CN101404254A - 一种硅单晶片制造开放pn结快恢复整流二极管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅单晶片制造开放PN结快恢复整流二极管的方法。包括如下步骤：1)N－型硅单晶片整个面扩散N+型半导体杂质，得到N+/N－/N+结构；2)研磨硅片的一个表面，得到N－/N+结构；3)N－面扩散P+型半导体杂质，得到P+/N－/N+结构；4)在P+/N－/N+结构中扩散铂。本发明的硅单晶片制造开放PN结快恢复整流二极管的方法革除了普通采用的氧化膜掩蔽下区域扩散半导体杂质的晶体管平面工艺，代之以在整个硅片表面上扩散N、P型半导体杂质和扩散铂的开放PN结工艺，制造硅快恢复整流二极管。使用该发明方法，采用硅单晶研磨片来代替硅外延片作为制造开放PN结快恢复整流二极管的基片材料，可简化二极管的制造工艺流程，缩短生产周期，降低成本，提高产品性价比。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件的制造，尤其涉及一种硅单晶片制造快恢复硅整流二极管的方法。
背景技术
快恢复硅整流二极管是重要的电子器件。当今，硅晶体管制造普遍采用的是半导体平面工艺，即在硅片上生长氧化硅膜后，以光刻方法开出氧化硅膜窗口，然后进行在氧化硅膜掩蔽下的P、N型半导体杂质定域扩散，制成PN结。该PN结处于氧化硅膜保护下，实现低反向漏电流，在此氧化硅膜作为绝缘介质同时又起着PN结表面钝化的作用。
长期以来人们对器件结构和制造工艺做了许多改进，本发明提出的硅单晶片制造开放PN结快恢复整流二极管的方法，就是将通常的二极管制造中先将PN结表面钝化然后再进行封装焊接的做法，改为将二极管管芯先行封装焊接后再进行PN结表面钝化的工艺流程。这一制造半导体器件的新方法，人们称之为直角台面晶体管工艺。采用此工艺制成的二极管被称为开放PN结(OpenJunction)二极管。顾名思义，在开放PN结制造工艺流程中，由于无任何介质层对PN结施加保护，从获得二极管芯片开始，PN结就处于开放性暴露在外界的状态，之后经过与封装底座的焊接、化学腐蚀形成直角台面，在暴露在外的PN结上覆盖上绝缘硅胶，至此完成PN结的表面钝化。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术在低附加值产品方面的市场竞争力的不足，提供一种硅单晶片制造开放PN结快恢复整流二极管的方法。
包括如下步骤：
1)在N-型硅单晶片整个面上扩散N+型半导体杂质，得到N+/N-/N+结构的硅片；
2)研磨N+/N-/N+结构的硅片的一个表面，得到N-/N+结构的硅片；
3)在N-/N+结构的硅片的N-面上扩散P+型半导体杂质，得到P+/N-/N+结构的硅片；
4)在整个P+/N-/N+结构的硅片中扩散铂。
所述的N-型硅单晶片的电阻率为5～60Ωcm。研磨为机械研磨或砂轮减薄。扩散N+型半导体杂质为磷，扩散P+型半导体杂质为硼。
本发明与传统的利用硅外延片在氧化硅膜掩蔽下定域扩散掺杂的平面工艺相比，具有简化流程，缩短周期，提高效率，降低材料与生产成本的优点。
附图说明
图1是硅单晶片制造开放PN结快恢复硅整流二极管工艺流程图；
图2是传统晶体管平面工艺制造硅整流二极管的工艺流程图。
具体实施方式
硅整流二极管的重要电性能参数包括反向击穿电压VB和正向压降VF。其中VB要求制造二极管的硅片具有确定数值的电阻率与厚度。高VB要求N-层硅片足够厚，但VF则要求N-层硅片尽量薄，否则VF超标。因而附图2的传统平面工艺就选用N-/N+型硅外延材料来制造。其中N-为低掺杂高阻层，它是在N+型硅单晶衬底片抛光面上通过硅外延的方式生长而成的。N+层为重掺杂的低阻硅单晶衬底部分，该N+层的重要功能是为了增加硅片总厚度，既起到防止在制造器件的过程中发生硅片破碎的作用，又确保良好的VF特性。而在附图1所示本发明所提出的工艺中，为得到N-/N+结构，采取的步骤是：先是在N-型硅单晶片中双面扩散N+型杂质，然后研磨去除一个面上的N+层，即获得N-/N+结构。接着在N-面上扩散P+型杂质，形成P+/N-/N+结构。最后整个硅片扩散铂，在硅的禁带中引入载流子复合中心，制成快恢复整流二极管。
实施例：按照下述方法生产开放PN结快恢复整流二极管的芯片：
选取5-60Ωcm，厚度为240-300μm的N-型硅单晶片。
1)首先清洗硅片：采用1号化学电子清洗液(NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶5)和2号化学电子清洗液(HCL∶H2O2∶H2O＝1∶2∶8)严格清洗。化学电子清洗液的清洗反应温度为80-85℃，反应时间为10分钟。然后将硅片置于纯水中彻底冲洗清洁。纯水电阻率≥15兆欧姆厘米，每次冲水时间≥30分钟。硅片清洗后甩干。
2)N+型半导体杂质扩散：以磷纸作为扩散源，按一张磷纸、一片硅片、再一张磷纸的顺序间隔排列。将排好的硅片放置在石英舟中，推入扩散炉，在氮、氧气的保护下将温度升至1265℃，在氮、氧气的保护下进行1小时的掺杂扩散。扩散结束后将石英舟拉出扩散炉，将硅片浸入氢氟酸溶液中以去除硅片表面的磷硅玻璃层。用纯水冲去硅片表面的氢氟酸并烘干。
3)然后进行单面喷砂，去除一个表面上的N+层，得到N-/N+结构的硅片。喷砂后的硅片于纯水中超声去净表面上残留的的金刚砂，再煮1号化学电子清洗液、2号化学电子清洗液各10分钟并进行多道纯水超声清洗，纯水电阻率≥15兆欧姆厘米。
4)接着进行P+型半导体杂质扩散：在N-/N+结构的N-硅片表面上匀上硼杂质源并放置在石英舟中，推入扩散炉，在氮、氧气的保护下将温度升至1265℃，在氮、氧气的保护下进行20～30小时的掺杂扩散，得到P+/N-/N+结构的硅片。扩散结束后将石英舟拉出扩散炉，将硅片浸入氢氟酸溶液中以去除硅片表面的硼硅玻璃层。用纯水冲去硅片表面的氢氟酸并烘干。然后进行硅片的双面喷砂，去除表面上的氧化膜层。喷砂后的硅片于纯水中超声去净表面上残留的的金刚砂，再煮1号化学电子清洗液、2号化学电子清洗液各10分钟并进行多道纯水超声清洗，纯水电阻率≥15兆欧姆厘米。
5)铂扩散：在清洗后的硅片P+面上涂布一定浓度的铂源，并将硅片置于700～950℃的高温炉中在氮气保护下恒温扩散1-2小时(扩散温度以及扩散时间由有关产品的电性能参数决定)。扩散结束，从炉子里拉出硅片并置于环境温度下自然冷却。将完成铂扩散的硅片煮1号化学电子清洗液、2号化学电子清洗液各10分钟并进行多道纯水超声清洗，每道纯水超声清洗时间为20～30分钟。
6)清洗后的硅片放入NiCl2+NaH2PO2+NH4Cl+NH3·H2O的混合液中，在80～85℃温度下对硅片表面进行化学镀镍。镀镍后的硅片冲纯水清洗、烘干。根据产品规格将硅片锯切成一定形状和一定面积的二极管芯片。芯片清洗后通过隧道炉将其与封装底座焊接，并进行台面酸洗，PN结的表面钝化，压模，成型，制成整流二极管。
Claims (4)
1.一种硅单晶片制造开放PN结快恢复整流二极管的方法，其特性在于包括如下步骤：
1)在N-型硅单晶片整个面上扩散N+型半导体杂质，得到N+/N-/N+结构的硅片；
2)研磨N+/N-/N+结构的硅片的一个表面，得到N-/N+结构的硅片；
3)在N-/N+结构的硅片的N-面上扩散P+型半导体杂质，得到P+/N-/N+结构的硅片；
4)在整个P+/N-/N+结构的硅片中扩散铂。
2.根据权利要求1所述的一种硅单晶片制造开放PN结快恢复整流二极管的方法，其特性在于所述的N-型硅单晶片的电阻率为5～60Ωcm。
3.根据权利要求1所述的一种硅单晶片制造开放PN结快恢复整流二极管的方法，其特性在于所述的研磨为机械研磨或砂轮减薄。
4.根据权利要求1所述的一种硅单晶片制造开放PN结快恢复整流二极管的方法，其特性在于所述的P+型半导体杂质为硼。
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