CN102637596B - 直拉硅片制造高频高压二极管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直拉硅片制造高频高压二极管的方法，包括在一定的条件限制下进行硅片扩散、叠层合金、硅叠切断、组装烧结、钝化封装，其中所述扩散工艺包括对采用的直拉单晶N型硅片进行全数测试、PN前处理、硅片涂源、PN扩散、PN扩散后处理、PT扩散六步骤。本发明采用直拉硅片制造高频高压二极管，可从根本上解决区熔中照片货源紧缺、成本居高不下等制约行业发展的重大瓶颈。

Description

直拉硅片制造高频高压二极管的方法

技术领域

本发明涉及一种高频高压二极管的制造方法，具体是一种包括：硅片扩散、叠层合金、硅叠切断、组装烧结、钝化封装构成的高频高压二极管的制造方法。

背景技术

硅单晶材料简介及原有技术特点

硅单晶材料是制造高频高压二极管的主要结构材料，在器件制造材料成本中其所占比例最高。

硅单晶材料近按本身的制造工艺可分为若干类型，主要有：

按拉制工艺可分为直拉（CZ）、区熔（FZ）两大类；

按表面状态或表面处理方式分为研磨片、抛光片、外延片；

按控制硅材料电阻率的方式可分为固相掺杂、中子辐照，前者一般用于直拉硅片，后者通常用于区熔硅片。

长期以来，均使用区熔中照（中子辐照）片制造各种规格的高频高压二极管，这也是目前国内同行所共同使用的硅单晶材料品种。

区熔中照片从特性上讲，可以满足高频高压二极管的制造要求，但区熔中照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。一个中子反应堆消耗的能源相当可观；

3）区熔中照硅片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。

发明内容

本发明的主要任务在于提供一种直拉硅片制造高频高压二极管的方法，具体是一种解决区熔中照片货源紧缺、二极管制作成本居高不下的直拉硅片制造高频高压二极管的方法。

为了解决以上技术问题，本发明的一种直拉硅片制造高频高压二极管的方法，包括：硅片扩散、叠层合金、硅叠切断、组装烧结、钝化封装，其中所述扩散工艺包括对采用的直拉单晶N型硅片进行全数测试、PN前处理、硅片涂源、PN扩散、PN扩散后处理、PT扩散六步骤，其特征在于：所述对采用的直拉单晶N型硅片进行全数测试：测试参数中，所述直拉单晶N型硅片组合电阻率为40Ω.cm；所述硅片涂源：直拉硅片两面涂P源\N源后再复涂一次，其P面、N面附源总量高于区溶中照硅片两倍，且直拉硅片扩散后表面浓度达到0.06Ω.cm；所述PN扩散：直拉硅片扩散条件：在1300℃的温度下扩散68H，扩散后硅片结深为74±3μm；所述PT扩散：后处理硅片经酸、碱处理甩干后浸源，然后进PT扩散炉进行PT扩散，直拉硅片扩散条件：在980℃的温度下扩散2H，再以15℃/min降温速率降温至830℃恒温退火1H。

本发明的原理：由于掺杂工艺的重大差异，直拉硅片与区溶中照片在性能上存在一些差异，主要表现为径向电阻率面内偏差较大，杂质（C，O）含量高于区熔中照片，因此直拉CZ硅片PN扩散要采用高浓度扩散,以减小硅片面内表面浓度差异，并提高扩散片中磷硼杂质浓度梯度，有助于提高单片反向击穿耐压。PT扩散则采用了退火工艺，在退火过程中基区PT产生再分布，弱化C、O与硅的聚球效应，在一定程度上降低了反向漏电流。

本发明的优点在于：采用直拉硅片制造高频高压二极管，可从根本上解决区熔中照片货源紧缺、成本居高不下等制约行业发展的重大瓶颈。

直拉硅片在高频高压二极管上的应用，开辟高压、高频、大功率器件制造时所用芯片材料的新路，使高频高压二极管在市场竞争中获得了极大的性价比优势，并彻底解决目前及可以预期的未来相当一段时期的高频高压二极管主要结构材料——硅片的货源问题。

附图说明

   图1为区溶中照硅片制造高频高压二极管的工艺流程框图；

   图2为本发明的直拉硅片制造高频高压二极管的工艺流程框图。

具体实施方式

使用本发明的直拉硅片制造高频高压二极管的方法，主要是以直拉CZ硅片制造高频高压二极管。

本发明的高频高压二极管的整个制作方法与常规的制作方法相同，因此在此不再累述。主要改进的工艺为扩散工艺，该扩散工艺与区熔中照片相制造高频高压二极管扩散工艺比较，除了下述的改进和创新，其它工艺流程与区熔中照片制造高频高压二极管扩散工艺保持一致，为常规技术，因此也不再累述。

以下以CZ硅片为例，举例说明其制作工艺：

如图1、2所示:

Ⅰ.对硅片进行常规全数测试，测试参数包括电阻率、厚度。区熔中照硅片组合电阻率为45Ω.cm，厚度300±5μm，直拉硅片组合电阻率为40Ω.cm，厚度300±5μm。

Ⅱ.PN前处理：对组合完毕的硅片投入PN前处理，经常规的氢氟酸、氢氧化钾处理去除硅片表面的油污及金属杂质，该处，对比的两种制作工艺一致，均为常规方法。

Ⅲ.硅片涂源：区溶中照硅片两面涂P源\N源各一次，直拉硅片两面涂P源\N源后复涂一次第一次涂布甩干后再涂一遍，其P面、N面附源总量高于区溶中照硅片两倍。直拉硅片扩散后表面浓度达到0.06Ω.cm，高于区熔硅片表面浓度为0.18Ω.cm。

Ⅳ.PN扩散：涂源完毕的硅片进高温扩散炉进行常规步骤的扩散，但扩散条件进行调整：区熔中照硅片扩散条件：1300℃，56H，扩散后测试结深为65±3μm。直拉硅片扩散条件：1300℃，68H，扩散后硅片结深为74±3μm。

Ⅴ. PN扩散后处理：PN扩散后硅片在氢氟酸槽中超声清洗两小时，然后纯水清洗，红外烘箱干燥，该处，对比的两种制作工艺一致，均为常规方法。

Ⅵ.PT扩散：常规后处理硅片经酸、碱处理甩干后浸源，然后进PT扩散炉进行常规步骤PT扩散，但扩散条件进行调整：区熔中照硅片扩散条件：980℃，2H。直拉硅片扩散条件：980，2H，再以15℃/min降温速率降温至830℃恒温退火1H。

实施效果：

针对直拉CZ硅片技术性能，通过对扩散工艺进行改进和优化，以直拉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区熔中照硅片。而主材料成本则为原来的52%。

Claims (1)

1.一种直拉硅片制造高频高压二极管的方法，包括：硅片扩散、叠层合金、硅叠切断、组装烧结、钝化封装，其中所述扩散工艺包括对采用的直拉单晶N型硅片进行全数测试、PN前处理、硅片涂源、PN扩散、PN扩散后处理、PT扩散六步骤，其特征在于：所述对采用的直拉单晶N型硅片进行全数测试：测试参数中，所述直拉单晶N型硅片组合电阻率为40Ω.cm；所述硅片涂源：直拉硅片两面涂P源\N源后再复涂一次，其P面、N面附源总量高于区溶中照硅片两倍，且直拉硅片扩散后表面电阻率达到0.06Ω.cm；所述PN扩散：直拉硅片扩散条件：在1300℃的温度下扩散68H，扩散后硅片结深为74±3μm；所述PT扩散：后处理硅片经酸、碱处理甩干后浸源，然后进PT扩散炉进行PT扩散，直拉硅片扩散条件：在980℃的温度下扩散2H，再以15℃/min降温速率降温至830℃恒温退火1H。