一种高压平面闸流管器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高压平面闸流管器件，包括N型FZ硅片，N型FZ硅片的背面设有PWELL区，PWELL区的背面设有阳极电极，N型FZ硅片的四周环设有P型隔离区，N型FZ硅片的正面通过SIPOS膜对称设有玻璃钝化区，玻璃钝化区的正面设有聚酰亚胺保护膜，玻璃钝化区与N型FZ硅片之间设有分压环和截止环，N型FZ硅片的上部、位于玻璃钝化区内缘之间的部分设有短基区，短基区的上部设有NWELL区，NWELL区的正面设有阴极电极，短基区正面的一侧与钝化玻璃区之间设有门极电极。本发明专利技术采用穿通隔离、分压环、场板及多层钝化制作出高工作电压的平面闸流管器件，工艺简单，器件的高温漏电小，可靠性高，失效率更低。

A high voltage planar thyristor device and manufacturing method thereof

The invention discloses a high voltage planar thyristor devices, including N type FZ type N FZ silicon wafer, on the back of a PWELL area, PWELL area is provided with a back electrode, N type FZ wafer around the ring is provided with P type isolation zone, positive type N FZ silicon SIPOS film by symmetry with glass passivation area, the front glass passivation region with polyimide film, pressure ring and a stop ring is arranged between the glass passivation region and N type FZ silicon, glass passivated region between the inner part is provided with a short base region located in the upper FZ and N type silicon wafer, the upper short base region with NWELL region, NWELL region with positive cathode the gate electrode is arranged between the base and the front side of the short glass passivated electrode area. The invention adopts through isolation, partial pressure ring and field plate and multilayer passivation to produce planar gate high voltage tube device, simple process, high temperature leakage device, high reliability, low failure rate.

【技术实现步骤摘要】
一种高压平面闸流管器件及其制作方法
本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种高压平面闸流管器件及其制作方法。
技术介绍
高压闸流管器件是一种用微小的信号功率对大功率的电流进行控制和变换的半导体器件，可以用于整流，还可以用作无触点开关以快速接通或切断电流，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等,故而广泛应用在工业、交通运输、军事科研以至民用电器等领域。常见的高压闸流管器件结构为：采用单面/双面沟槽+玻璃钝化的制作方法，相对于台面型高压闸流管，存在高温漏电大，工作可靠性不高，容易失效等缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构合理，易于制作，高温漏电小，可靠性高，可控性好的高压平面闸流管器件及其制作方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高压平面闸流管器件，包括N型FZ硅片，N型FZ硅片的背面设有PWELL区，PWELL区的背面设有阳极电极，N型FZ硅片的四周环设有与PWELL区连通的P型隔离区，N型FZ硅片的正面通过SIPOS膜对称设有玻璃钝化区，玻璃钝化区的正面设有聚酰亚胺保护膜，玻璃钝化区与N型FZ硅片之间设有分压环和截止环，N型FZ硅片的上部、位于玻璃钝化区内缘之间的部分设有短基区，短基区的上部设有NWELL区，NWELL区的正面设有阴极电极，短基区正面的一侧与钝化玻璃区之间设有门极电极。上述分压环为至少1个，截止环为1个，且设于最外侧分压环的外围。上述阴极电极与门极电极之间留有间隙。上述高压平面闸流管器件的制作方法，包括以下步骤：（1）选择片厚为390～410μm、电阻率为90～100Ω·cm的N型FZ硅片，在硅片表面用氢氧合成法生长2.0～2.5μm氧化层；（2）光刻腐蚀P型隔离区表面的氧化层，蒸发金属铝，膜层厚度2.4～2.6μm，光刻铝膜、合金推结，形成P型隔离区，推结条件为：温度1265～1270℃、时间10～12h、N2流量5～6L/min；（3）在N型FZ硅片的正面光刻出短基区和分压环、背面光刻出PWELL区，进行P型离子注入、推结，注入条件为：剂量1e13～5e13cm-2、能量40～100KeV，推结条件为：温度1270～1275℃、时间50～55h、N2流量5～6L/min、O2流量2～3L/min；（4）场氧化层生长后光刻出NWELL区和截止环，进行N型离子注入、推结，注入条件为：剂量1e14～1e16cm-2、能量60～100KeV，推结条件为：温度1200～1205℃、时间100～180min、N2流量2～3L/min、O2流量2～3L/min；（5）漂光氧化层，生长SIPOS膜，生长条件为：温度645～660℃、时间2～3h，厚度为5500～6500埃；（6）光刻出玻璃钝化区，采用电泳法形成多层玻璃层并烧结，烧结条件为：温度720～725℃、时间20～30min、N2流量5～6L/min、O2流量0.8～1L/min；（7）光刻出电极区，正面蒸发铝，厚度为90000～110000埃，反刻后形成阴极电极和门极电极；背面蒸发钛、镍、银，厚度分别为800～1200埃，3500～4500埃、7500～8500埃，反刻后形成阳极电极；（8）合金，炉温400～530℃、时间10～30min、真空度10-3Pa；（9）在玻璃钝化区、阴极电极和门极电极的正面涂覆聚酰亚胺，光刻后形成聚酰亚胺保护膜及焊接区；（10）芯片测试、切割、装架、烧结、封装、成品测试。本专利技术的优点是：本专利技术采用穿通隔离、分压环、场板及多层钝化制作出高工作电压的平面闸流管器件，工艺简单易行，器件的高温漏电小，可靠性高，可控性好，失效率更低。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的等效电路图。其中，1、N型FZ硅片，2、P型隔离区，3、PWELL区，4、短基区，5、分压环，6、NWELL区，7、截止环，8、玻璃钝化区，9、聚酰亚胺保护膜，10、阴极电极，11、门极电极，12、阳极电极。具体实施方式：如图1所示，一种高压平面闸流管器件，包括N型FZ硅片1，N型FZ硅片1的背面设有PWELL区3，PWELL区3的背面设有阳极电极12，N型FZ硅片1的四周环设有与PWELL区3连通的P型隔离区2，N型FZ硅片1的正面通过SIPOS膜对称设有玻璃钝化区8，玻璃钝化区8的正面设有聚酰亚胺保护膜9，玻璃钝化区8与N型FZ硅片1之间设有分压环5和截止环7，N型FZ硅片1的上部、位于玻璃钝化区8内缘之间的部分设有短基区4，短基区4的上部设有NWELL区6，NWELL区6的正面设有阴极电极10，短基区4正面的一侧与钝化玻璃区8之间设有门极电极11，阴极电极10与门极电极11之间留有间隙。分压环5为至少1个，用于均匀分压，确保器件在高压工作条件下的稳定性，截止环7为1个，且设于最外侧分压环5的外围，有效防止电荷扩展，避免发生短路。本专利技术高压平面闸流管器件的制作方法，包括以下步骤：（1）选择片厚为390～410μm、电阻率为90～100Ω·cm的N型FZ硅片1，在硅片表面用氢氧合成法生长2.0～2.5μm氧化层；（2）光刻腐蚀P型隔离区2表面的氧化层，蒸发金属铝，膜层厚度2.4～2.6μm，光刻铝膜、合金推结，形成P型隔离区2，推结条件为：温度1265～1270℃、时间10～12h、N2流量5～6L/min；（3）在N型FZ硅片1的正面光刻出短基区4和分压环5、背面光刻出PWELL区3，进行P型离子注入、推结，注入条件为：剂量1e13～5e13cm-2、能量40～100KeV，推结条件为：温度1270～1275℃、时间50～55h、N2流量5～6L/min、O2流量2～3L/min；（4）场氧化层生长后光刻出NWELL区6和截止环7，进行N型离子注入、推结，注入条件为：剂量1e14～1e16cm-2、能量60～100KeV，推结条件为：温度1200～1205℃、时间100～180min、N2流量2～3L/min、O2流量2～3L/min；（5）漂光氧化层，生长SIPOS膜，生长条件为：温度645～660℃、时间2～3h，厚度为5500～6500埃，通过该膜中的氧原子减少器件表面密度，从而减小器件高温时的漏电量；（6）光刻出玻璃钝化区8，采用电泳法形成多层玻璃层并烧结，烧结条件为：温度720～725℃、时间20～30min、N2流量5～6L/min、O2流量0.8～1L/min；（7）光刻出电极区，正面蒸发铝，厚度为90000～110000埃，反刻后形成阴极电极10和门极电极11；背面蒸发钛、镍、银，厚度分别为800～1200埃，3500～4500埃、7500～8500埃，反刻后形成阳极电极12；（8）合金，炉温400～530℃、时间10～30min、真空度10-3Pa；（9）在玻璃钝化区8、阴极电极10和门极电极11的正面涂覆聚酰亚胺，光刻后形成聚酰亚胺保护膜9及焊接区；（10）芯片测试、切割、装架、烧结、封装、成品测试。该制作方法采用N型FZ硅片1及合适的厚度控制实现闸流管的高正向及反向阻断电压特性，同时采用穿通隔离、分压环、场板及多层钝化制作出高工作电压的平面闸流管器件，简单易行，且器件的高温漏电小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压平面闸流管器件，其特征在于：包括N型FZ硅片，所述N型FZ硅片的背面设有PWELL区，所述PWELL区的背面设有阳极电极，所述N型FZ硅片的四周环设有与PWELL区连通的P型隔离区，所述N型FZ硅片的正面通过SIPOS膜对称设有玻璃钝化区，所述玻璃钝化区的正面设有聚酰亚胺保护膜，所述玻璃钝化区与N型FZ硅片之间设有分压环和截止环，所述N型FZ硅片的上部、位于玻璃钝化区内缘之间的部分设有短基区，所述短基区的上部设有NWELL区，所述NWELL区的正面设有阴极电极，所述短基区正面的一侧与钝化玻璃区之间设有门极电极。

【技术特征摘要】
1.一种高压平面闸流管器件，其特征在于：包括N型FZ硅片，所述N型FZ硅片的背面设有PWELL区，所述PWELL区的背面设有阳极电极，所述N型FZ硅片的四周环设有与PWELL区连通的P型隔离区，所述N型FZ硅片的正面通过SIPOS膜对称设有玻璃钝化区，所述玻璃钝化区的正面设有聚酰亚胺保护膜，所述玻璃钝化区与N型FZ硅片之间设有分压环和截止环，所述N型FZ硅片的上部、位于玻璃钝化区内缘之间的部分设有短基区，所述短基区的上部设有NWELL区，所述NWELL区的正面设有阴极电极，所述短基区正面的一侧与钝化玻璃区之间设有门极电极。2.根据权利要求1所述的高压平面闸流管器件，其特征在于：所述分压环为至少1个，所述截止环为1个，且设于最外侧分压环的外围。3.根据权利要求1所述的高压平面闸流管器件，其特征在于：所述阴极电极与门极电极之间留有间隙。4.根据权利要求1至3中任一项所述的高压平面闸流管器件的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）选择片厚为390～410μm、电阻率为90～100Ω·cm的N型FZ硅片，在硅片表面用氢氧合成法生长2.0～2.5μm氧化层；（2）光刻腐蚀P型隔离区表面的氧化层，蒸发金属铝，膜层厚度2.4～2.6μm，光刻铝膜、合金推结，形成P型隔离区，推结条件为：温度1265～1270℃、时间10～12h、N2流量5～6L/min；（3）在N型FZ硅片的正面光刻出短基区...

【专利技术属性】
技术研发人员：许志峰，周健，
申请(专利权)人：启东吉莱电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32