CN101656211B - 以气相掺杂区熔硅片制造高频高压二极管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以气相掺杂区熔硅片制造高频高压二极管的方法，采用气相掺杂区熔硅片替代中子辐照区熔硅单晶(NTD)制作高频高压二极管，从而减少了中子辐照区熔硅单晶的需求，减少了中子辐射危害及污染，制成的高频高压二极管频率特性一致，正反向参数均等同于NTD片，生产成本大大降低，缓解了NTD片货源严重不足的问题，产品性能优越、稳定。
Description
技术领域
本发明涉及半导体二极管的制造，具体地说是一种以气相掺杂区熔硅片制造高频高压二极管的方法。
背景技术
经检索有关专利文献，目前尚未检索到与本发明相同的以气相掺杂区熔硅片制造高频高压二极管的方法。长期以来，均使用中子辐照区熔硅单晶(NTD)制造各种规格的高频、超高频高压二极管，这也是国际上同类产品所共同使用的硅单晶材料品种。NTD硅片虽然从特性上讲，可以满足高频二极管的制造要求，能在一定范围内适应超高频高压二极管的制造要求，但NTD片本身的制造工艺存在明显的缺点，主要有：(1)生产周期长。中子照射后的硅单晶必须放置一段时间，使照射后硅单晶中产生的杂质元素衰减至半衰期后才能再加工，避免对人体产生辐射影响；(2)生产成本和能源消耗高。每公斤硅单晶的中子辐照费用高，且一个中子反应堆消耗的能源相当可观；(3)中子辐照掺杂低电阻率的硅单晶非常困难，一般掺杂下限为30Ω.cm，超出此下限中子辐照掺杂极其困难，且成本大幅度上升，从而严重制约超高频高压二极管的发展；(4)区熔硅单晶的产量受中子照射资源和安全控制的限制，不能满足市场需求。尤其是国家狠抓安全生产，更限制了NTD硅片的产量。因此，选择新型的硅材料替代NTD已是刻不容缓。
发明内容
本发明的目的是要提供一种以气相掺杂区熔硅片(FGD)为材料，取代中子辐照区熔硅单晶(NTD)，制造高频高压二极管的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
以气相掺杂区熔硅片制造高频高压二极管的方法，它包括以下步骤：
(1)将气相掺杂区熔硅片进行全数测试，硅片R/2点电阻率ρ1为：28Ω.cm≤ρ1≤42Ω.cm；
(2)将步骤(1)所测合格的硅片组成扩散批，扩散批硅片R/2点平均电阻率ρR/2为：30Ω.cm≤ρR/2≤40Ω.cm；
(3)将步骤(2)组成的扩散批进行清洗处理，去除表面杂质；
(4)将步骤(3)清洗过的扩散批硅片进行全自动二次涂覆处理，一面涂覆磷源，另一面涂覆硼源，涂覆源量为：0.1ml～0.15ml；
(5)将步骤(4)的硅片送入高温扩散炉进行PN扩散，温度t1为：1285℃≤t1≤1290℃，温控时间h1为：26小时≤h1≤30小时；
(6)对步骤(5)的硅片进行评价测试，结深Xj为：75μm≤Xj≤85μm，方块电阻ρ2为：ρ2≤0.1Ω.cm；
(7)对步骤(6)的合格品进行PT扩散，扩散温度t2为：845℃≤t2≤855℃，扩散时间h2为：0.4小时≤h2≤0.6小时，恒温后降至650℃退火1小时；
(8)对步骤(7)所得的半成品进行评价测试，反向恢复时间Trr为：0.03μs≤Trr≤0.085μs；
(9)对步骤(8)的合格品进行喷砂处理，喷砂深度L1为：3μm≤L1≤5μm；
(10)对步骤(9)的合格品进行脱脂及一次镀镍处理，镀镍厚度δ1为：0.8μm≤δ1≤1μm；
(11)对步骤(10)的合格品进行烧结二次镀镍处理，650℃烧结1小时，二次镀镍厚度δ2为：0.2μm≤δ2≤0.3μm；
(12)对步骤(11)的产品进行化学镀金，镀金厚度δ3为：0.1μm≤δ3≤0.2μm；
(13)将步骤(12)所得的半成品按耐压等级分别进行积层，组成硅片-焊片组，硅片数量按耐压等级而定；
(14)将步骤(13)组成的硅片-焊片组送入高频合金炉进行高频加热处理，加热温度t3为：280℃≤t3≤290℃，加热时间h3为：8≤h3≤12分钟；
(15)将步骤(14)加工好的硅叠进行多股钢丝切断处理，形成硅块，硅块截面尺寸为：0.62mm×0.62mm；
(16)对步骤(15)形成的硅块进行检测，正向导通电流If为：8μA≤If≤15μA，外形尺寸为；0.62mm×0.62mm；
(17)将步骤(16)的硅块进行化学处理，去除表面杂质，形成硅块台面，台面腐蚀深度L2为：100μm≤L2≤140μm；
(18)将管芯引线及步骤(17)所得的硅块装入石墨模，并送入链式烧结炉进行烧结，恒温区温度t4为：280℃≤t4≤290℃，恒温区时间h4为：2分钟≤h4≤3分钟，得到装配硅块；
(19)将步骤(18)所得装配硅块进行碱腐蚀处理，清洗表面杂质，腐蚀时间h5为：4分钟≤h5≤6分钟；
(20)将步骤(19)所得的装配硅块进行管芯表面涂覆，并进行表面钝化处理，得半成品；
(21)将步骤(20)所得的半成品进行压塑封装；
(22)将步骤(21)所得的半成品进行X射线测试，去除不良品，得成品。
本发明与现有技术相比具有以下显著优点：
1、采用气相掺杂区熔硅片替代中子辐照区熔硅单晶(NTD)制作高频高压二极管，从而减少了中子辐照区熔硅单晶的需求，减少了中子辐射危害及污染。
2、采用气相掺杂区熔硅片制成的高频高压二极管频率特性一致，正反向参数均等同于NTD片，从而使生产成本大大降低，缓解了NTD片货源严重不足的问题。
3、采用二次涂源及高温短时间扩散技术，扩散后晶片表面方块电阻由0.20Ω.cm提高至0.08Ω.cm，使产品性能优越、稳定。
4、由于生产的产品性能可靠，质量高，价格底，减少了环境污染，所以有着很大的实用和推广价值。
以下将对本发明进行进一步的描述：
具体实施方式
以3时气相掺杂区熔硅片为例，本发明的以气相掺杂区熔硅片制造高频高压二极管的方法，它包括以下步骤：
(1)将气相掺杂区熔硅片进行全数测试，硅片R/2点电阻率ρ1为：28Ω.cm≤ρ1≤42Ω.cm；，本实施例硅片R/2点电阻率为32Ω.cm≤ρ1≤38Ω.cm；
(2)将步骤(1)所测合格的硅片组成扩散批，扩散批硅片R/2点平均电阻率ρR/2为：30Ω.cm≤ρR/2≤40Ω.cm，本实施例硅片R/2点平均电阻率ρR/2为：34Ω.cm≤ρR/2≤38Ω.cm；
(3)将步骤(2)组成的扩散批进行清洗处理，去除表面杂质；
(4)将步骤(3)清洗过的扩散批硅片进行全自动二次涂覆处理，一面涂覆磷源，另一面涂覆硼源，涂覆源量为：0.1ml～0.15ml；
(5)将步骤(4)的硅片送入高温扩散炉进行PN扩散，温度t1为：1285℃≤t1≤1290℃，温控时间h1为：26小时≤h1≤30小时，本实施例温度t1为：1286℃≤t1≤1288℃，温控时间h1为：28小时；
(6)对步骤(5)的硅片进行评价测试，结深Xj为：75μm≤Xj≤85μm，方块电阻ρ2为：ρ2≤0.1Ω.cm；本实施例结深Xj为：78μm≤Xj≤82μm，方块电阻ρ2为：ρ2≤0.09Ω.cm；
(7)对步骤(6)的合格品进行PT扩散，扩散温度t2为：845℃≤t2≤855℃，扩散时间h2为：0.4小时≤h2≤0.6小时，恒温后降至650℃退火1小时，本实施例扩散温度t2为：848℃≤t2≤852℃，扩散时间h2为：0.45小时；
(8)对步骤(7)所得的半成品进行评价测试，反向恢复时间Trr为：0.03μs≤Trr≤0.085μs；
(9)对步骤(8)的合格品进行喷砂处理，喷砂深度L1为：3μm≤L1≤5μm，本实施例喷砂深度L1为：4μm；
(10)对步骤(9)的合格品进行脱脂及一次镀镍处理，镀镍厚度δ1为：0.8μm≤δ1≤1μm，本实施例镀镍厚度δ1为：0.85μm≤δ1≤0.90μm；
(11)对步骤(10)的合格品进行烧结二次镀镍处理，650℃烧结1小时，二次镀镍厚度δ2为：0.2μm≤δ2≤0.3μm，本实施例二次镀镍厚度δ2为：0.25μm≤δ2≤0.3μm；
(12)对步骤(11)的产品进行化学镀金，镀金厚度δ3为：0.1μm≤δ3≤0.2μm，本实施例镀金厚度δ3为：0.15μm≤δ3≤0.18μm；
(13)将步骤(12)所得的半成品按耐压等级分别进行积层，组成硅片-焊片组，硅片数量按耐压等级而定；
(14)将步骤(13)组成的硅片-焊片组送入高频合金炉进行高频加热处理，加热温度t3为：280℃≤t3≤290℃，加热时间h3为：8≤h3≤12分钟，本实施例加热温度t3为：286℃≤t3≤288℃，加热时间h3为：9≤h3≤10分钟；
(15)将步骤(14)加工好的硅叠进行多股钢丝切断处理，形成硅块，硅块截面尺寸为：0.62mm×0.62mm；
(16)对步骤(15)形成的硅块进行检测，正向导通电流If为：8μA≤If≤15μA，外形尺寸为；0.62mm×0.62mm，本实施例正向导通电流If为：9μA≤If≤13μA；
(17)将步骤(16)的硅块进行化学处理，去除表面杂质，形成硅块台面，台面腐蚀深度L2为：100μm≤L2≤140μm，本实施例台面腐蚀深度L2为：120μm≤L2≤130μm；
(18)将管芯引线及步骤(17)所得的硅块装入石墨模，并送入链式烧结炉进行烧结，恒温区温度t4为：280℃≤t4≤290℃，恒温区时间h4为：2分钟≤h4≤3分钟，得到装配硅块，本实施例恒温区温度t4为：283℃≤t4≤286℃，恒温区时间h4为：2分钟；
(19)将步骤(18)所得装配硅块进行碱腐蚀处理，清洗表面杂质，腐蚀时间h5为：4分钟≤h5≤6分钟，本实施例腐蚀时间h5为：5分钟；
(20)将步骤(19)所得的装配硅块进行管芯表面涂覆，并进行表面钝化处理，得半成品；
(21)将步骤(20)所得的半成品进行压塑封装；
(22)将步骤(21)所得的半成品进行X射线测试，去除不良品，得成品。
Claims (1)
1.以气相掺杂区熔硅片制造高频高压二极管的方法，它包括以下步骤：
(1)将气相掺杂区熔硅片进行全数测试，硅片R/2点电阻率ρ1为：28Ω.cm≤ρ1≤42Ω.cm；
(2)将步骤(1)所测合格的硅片组成扩散批，扩散批硅片R/2点平均电阻率ρR/2为：30Ω.cm≤ρR/2≤40Ω.cm；
(3)将步骤(2)组成的扩散批进行清洗处理，去除表面杂质；
(4)将步骤(3)清洗过的扩散批硅片进行全自动二次涂覆处理，一面涂覆磷源，另一面涂覆硼源，涂覆源量为：0.1ml～0.15ml；
(5)将步骤(4)的硅片送入高温扩散炉进行PN扩散，温度t1为：1285℃≤t1≤1290℃，温控时间h1为：26小时≤h1≤30小时；
(6)对步骤(5)的硅片进行评价测试，结深Xj为：75μm≤Xj≤85μm，方块电阻ρ2为：ρ2≤0.1Ω.cm；
(7)对步骤(6)的合格品进行PT扩散，扩散温度t2为：845℃≤t2≤855℃，扩散时间h2为：0.4小时≤h2≤0.6小时，恒温后降至650℃退火1小时；
(8)对步骤(7)所得的半成品进行评价测试，反向恢复时间Trr为：0.03μs≤Trr≤0.085μs；
(9)对步骤(8)的合格品进行喷砂处理，喷砂深度L1为：3μm≤L1≤5μm；
(10)对步骤(9)的合格品进行脱脂及一次镀镍处理，镀镍厚度δ1为：0.8μm≤δ1≤1μm；
(11)对步骤(10)的合格品进行烧结二次镀镍处理，650℃烧结1小时，二次镀镍厚度δ2为：0.2μm≤δ2≤0.3μm；
(12)对步骤(11)的产品进行化学镀金，镀金厚度δ3为：0.1μm≤δ3≤0.2μm；
(13)将步骤(12)所得的半成品按耐压等级分别进行积层，组成硅片-焊片组，硅片数量按耐压等级而定；
(14)将步骤(13)组成的硅片-焊片组送入高频合金炉进行高频加热处理，加热温度t3为：280℃≤t3≤290℃，加热时间h3为：8≤h3≤12分钟；
(15)将步骤(14)加工好的硅叠进行多股钢丝切断处理，形成硅块，硅块截面尺寸为：0.62mm×0.62mm；
(16)对步骤(15)形成的硅块进行检测，正向导通电流If为：8μA≤If≤15μA，外形尺寸为；0.62mm×0.62mm；
(17)将步骤(16)的硅块进行化学处理，去除表面杂质，形成硅块台面，台面腐蚀深度L2为：100μm≤L2≤140μm；
(18)将管芯引线及步骤(17)所得的硅块装入石墨模，并送入链式烧结炉进行烧结，恒温区温度t4为：280℃≤t4≤290℃，恒温区时间h4为：2分钟≤h4≤3分钟，得到装配硅块；
(19)将步骤(18)所得装配硅块进行碱腐蚀处理，清洗表面杂质，腐蚀时间h5为：4分钟≤h5≤6分钟；
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