CN109712876A - 一种pn结扩散方法 - Google Patents

Abstract

为了提高二极管晶片的PN结扩散过程中生产效率低、成本高的问题，本发明提供一种PN结扩散方法，包括原硅片，原硅片为N型，扩散过程中包括以下步骤：S1：清洗、S2：涂扩散源；S3：放入扩散炉中进行硅片扩散，得到P﹢/N/N﹢型结构；S4：清洗，分片；S5：对分开后的硅片进行双面喷砂；S6：喷砂后的硅片进行表面金属化处理；S7：完成了晶片的制作过程。本申请中采用对原硅片两侧涂覆硼扩散源和磷扩散源，然后同时扩散，减少原硅片反复清洗、分离、喷砂的过程，不仅缩短了生产周期，提高了生产效率，并且降低了生产成本；此外，本申请中采用一次扩散，避免了多次高温对晶片的影响，提高了晶片的电特性。

Description

一种PN结扩散方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别是一种PN结扩散方法。

背景技术

二极管是最常用的基础电子元器件，在二极管晶片制作中，需要将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体基片上，该半导体基片也称之为原硅片，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结，PN结具有单向导电性。由于掺杂的磷形成的P区其表面浓度要在10²¹数量级，掺杂的硼形成的N区其表面浓度要在10²⁰数量级。两面的浓度不一致，目前采用的方式为首先进行磷扩散，然后通过喷砂处理，将不需要磷的一侧进行去磷处理，接着清洗后再次进行硼扩散，经过两次扩散不仅生产效率低，并且采用两次扩散也提高了生产成本；扩散过程中一般都是在1200℃以上，经过两次高温降低了晶片的电特性。

发明内容

为了提高二极管晶片的PN结扩散过程中生产效率低、成本高的问题，本发明提供一种PN结扩散方法，其目的在于提高晶片的生产效率，降低生产成本，同时也提高晶片的电特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种PN结扩散方法，包括原硅片，原硅片为N型，扩散过程中包括以下步骤：

S1：对原硅片放置在清洗机上进行清洗，清洗后烘干，然后取出待用；

S2：对上一步原硅片的上方涂覆硼扩散源，对N型原硅片的下方涂覆磷扩散源，然后装入石英舟后待用；

S3：将上一步中的石英舟放入扩散炉中进行硅片扩散，得到P﹢/N/N﹢型结构；

S4：将扩散后的硅片放置到氢氟酸中，直至硅片分开；

S5：将分开后的硅片放置在喷砂机中，对分开后的硅片进行双面喷砂；

S6：喷砂后的硅片进行表面金属化处理；

S7：完成了晶片的制作过程。

进一步地，所述清洗包括将原硅片放入氢氟酸中浸泡12-48小时，然后取出通过清水冲洗1-1.5小时，再用清洗剂进行超声清洗0.25-0.5小时。

进一步地，所述磷扩散源包括以下组分，各组分以重量计算，其含量为：

NH₄H₂PO₄：80-100g；

H₂O: 180-200g；

H₃PO₄：7-10g。

进一步地，所述硼扩散源包括以下组分，各组分以重量计算，其含量为：

B₂O₃：35-45g;

C₂H₆O: 100-110g。

进一步地，所述扩散炉中扩散温度为：1220℃-1270℃；扩散时间为20-35小时。

进一步地，在清洗前，还包括筛选步骤，对原硅片进行筛选，选择电阻率为30-40Ωcm的原硅片，以及原硅片的厚度为265-275 μm。

本发明在具体使用中，首先对原硅片放置在清洗机上进行清洗，其中清洗机选择本领域所熟知的清洗设备，经过清洗后烘干，然后取出待用；调制好硼扩散源和磷扩散源，分别涂覆在原硅片的上表面和下表面，然后装入石英舟；接着将石英舟放入RCH-4300-003程控扩散炉进行扩散处理，使硼离子和磷离子扩散到硅片内部，形成P﹢/N/N﹢型结构；将扩散后的硅片放置到氢氟酸中进行清洗，直至硅片分开；将分开后的硅片放置在喷砂机中，对分开后的硅片进行双面喷砂，其中喷砂机选择本领域技术人员所熟知的喷砂机，砂粒粒径选择50μm；喷砂后的硅片进行表面金属化处理，金属化处理包括采用常用的化学镀镍技术在硅片上镀上一层金属镍，并在高温炉中经500-700℃进行烧结，形成欧姆接触层，再在70℃以上的硝酸溶液中去除镍表面形成的镍的氧化层，然后再镀上一层金属镍层，如此形成金属电极，完成硅片扩散和晶片的制作过程。本申请中采用对原硅片两侧涂覆硼扩散源和磷扩散源，然后同时扩散，减少原硅片反复清洗、分离、喷砂的过程，不仅缩短了生产周期，提高了生产效率，并且降低了生产成本；此外，本申请中采用一次扩散，避免了多次高温对晶片的影响，提高了晶片的电特性。

附图说明

图1是本发明一种PN结扩散方法扩散后晶片结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

一种PN结扩散方法，包括原硅片，原硅片为N型，扩散过程中包括以下步骤：

S1：对原硅片放置在清洗机上进行清洗，清洗后烘干，然后取出待用；

S2：对上一步原硅片的上方涂覆硼扩散源，对N型原硅片的下方涂覆磷扩散源，然后装入石英舟后待用；

S3：将上一步中的石英舟放入扩散炉中进行硅片扩散，得到P﹢/N/N﹢型结构；

S4：将扩散后的硅片放置到氢氟酸中，直至硅片分开；

S5：将分开后的硅片放置在喷砂机中，对分开后的硅片进行双面喷砂；

S6：喷砂后的硅片进行表面金属化处理；

S7：完成了晶片的制作过程。

进一步地，为了提高晶片的可靠性、以及提高晶片的导电性，在本申请中清洗包括将原硅片放入氢氟酸中浸泡12-48小时，然后取出通过清水冲洗1-1.5小时，再用清洗剂进行超声清洗0.25-0.5小时，其中清水选择纯水，清洗剂也选择本领域技术人员所熟知的清洗剂。

进一步地，为了提高硅片结构的稳定性，以及提高晶片的导电性，磷扩散源包括以下组分，各组分以重量计算，其含量为：NH₄H₂PO₄：80-100g、H₂O: 180-200g、H₃PO₄：7-10g；硼扩散源包括以下组分，各组分以重量计算，其含量为：B₂O₃：35-45g、C₂H₆O: 100-110g。

进一步地，为了防止晶片的晶格损坏或晶片结构发生变化导致晶片导电性降低，扩散炉中扩散温度为：1220℃-1270℃；扩散时间为20-35小时。

进一步地，为了提高晶片质量，在清洗之前还包括筛选步骤，对原硅片进行筛选，选择电阻率为30-40 Ωcm的原硅片，以及原硅片的厚度为265-275 μm。

本发明对上述工艺进行具体实施，效率提高30%,同时降低成本15%。

首先对原硅片进行筛选，对相同特性的原硅片进行分组，具体列表如下。

组别	1	2	3	4	5
						电阻率Ωcm	30	32	35	38	40
厚度μm	265	268	270	272	275

对上述各组原硅片分别选择若干颗进行试验。

实施例一：

1、清洗：对原硅片放置在清洗机上进行清洗，

将硅片放在带有孔的塑料盒内，随后将塑料盒放入有氢氟酸的溶液中浸泡12小时，后拿出放到冲洗水糟中用纯水冲水1小时，再用清洗剂进行超声15分钟，随后用纯水冲洗干净，最后放到无水乙醇中用超声波清洗15分钟脱水，紧接着将硅片平放到不锈钢盘中烘干，烤干后收片待用；

2、对上一步原硅片的上方涂覆硼扩散源，对其下方涂覆磷扩散源，然后装入石英舟后待用，其中硼扩散源中含有：NH₄H₂PO₄：80g、H₂O: 180g、H₃PO₄：7g；硼扩散源包括B₂O₃：35g、C₂H₆O: 100g；

3、将上一步中的石英舟放入RCH-4300-003程控扩散炉扩进行硅片扩散，得到P﹢/N/N﹢型硅片结构；

4、将扩散后的硅片放置到氢氟酸中清洗，直至硅片分开；

5、将分开后的硅片放置在喷砂机中，对分开后的硅片进行双面喷砂，其中喷砂机选择本领域技术人员所熟知的喷砂机，砂粒粒径选择50μm左右；

6、喷砂后的硅片进行表面金属化处理，金属化处理包括采用常用的化学镀镍技术在硅片上镀上一层金属镍，并在高温炉中经500℃进行烧结，形成欧姆接触层，随时再在70℃的硝酸溶液中去除镍表面形成的镍的氧化层，然后再镀上一层金属镍层，如此形成金属电极，完成了晶片的制作过程。

实施例二：

1、清洗：对原硅片放置在清洗机上进行清洗，

将硅片放在带有孔的塑料盒内，随后将塑料盒放入有氢氟酸的溶液中浸泡24小时，后拿出放到冲洗水糟中用纯水冲水1.2小时，再用清洗剂进行超声20分钟，随后用纯水冲洗干净，最后放到无水乙醇中用超声波清洗20分钟脱水，紧接着将硅片平放到不锈钢盘中烘干，烤干后收片待用；

2、对上一步原硅片的上方涂覆硼扩散源，对其下方涂覆磷扩散源，然后装入石英舟后待用，其中硼扩散源中含有：NH₄H₂PO₄：90g、H₂O: 190g、H₃PO₄：8g；硼扩散源包括B₂O₃：38g、C₂H₆O: 103g；

3、将上一步中的石英舟放入RCH-4300-003程控扩散炉扩进行硅片扩散，得到P﹢/N/N﹢型硅片结构；

4、将扩散后的硅片放置到氢氟酸中清洗，直至硅片分开；

5、将分开后的硅片放置在喷砂机中，对分开后的硅片进行双面喷砂，其中喷砂炉选择本领域技术人员所熟知的喷砂炉，砂粒粒径选择50μm左右；

6、喷砂后的硅片进行表面金属化处理，金属化处理包括采用常用的化学镀镍技术在硅片上镀上一层金属镍，并在高温炉中经600℃进行烧结，形成欧姆接触层，随时再在72℃的硝酸溶液中去除镍表面形成的镍的氧化层，然后再镀上一层金属镍层，如此形成金属电极，完成了晶片的制作过程。

实施例三：

1、清洗：对原硅片放置在清洗机上进行清洗，

将硅片放在带有孔的塑料盒内，随后将塑料盒放入有氢氟酸的溶液中浸泡36小时，后拿出放到冲洗水糟中用纯水冲水1.4小时，再用清洗剂进行超声25分钟，随后用纯水冲洗干净，最后放到无水乙醇中用超声波清洗25分钟脱水，紧接着将硅片平放到不锈钢盘中烘干，烤干后收片待用；

2、对上一步原硅片的上方涂覆硼扩散源，对其下方涂覆磷扩散源，然后装入石英舟后待用，其中硼扩散源中含有：NH₄H₂PO₄：95g: 、H₂O:195g、H₃PO₄：9g；硼扩散源包括B₂O₃：40g、C₂H₆O: 106g；

3、将上一步中的石英舟放入RCH-4300-003程控扩散炉扩进行硅片扩散，得到P﹢/N/N﹢型硅片结构；

4、将扩散后的硅片放置到氢氟酸中清洗，直至硅片分开；

5、将分开后的硅片放置在喷砂机中，对分开后的硅片进行双面喷砂，其中喷砂炉选择本领域技术人员所熟知的喷砂炉，砂粒粒径选择50μm左右；

6、喷砂后的硅片进行表面金属化处理，金属化处理包括采用常用的化学镀镍技术在硅片上镀上一层金属镍，并在高温炉中经650℃进行烧结，形成欧姆接触层，随时再在71℃的硝酸溶液中去除镍表面形成的镍的氧化层，然后再镀上一层金属镍层，如此形成金属电极，完成了晶片的制作过程。

实施例四：

1、清洗：对原硅片放置在清洗机上进行清洗，

将硅片放在带有孔的塑料盒内，随后将塑料盒放入有氢氟酸的溶液中浸泡48小时，后拿出放到冲洗水糟中用纯水冲水1.5小时，再用清洗剂进行超声30分钟，随后用纯水冲洗干净，最后放到无水乙醇中用超声波清洗30分钟脱水，紧接着将硅片平放到不锈钢盘中烘干，烤干后收片待用；

2、对上一步原硅片的上方涂覆硼扩散源，对其下方涂覆磷扩散源，然后装入石英舟后待用，其中硼扩散源中含有：NH₄H₂PO₄：100g、H₂O:200g、H₃PO₄：10g；硼扩散源包括B₂O₃：45g、C₂H₆O: 110g；

3、将上一步中的石英舟放入RCH-4300-003程控扩散炉扩进行硅片扩散，得到P﹢/N/N﹢型硅片结构；

4、将扩散后的硅片放置到氢氟酸中清洗，直至硅片分开；

5、将分开后的硅片放置在喷砂机中，对分开后的硅片进行双面喷砂，其中喷砂炉选择本领域技术人员所熟知的喷砂炉，砂粒粒径选择50μm左右；

6、喷砂后的硅片进行表面金属化处理，金属化处理包括采用常用的化学镀镍技术在硅片上镀上一层金属镍，并在高温炉中经700℃进行烧结，形成欧姆接触层，随时再在72℃的硝酸溶液中去除镍表面形成的镍的氧化层，然后再镀上一层金属镍层，如此形成金属电极，完成了晶片的制作过程。

应理解实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作任何各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限制。

Claims (6)

1.一种PN结扩散方法，包括原硅片，原硅片为N型，其特征在于，扩散过程中包括以下步骤：

S1：对原硅片放置在清洗机上进行清洗，清洗后烘干，然后取出待用；

S2：对上一步原硅片的上方涂覆硼扩散源，对N型原硅片的下方涂覆磷扩散源，然后装入石英舟后待用；

S3：将上一步中的石英舟放入扩散炉中进行硅片扩散，得到P﹢/N/N﹢型结构；

S4：将扩散后的硅片放置到氢氟酸中，直至硅片分开；

S5：将分开后的硅片放置在喷砂机中，对分开后的硅片进行双面喷砂；

S6：喷砂后的硅片进行表面金属化处理；

S7：完成了晶片的制作过程。

2.根据权利要求1所述的PN结扩散方法，其特征在于，所述清洗包括将原硅片放入氢氟酸中浸泡12-48小时，然后取出通过清水冲洗1-1.5小时，再用清洗剂进行超声清洗0.25-0.5小时。

3.根据权利要求1或2所述的PN结扩散方法，其特征在于，所述磷扩散源包括以下组分，各组分以重量计算，其含量为：

NH₄H₂PO₄：80-100g；

H₂O: 180-200g；

H₃PO₄：7-10g。

4.根据权利要求3所述的PN结扩散方法，其特征在于，所述硼扩散源包括以下组分，各组分以重量计算，其含量为：

B₂O₃：35-45g;

C₂H₆O: 100-110g。

5.根据权利要求1或2或4所述的PN结扩散方法，其特征在于，所述扩散炉中扩散温度为：1220℃-1270℃；扩散时间为20-35小时。

6.根据权利要求1或2或4所述的PN结扩散方法，其特征在于，在清洗前，还包括筛选步骤，对原硅片进行筛选，选择电阻率为30-40 Ωcm的原硅片，以及原硅片的厚度为265-275μm。