CN101651102B - 一种双向触发二极管芯片的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种双向触发二极管芯片的制备方法，涉及一种半导体器件的制造技术领域，本发明中包括如下工艺步骤：硅片清洗、一次扩散、二次清洗、二次扩散、一次光刻、台面成型、玻璃钝化、二次光刻、两面镀膜、三次光刻、四次光刻，最后划成独立的芯片。本发明产品的击穿电压可以根据用户的要求进行调节，调整范围大；产品可采用多种封装形式，以满足不同用户和不同线路的要求；采用第四次光刻工艺，提高了产品的可靠性；可用于4英寸硅片生产，提高了生产效率，产品的成品率高。

Description

一种双向触发二极管芯片的制备方法 

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的制造方法，特别是双向触发二极管的制备方法。 

背景技术

当今双向触发二极管芯片制造中较先进的技术是采用一种低电阻率的P+型双磨单晶片进行制备，其工艺步骤为：酸洗、清洗、扩散、刻槽、玻璃钝化、电镀、合金、电镀、测试、划片、裂片，该方法的不足之处为：产品的击穿电压由所选材料的电阻率决定，不可调节；产品的电极用电镀方式形成，正反两个面的电极材料一样，因此只能选用轴向封装，产品的封装形式单一；直接在玻璃钝化层上划片，影响产品的可靠性；为了达到产品的负阻性能，必须采用超薄硅单晶材料生产(硅片厚度100μm)，因此只能使用2英寸或者3英寸的小直径的硅片材料生产，不便于生产量的扩大，且易碎片，给操作带来不便。长期以来，在半导体器件制造领域，人们在结构设计、工艺改进、性能优化、成本降低、可靠性等方面，作出了不懈的努力。 

发明内容

本发明的目的是提供一种双向击穿电压值可调、封装形式多样、漏电流小、质量稳定可靠的结构新颖的双向触发二极管芯片的制备方法。 

本发明提供的技术方案是：采用洁净的高电阻率的双面抛光P-型单晶硅经以下工艺步骤制成： 

1)一次扩散：在P^-型单晶硅的正反两面同时完成P型半导体杂质的扩散，形成P/P^-/P结构； 

2)清洗硅片； 

3)二次扩散：在P/P^-/P结构硅片的正反两面同时完成N型半导体杂质 

的扩散，形成N⁺/P/P^-/P/N⁺结构； 

4)在N⁺/P/P^-/P/N⁺结构硅片的正反两面同时光刻台面槽窗口，并台面成型，玻璃钝化； 

5)在N⁺/P/P^-/P/N⁺结构硅片的正反两面同时光刻引线孔窗口，并镀膜； 

6)在N⁺/P/P^-/P/N⁺结构硅片的正反两面同时光刻金属膜，便于电极引出； 

7)在N⁺/P/P^-/P/N⁺结构硅片的正反两面同时光刻划片槽，并去除玻璃层； 

8)将N⁺/P/P^-/P/N⁺结构硅片划成独立的芯片。 

本发明通过两次扩散的工艺调节，以达到不同的击穿电压值，满足用户的需要；采取不同镀膜方式，以满足不同封装形式的要求；不在玻璃钝化层上划片，避免玻璃钝化膜应力的产生，结构牢靠，减少了漏电流，尤其是高温下的漏电流，进一步提高产品的可靠性。由于本发明的产品结构的特殊性，所选用的材料为正常片厚的材料(硅片厚度220～300μm)，因此可用于4英寸硅片的生产，生产效率大大提高，操作方便，也降低了生产成本。P^-型单晶硅材料的电阻率是10～20Ω.cm。P型半导体杂质为硼，N⁺型半导体杂质为磷，两次扩散都是在硅片的正反面同时完成，保证了产品的对称性。通过对两次扩散的浓度和结深的调节，以达到所需要的击穿电压值，且保证了产品的负阻特性。本发明方法的优点是：通过扩散的工艺调节，击穿电压值的调整范围广，可以满足用户的不同击穿电压值要求。两次镀膜可采用蒸发铝及蒸发TiNiAg两种方式，双面蒸发TiNiAg可用于轴线封装，一面蒸发铝而另一面蒸发TiNiAg则可用于表面贴片封装。产品的封装形式灵活，可满足不同用户、不同线路的要求，使用范围广。本发明增加了一道 光刻工序，以去除划片槽的玻璃层，众所周知，玻璃层为台面保护层，直接在玻璃层上划片，产生的应力易引起玻璃层的裂纹，从而影响产品的可靠性。 

本发明第一次扩散时，将硅片正反两面涂上硼液态源，装上载片舟，推入扩散炉，升温至1240±5℃，在N₂/O₂气氛中扩散30～40小时，扩散结束后将载片舟拉出，取下硅片。 

第二次扩散时，进行磷预扩散和再扩散，预扩散1160±5℃4小时，然后再在1240±5℃的O₂气氛中扩散2～3小时，以达到合适的转折电压和回弹电压。 

附图说明

图1为本发明A-A向剖面结构示意图； 

图2为本发明横向结构示意图。 

图中，1为P^-区，2为P扩散区、3为N⁺扩散区、4为P扩散区、5为N⁺扩散区、6为镀膜区、7为玻璃钝化区、8为划片区。 

具体实施方式

双向触发二极管是特种半导体器件，重要的电特性参数包括正反向击穿电压、动态回弹电压和导通压降。其芯片内部结构为晶体管结构，只是没有基极引线，且发射极和集电极可以任意调换。基于晶体管原理，通过调节第一次和第二次扩散浓度和结深，达到合适的β₀，保证产品的触发电压值和回弹电压。所选用的硅片材料厚度必须保证有较小的导通压降。 

本发明图1中2区和4区的P型杂质扩散是在同一扩散过程中完成，图1中3区和5区的N⁺型杂质扩散也是在同一扩散过程中完成，保证了产品正反向击穿电压的对称性。 

示例：按照以下表述的方法生产双向触发二极管芯片： 

选取电阻率是10～20Ω.cm，片厚为200～300μm的P型硅材料双模抛光片。 

操作步骤： 

1)硅片清洗：用1号电子清洗液(NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O的体积比为1∶2∶5)和2号电子清洗液(HCL∶H₂O₂∶H₂O的体积比为1∶2∶6)进行清洗，清洗液的反应温度85±5℃，反应时间10分钟，用去离子水(电阻率大于14M Ω.cm)冲洗，时间30分钟，甩干。 

2)第一次扩散：硅片正反两面涂上硼液态源，装上载片舟，推入扩散炉，升温至1240±5℃，在N₂/O₂气氛中扩散30～40小时，扩散结束后将载片舟拉出，取下硅片。 

3)清洗：用稀HF溶液漂去表面硼硅玻璃，去离子水冲洗干净。再进行清洗硅片，方法同1)步骤。 

4)第二次扩散：进行磷预扩散和再扩散，预扩散1160±5℃4小时，然后再在1240±5℃的O₂气氛中扩散2～3小时，以达到合适的转折电压和回弹电压。 

5)硅片正反两面涂450光刻胶，用HF∶NH₄F∶H₂O体积比为3∶6∶10的混合溶液去净表面SiO₂，并在HAC∶HNO₃∶HF∶HNO₃体积比为1∶0.2∶1.25∶0.5中进行台面成型，再进行PN结玻璃钝化保护。 

6)硅片正反两面涂450光刻胶，用HF∶NH₄F∶H₂O体积比为3∶6∶10的混合溶液去净表面SiO₂，正面蒸发Al(铝)，反面蒸发TiNiAg。硅片正反两面涂450光刻胶，去除多余的Al(铝)及TiNiAg。 

7)硅片正反两面涂450光刻胶，去除窗口内的玻璃层，露出划片槽。 

8)划片，制成了双向触发二极管芯片。 

Claims (3)

1.一种双向触发二极管芯片的制备方法，其特征在于采用洁净的电阻率为10～20Ω.cm的高电阻率的双面抛光P^-型单晶硅经以下工艺步骤制成：

1)一次扩散：在P^-型单晶硅的正反两面同时完成P型半导体杂质的扩散，形成P/P^-/P结构；

2)清洗硅片；

3)二次扩散：在P/P^-/P结构硅片的正反两面同时完成N型半导体杂质的扩散，形成N⁺/P/P^-/P/N⁺结构；

4)在N⁺/P/P^-/P/N⁺结构硅片的正反两面同时光刻台面槽窗口，并台面成型，玻璃钝化；

5)在N⁺/P/P^-/P/N⁺结构硅片的正反两面同时光刻引线孔窗口，并镀膜；

6)在N⁺/P/P^-/P/N⁺结构硅片的正反两面同时光刻金属膜，便于电极引出；

7)在N⁺/P/P^-/P/N⁺结构硅片的正反两面同时光刻划片槽，并去除玻璃层；

8)将N⁺/P/P^-/P/N⁺结构硅片划成独立的芯片。

2.根据权利要求1所述双向触发二极管芯片的制备方法，其特征在于一次扩散时，将硅片正反两面涂上硼液态源，装上载片舟，推入扩散炉，升温至1240±5℃，在N₂/O₂气氛中扩散30～40小时，扩散结束后将载片舟拉出，取下硅片。

3.根据权利要求1所述双向触发二极管芯片的制备方法，其特征在于二次扩散时，进行磷预扩散和再扩散，先在1160±5℃的温度预扩散4小时，然后再在1240±5℃的O₂气氛中扩散2～3小时，以达到合适的转折电压和回弹电压。

Images