去除；参照图8所示，使用boe将待刻蚀的氧化膜和待刻蚀的附着氧化层去除，暴露出待蚀刻区域表面的si；s009：槽蚀刻；参照图9所示，通过混酸对晶粒表面暴露出来的si进行蚀刻，分别形成延伸至集电极区1的外刻蚀口和内刻蚀槽，并去除晶粒表面上的光阻剂；外蚀刻口及内刻蚀槽深度范围均为8-22um，内刻蚀槽宽度为50-100um，外蚀刻口宽度一般为180-230um；根据实际深宽比需求选择不同的腐蚀酸（上述所称的混酸）及作业条件；1）、腐蚀液温度为-6℃~5℃，腐蚀时间为150-300s；2）、酸性腐蚀液的配比为硝酸:氢氟酸:醋酸=2:1:1或5:3:3或9:9:7等，都包含硝酸、hf、冰乙酸等（冰乙酸主要是提供h离子，在硅腐蚀时有一定的缓冲能力），硅片的腐蚀由两步组成：第一步为硝酸将单质硅氧化为二氧化硅的过程，第二步是氢氟酸将硅表面形成的二氧化硅不断溶解的过程。在腐蚀过程中hf和硝酸是等量消耗的，腐蚀速率主要取决于腐蚀液中硝酸和hf的含量。一般混酸中硝酸浓度大于hf，所以在hf含量欠缺的情况下，腐蚀速率主要由hf含量决定，根据不同产品深宽比需求，来添加不同量的hf：hf含量越多，深宽比越小，hf含量越少，深宽比越大。
19.s010：参照图10所示，去除晶粒表面上的氧化膜和附着氧化层；s011：sipos及玻璃钝化：采用lpcvd的方法在晶片表面沉积一层sipos（掺氧半绝缘多晶硅）膜，用于保护pn结不被污染；然后采用刀刮法在外刻蚀口和内刻蚀槽内填一层玻璃粉，通过高温炉对玻璃粉进行熔融，将外刻蚀口和内刻蚀槽内部的玻璃粉转换成玻璃以保护pn结；参照图11所示，
玻璃熔融温度为640-830℃，时间为15-20min。
20.s012：lto膜钝化；参照图12所示，采用lpcvd（低压化学气相沉积）的方法在晶片表面沉积一层氧化膜钝化层7（lto膜），厚度为3000-8000埃；氧化膜钝化层7的作用主要为两个方面：1、焊接时阻止焊膏流到玻璃区上；2、保护玻璃区及内刻蚀槽边缘连接处的硅（刀刮时内刻蚀槽顶部硅处玻璃很薄）。
21.s013：三次黄光去除电极面的氧化层；参照图13所示，将外刻蚀口玻璃区6的顶部与发射区顶部之间处的氧化膜钝化层7保留，其余去除；氧化膜钝化层7内外径之间的间距为70-120um。
22.s014：金属蒸发：参照图14所示，双面蒸度ag金属；s015：电极面光刻：选择性光刻，去除玻璃层及切割道（切割道是指用于将晶片分割成若干个晶粒时，设置的切割线）表面的金属； s017：金属腐蚀：用金属腐蚀液对晶片表面暴漏出来的金属进行腐蚀去除。
23.本案设计的工作原理简述如下：常规稳压二极管基本结构与普通二极管一样，有一个pn结，主要利用pn结的反向工作特性实现稳压功能。由于稳压二极管具有稳压作用，因此在很多电路当中均有应用，如稳压电源、限幅电路、过压保护电路、补偿电路等等。本发明稳压管工作原理如下：1、正面加正向电压时，中间区域（pn）正向导通，环形npn被短路；2、反面加正向电压时，np结反偏，npn也反偏，由于np结电压vb1高于npn电压vb2（三极管原理），因此中心区域的np结被短路，环形npn三极管结构起作用（下述公式为三极管放大公式），通过调整n 区扩散浓度、p区宽度等可调节放大系数，进而调节npn三极管的电压，所以此结构可以用高的电阻率做到很低，甚至可以做到1.8v产品。
24.vceo=vcbo/(1 β)1/n(n一般取4~6)。
25.对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。