CN102983078B - 一种整流二极管的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二极管生产工艺领域，具体涉及一种整流二极管的制作方法，包括硅片超砂、硅片清洗、清洗石英架和石英砣、扩散、检测、扩散源制作步骤，其特征在于，采用磷、硼、铂液态源一次全扩散工艺，通过磷硅玻璃吸收实现少子寿命的优化分布，采用开管扩散，扩散炉温度为1250±1℃,扩散时间为12～15小时，放入磷源、硼源和铂微粉，P型区要求R_□P＝1.1～1.3RΩ/□，XjP＝90±3μm。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)提高了硅片表面浓度的均匀性，比纸源扩散工艺缩短20-22h。2)使用寿命比普通二极管增加1500小时左右。

Description

一种整流二极管的制作方法

技术领域

本发明属于二极管生产工艺领域，具体涉及一种整流二极管的制作方法。

背景技术

目前，国内在整流二极管工艺生产过程中，采用“N”型单晶硅为原料制备PN结，常用方法有两种，即纸源+独立铂扩散方法和用三氯氧磷、三氧化二硼扩散方法。用纸源+独立铂扩散方法制造的器件存在通态压降大的不足，扩散时产生气体会对环境产生污染；而用三氯氧磷和三氧化二硼扩散，作为杂质源制造出的器件浓度分布均匀，反型严重，导致发生阴极和阳极同极现象。如果需要缩短反向恢复时间需要电子辐照或扩铂，这两种方法都是均匀地降低少子寿命，而不能实现少子寿命的优化分布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种整流二极管的制作方法，克服现有技术的不足，充分改善二极管性能，提高亚密度整流二极管的阻断伏安特性、正向导通电流容量、反向恢复特性、温度特性及反向过电流能力。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种整流二极管的制作方法，包括硅片超砂、硅片清洗、清洗石英架和石英砣、扩散、检测、扩散源制作步骤，采用磷、硼、铂液态源一次全扩散工艺，通过磷硅玻璃吸收实现少子寿命的优化分布，其具体操作步骤如下：

1)硅片超砂

将硅片摆在高温四氟架上，放入清洗液中，清洗液的配比是，电子清洗液∶去离子水＝2.7ml∶1000ml，超声清洗30～40分钟，再用60℃～70℃去离子水冲洗，用高纯去离子水超120～150分钟，每30～35分钟更换一次高纯去离子水，然后，用冷热去离子水交替冲洗四遍；

2)硅片清洗

将超砂完的硅片放入1#液中，1#液的配比按体积比是，氨水∶过氧化氢∶高纯去离子水＝1∶2∶5，在加热器上煮10～15分钟，然后，用高纯去离子水冲洗10～15遍，再换上新1#液重复煮一遍，最后用冷热高纯去离子水交替冲洗20～25遍；2#液的配比按体积比是，盐酸∶过氧化氢∶高纯去离子水＝1∶2∶7.在加热器上煮10～15分钟，然后，用高纯去离子水冲洗10～12遍，再换上新2#液重复煮一遍，用冷热高纯去离子水交替各冲洗20遍，最后将清洗干净的硅片放入140～145℃烘箱中烘4～4.5小时；

3)清洗石英架、石英砣

将石英架、石英砣放入体积比为H₂O∶HF＝5∶1的氢氟酸溶液中浸泡30～35分钟，然后，取出用冷热高纯去离子水冲洗各20～25遍，放入140～145℃烘箱中烘2～2.5小时；

4)磷、硼、铂液态源一次全扩散

采用开管扩散，扩散炉温度为1250±1℃，扩散时间为12～15小时，放入磷源、硼源和铂，P型区要求R_□P＝1.1～1.3RΩ/□，XjP＝90±3μm，扩散时间到后关闭扩散炉电源，自然降温至室温，取出石英架；

5)检测

在伏安特性电压测试台测试全扩散后的硅单晶片，其阻断电压2100V时硼面浓度为R_□P＝1.1～1.3RΩ/□，XjP＝90±3μm，磷面浓度为R_□N＝0.6～0.7RΩ/□，XjN＝28+2μm。

所述磷源、硼源的制作步骤如下：

①磷源制作

取三氯氧磷、无水乙醇配制磷源溶液，三氯氧磷∶无水乙醇＝10mL∶550mL，然后用超声波把磷源溶液均匀超声6.5～7h备用；

②硼源制作

取三氧化二硼、硝酸铝、铂微粉和无水乙醇配制硼源溶液，三氧化二硼∶硝酸铝∶铂微粉∶无水乙醇＝28g∶21g∶0.35g∶500mL，然后用超声波把硼源溶液均匀超声14～20h备用。

所述铂微粉粒度为0.1～0.5μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)提高了硅片表面浓度的均匀性，制造出的二极管芯片通态压降小，通流能力增强，有效地解决了常规工艺制造二极管一次扩散时间过长的不理想状况，对于不同等级的参数性能的芯片，均会满足不同的使用需求，达到智适应性、亚电流密度的效果，比纸源+独立铂扩散工艺缩短20-22h，工艺参数一致性好。

2)提高了亚密度整流二极管的阻断伏安特性和电流密度，铂扩散与磷、硼扩散同时进行能够使二极管同时具有低通态峰值压降和好的反向恢复特性，既提高了器件的电流容量，又改善了反向恢复特性，降低了二极管的正向压降，进一步提高了二极管的电流容量，提高了可靠性，正向导电能力得到提高，同直径单晶硅片制得的二极管通流率提高80％以上，使用寿命比普通二极管增加1500小时左右，实现di/dt＞200A/μs，dv/dt＞1000V/μs。

附图说明

图1是二极管反向恢复电流、电压波形图；

图2是突变PN结的电场分布图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明：

本发明一种智适应亚密整流二极管的制作方法，包括硅片超砂、硅片清洗、清洗石英架和石英砣、扩散、检测、扩散源制作步骤，通过采用磷、硼、铂液态源一次全扩散工艺，使其表面浓度分布均匀，通过磷硅玻璃吸收实现少子寿命的优化分布，其具体操作步骤如下：

1)硅片超砂

将硅片摆在高温四氟架上，放入清洗液中，清洗液的配比是，电子清洗液∶去离子水＝2.7ml∶1000ml，超声清洗30～40分钟，再用60℃～70℃去离子水冲洗，用高纯去离子水超120～150分钟，每30～35分钟更换一次高纯去离子水，然后，用冷热去离子水交替冲洗四遍；

2)硅片清洗

将超砂完的硅片放入1#液中，1#液的配比按体积比是，氨水∶过氧化氢∶高纯去离子水＝1∶2∶5，在加热器上煮10～15分钟，然后，用高纯去离子水冲洗10～15遍，再换上新1#液重复煮一遍，最后用冷热高纯去离子水交替冲洗20～25遍；2#液的配比按体积比是，盐酸∶过氧化氢∶高纯去离子水＝1∶2∶7.在加热器上煮10～15分钟，然后，用高纯去离子水冲洗10～12遍，再换上新2#液重复煮一遍，用冷热高纯去离子水交替各冲洗20遍，最后将清洗干净的硅片放入140～145℃烘箱中烘4～4.5小时；

3)清洗石英架、石英砣

将石英架、石英砣放入体积比为H₂O∶HF＝5∶1的氢氟酸溶液中浸泡30～35分钟，然后，取出用冷热高纯去离子水冲洗各20～25遍，放入140～145℃烘箱中烘2～2.5小时；

4)磷、硼、铂液态源一次全扩散

采用开管扩散，扩散炉温度为1250±1℃，扩散时间为12～15小时，放入磷源、硼源和铂，P型区要求R_□P＝1.1～1.3RΩ/□，XjP＝90±3μm，扩散时间到后关闭扩散炉电源，自然降温至室温，取出石英架；

5)检测

在伏安特性电压测试台测试全扩散后的硅单晶片，其阻断电压2100V时硼面浓度为R_□P＝1.1～1.3RΩ/□，XjP＝90±3μm，磷面浓度为R_□N＝0.6～0.7RΩ/□，XjN＝28+2μm。

所述磷源、硼源的制作步骤如下：

①磷源制作

取三氯氧磷、无水乙醇配制磷源溶液，三氯氧磷∶无水乙醇＝10mL∶550mL，然后用超声波把磷源溶液均匀超声6.5～7h备用；

②硼源制作

取三氧化二硼、硝酸铝、铂微粉和无水乙醇配制硼源溶液，三氧化二硼∶硝酸铝∶铂微粉∶无水乙醇＝28g∶21g∶0.35g∶500mL，其中铂微粉粒度0.1～0.5μm，然后用超声波把硼源溶液均匀超声14～20h备用。

本发明与旧工艺(纸源+独立铂扩散工艺)相比，工艺得到了简化，节省了制造过程中的能源与材料消耗，更重要的是单晶硅晶格损伤程度降到了最小，少子寿命得到了提高，而且铂扩散与磷、硼扩散同时进行，能通过磷硅玻璃吸收实现少子寿命的优化分布，即在距PN结较近的N区，少子寿命较小；在距PN结较远的N区，少子寿命较大，从而协调了反向恢复时间与正向压降之间的矛盾，本发明的通态压降降低0.15V，正向压降的降低使二极管的电流容量提高80％以上。

本发明使硅片表面浓度分布均匀，PN结平坦，高温加热时间短，人为操作少，器件适用于多种应用场合，如高耐压整流、快速关断、高电流密度、高可靠、高温阻断、串并联等场合，其中具体优势有：

1)高额定结温；

正向电流分布均匀，不容易出现正向电流集中的现象。对相同的阻断电压，衬底的掺杂浓度相对较高，可以降低电荷效应，使反向电流分布更均匀，因此，二极管高温特性好。

2)高耐压和高反向过电流能力；

对于相同的阻断电压，衬底的掺杂浓度相对较高，因此电荷效应降低，二极管耐反向过电流的能力增强。因此利用该工艺制得的二极管适用于具有一定反向过电流要求的场合，阻断电压的余量得到降低，适合用于较高耐压的场合。电压耐量的余量从3倍降低到1.5倍，使功率器件反向阻断能力大幅度提高。

3)高浪涌能力。

较低的正向压降与均匀的0.5mA电流分布使二极管具有高浪涌能力，与其他工艺方法制得的各规格整流二极管IFSM提高20％，更适合应用于容易出现瞬间过电流的应用场合。

4)高一致性

由于简化了工序，减少了人为操作，因此所制得的的二极管的特性，如反向阻断特性，正向压降及反向恢复特性都具有非常好的一致性，使得该工艺制得的二极管适合应用于需要并联和串联的应用场合。

5)快速软恢复；

反向恢复特性改善了。优化的少子分布能在缩短反向恢复时间的同时，还可以提高反向恢复因子，实现软恢复，实现di/dt＞200A/μs，dv/dt＞1000V/μs。使二极管适合应用于对反向恢复特性要求较高的场合。

采用相同的单晶硅片本发明与旧工艺对比得出以下数据表1：

表1

Claims (3)

1.一种整流二极管的制作方法，包括硅片超砂、硅片清洗、清洗石英架和石英砣、扩散、检测、扩散源制作步骤，其特征在于，采用磷、硼、铂液态源一次全扩散工艺，通过磷硅玻璃吸收实现少子寿命的优化分布，其具体操作步骤如下：

1)硅片超砂

将硅片摆在高温四氟架上，放入清洗液中，清洗液的配比是，电子清洗液∶去离子水＝2.7ml∶1000ml，超声清洗30～40分钟，再用60℃～70℃去离子水冲洗，用高纯去离子水超声清洗120～150分钟，每30～35分钟更换一次高纯去离子水，然后，用冷热去离子水交替冲洗四遍；

2)硅片清洗

将超砂完的硅片放入1#液中，1#液的配比按体积比是，氨水∶过氧化氢∶高纯去离子水＝1∶2∶5，在加热器上煮10～15分钟，然后，用高纯去离子水冲洗10～15遍，再换上新1#液重复煮一遍，最后用冷热高纯去离子水交替冲洗20～25遍；2#液的配比按体积比是，盐酸∶过氧化氢∶高纯去离子水＝1∶2∶7.在加热器上煮10～15分钟，然后，用高纯去离子水冲洗10～12遍，再换上新2#液重复煮一遍，用冷热高纯去离子水交替各冲洗20遍，最后将清洗干净的硅片放入140～145℃烘箱中烘4～4.5小时；

3)清洗石英架、石英砣

将石英架、石英砣放入体积比为H₂O∶HF＝5∶1的氢氟酸溶液中浸泡30～35分钟，然后，取出用冷热高纯去离子水冲洗各20～25遍，放入140～145℃烘箱中烘2～2.5小时；

4)磷、硼、铂液态源一次全扩散

采用开管扩散，扩散炉温度为1250±1℃，扩散时间为12～15小时，放入磷源、硼源和铂，P型区要求R_□P＝1.1～1.3RΩ/□，XjP＝90±3μm，扩散时间到后关闭扩散炉电源，自然降温至室温，取出石英架；

5)检测

在伏安特性电压测试台测试全扩散后的硅单晶片，其阻断电压2100V时硼面浓度为R_□P＝1.1～1.3RΩ/□，XjP＝90±3μm，磷面浓度为R_□N＝0.6～0.7RΩ/□，XjN＝28+2μm。

2.根据权利要求1所述一种整流二极管的制作方法，其特征在于，所述磷源、硼源的制作步骤如下：

①磷源制作

取三氯氧磷、无水乙醇配制磷源溶液，三氯氧磷∶无水乙醇＝10mL∶550mL，然后用超声波把磷源溶液均匀超声6.5～7h备用；

②硼源制作

取三氧化二硼、硝酸铝、铂微粉和无水乙醇配制硼源溶液，三氧化二硼∶硝酸铝∶铂微粉∶无水乙醇＝28g∶21g∶0.35g∶500mL，然后用超声波把硼源溶液均匀超声14～20h备用。

3.根据权利要求2所述一种整流二极管的制作方法，其特征在于，所述铂微粉粒度为0.1～0.5μm。