CN109801978B - 低压降二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压降二极管及其制备方法，所述二极管包括N‑原始单晶层，所述N‑原始单晶层的下表面形成有N+衬底层，所述N+衬底层的下表面形成有N++衬底层，所述N++衬底层的下表面形成有N+++衬底层，所述N+++衬底层的下表面形成有阴极金属层，所述阴极金属层、N+++衬底层、N++衬底层、N+衬底层以及N‑原始单晶层形成完整的二极管阴极区，所述N‑原始单晶层的上表面形成有P型阳极层，所述P型阳极层的上表面形成有阳极金属层，所述P型阳极层以及部分N‑原始单晶层的四周形成有半环形沟槽，在所述半环形沟槽的内壁形成有钝化层。所述二极管中具有高浓度的厚衬底层，且通过设置N+++/N++/N+/N‑/P结构，使得阴极区串联电阻小，压降低。
Description
技术领域
本发明涉及二极管及其制备方法技术领域，尤其涉及一种低压降二极管及其制备方法。
背景技术
现有二极管的工艺方法大致有两种，一种是采用N-型硅单晶片结构为N+/N-/P的一种二极管，该结构二极管压降较大，另一种是采用外延片结构为N+++/N-/P的一种二极管，该结构二极管压降小，但由于外延片制作工艺复杂导致成本极高，因此市场上迫切需求低压降且低成本的二极管。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种制作工艺较简单，成本较低，压降低的二极管。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种低压降二极管，其特征在于：包括N-原始单晶层，所述N-原始单晶层的下表面形成有N+衬底层，所述N+衬底层的下表面形成有N++衬底层，所述N++衬底层的下表面形成有N+++衬底层，所述N+++衬底层的下表面形成有阴极金属层，所述阴极金属层、N+++衬底层、N++衬底层、N+衬底层以及N-原始单晶层形成完整的二极管阴极区，所述N-原始单晶层的上表面形成有P型阳极层，所述P型阳极层的上表面形成有阳极金属层，所述P型阳极层以及部分N-原始单晶层的四周形成有半环形沟槽，在所述半环形沟槽的内壁形成有钝化层。
优选的：所述N+++衬底层的厚度为50μm-100μm，N++衬底层的厚度为μm50-80μm，N+衬底层的厚度为80μm-100μm。
优选的：所述阳极金属层的制备材料为铝。
优选的：所述阴极金属层的制备材料为Ti、Ni和/或Ag。
本发明还公开了一种低压降二极管制备方法，其特征在于包括如下步骤：
采用N-型硅单晶片为原材料，对N-型硅单晶片的正面和背面进行增强型POCL3液态源扩散法形成N+++/N++/N+的高浓度、高深度的衬底扩散层，形成N型阴极区；
继续推结扩散形成N+++/N++/N+型衬底层，推结扩散温度为1280±20℃，推结扩散时间为100～240h，推结扩散后的阻值R≤0.01Ω/□、深度为100～220μm；
采用机械磨削方式去除N-型硅单晶片正面的N+++/N++/N+型衬底层，用磨削量控制N-型硅单晶层的厚度为50～130μm；
对N-型硅单晶片的正面实施化学机械抛光，用抛光量控制N-型硅单晶层的剩余厚度为20～100μm，得到抛光基片；
在N型抛光基片的正面通过涂源、硼预扩散在正面形成P型阳极区浅结层，硼预扩温度为850±50℃，硼预扩散时间为2～5h，硼预扩散后的电阻R＝4.6±1Ω/□，深度为10±5μm；
对硼预扩后的硅片进行硼再扩继续推结处理，推结温度温度为1200±100℃，再扩散时间为15±10h，推结后硼结深40±15μm；
正面生长氧化硅膜，用光刻法蚀刻出沟槽，采用混酸对沟槽进行腐蚀，形成台面；
在台面涂覆玻璃粉并烧结钝化，形成钝化膜；
正面光刻出蒸镀铝所需的窗口，在光刻出的窗口处蒸镀铝，反刻后形成阳极金属层，在N+++型衬底层的背面蒸镀Ti-Ni-Ag，形成阴极金属层；
真空合金；
芯片分割后形成单独的二极管。
进一步的技术方案在于，形成N+++/N++/N+型衬底层的方法如下：
先在硅片表面长一层厚度的SiO2膜，再将已氧化好的硅片装入带有工形侧板支撑结构的带槽高纯碳化硅一体舟内，然后将装有硅片的带有工形侧板支撑结构的带槽高纯碳化硅一体舟推入带有嵌入式凸嘴进气结构的高纯度碳化硅管道内进行扩散，增强型POCL3液态源扩散温度为1230±10℃，增强型POCL3液态源扩散时间为8～20h，增强型POCL3液态源扩散后的阻值R≤0.1Ω/□。
进一步的技术方案在于，硅片完成增强型POCL3液态源扩散过程是通过带槽高纯碳化硅一体舟及带有嵌入式凸嘴进气结构的高纯度碳化硅管实现的。
进一步的技术方案在于，所述嵌入式凸嘴进气管的直径小于所述高纯度碳化硅管道的直径。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述二极管中具有高浓度的厚衬底层，且通过设置N+++/N++/N+/N-/P结构，使得阴极区串联电阻小，压降低，且所述二极管的制作工艺简单，成本较低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述二极管的剖视结构示意图；
图2是本发明实施例所述方法中高纯度碳化硅管道的剖视结构示意图；
图3是本发明实施例所述方法中带槽高纯碳化硅一体舟的结构示意图；
图4是本发明实施例所述方法中带槽高纯碳化硅一体舟的侧视结构示意图；
其中：1、N-原始单晶层；2、N+衬底层；3、N++衬底层；4、N+++衬底层；5、阴极金属层；6、P型阳极层；7、阳极金属层；8、钝化层。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
本发明实施例公开了一种低压降二极管，包括N-原始单晶层1，所述N-原始单晶层1的下表面形成有N+衬底层2，所述N+衬底层2的下表面形成有N++衬底层3，所述N++衬底层3的下表面形成有N+++衬底层4，所述N+++衬底层4的下表面形成有阴极金属层5，所述阴极金属层5、N+++衬底层4、N++衬底层3、N+衬底层2以及N-原始单晶层1形成完整的二极管阴极区，所述N-原始单晶层1的上表面形成有P型阳极层6，所述P型阳极层6的上表面形成有阳极金属层7，所述P型阳极层7以及部分N-原始单晶层1的四周形成有半环形沟槽，在所述半环形沟槽的内壁形成有钝化层8。所述N+++/N++/N+衬底层的总厚度为100-250μm，其中：N+++衬底层厚度为50-100μm、N++衬底层厚度为50-80μm、N+衬底层厚度为80-100μm。
实施例二
本发明实施例公开了一种低压降二极管制备方法，包括如下步骤：
(1)采用N-型硅单晶片为原材料，N-型硅单晶片的电阻率范围为15～150Ω·cm、厚度为300～800μm、直径为50～200mm；
(2)对N-型硅单晶片的正面和背面进行增强型POCL3液态源扩散法形成N+++/N++/N+结构的高浓度、高深度的衬底扩散层，形成N型阴极区，其过程为：先在硅片表面长一层厚度的SiO2膜，硅片表面SiO2膜通过热氧化生产法获得，氧化温度为1100±50℃，时间2-5h，其目的是避免增强型POCL3液态源扩散过程中分解出大量的氯气、偏磷酸腐蚀硅片和阻碍扩散，再将已氧化好的硅片装入带有工形侧板支撑结构的带槽高纯碳化硅一体舟(如图3-图4所示)内，然后将装有硅片的带有工形侧板支撑结构的带槽高纯碳化硅一体舟推入带有嵌入式凸嘴进气结构的高纯度碳化硅管道(如图2所示)内进行扩散，增强型POCL3液态源扩散温度为1230±10℃，增强型POCL3液态源扩散时间为8～20h，增强型POCL3液态源扩散后的阻值R≤0.1Ω/□；
(3)继续推结扩散形成N+++/N++/N+型衬底层，推结扩散温度为1280±20℃，推结扩散时间为100～240h，推结扩散后的阻值R≤0.01Ω/□、深度为100～220μm；
(4)采用机械磨削方式去除正面的N+++/N++/N+型衬底层，用磨削量控制N-型硅单晶层的厚度为50～130μm；
(5)对N-型硅单晶片的正面实施化学机械抛光，用抛光量控制N-型硅单晶层的剩余厚度为20～100μm，得到抛光基片；
(6)在N型抛光基片的正面通过涂源、硼预扩散正面在形成P型阳极区浅结层，硼预扩温度为850±50℃，硼预扩散时间为2～5h，硼预扩散后的R□4.6±1Ω/□、深度为10±5μm；
(7)对硼预扩后的硅片进行硼再扩继续推结处理，推结温度温度为1200±100℃，再扩散时间为15±10h，推结后硼结深40±15μm；
(8)正面生长氧化硅膜，用光刻法蚀刻出沟槽；
(9)采用混酸对沟槽进行腐蚀，形成台面；
(10)在台面涂覆玻璃粉并烧结钝化，形成钝化膜；
(11)正面光刻出蒸镀铝所需的窗口；
(12)在光刻出的窗口处蒸镀铝，反刻后形成阳极金属膜，在N+++/N++/N+型衬底层的背面蒸镀Ti-Ni-Ag，形成阴极金属膜；
(13)真空合金；
(14)测试&锯片对芯片电性测试&芯片分割。
所述二极管中具有高浓度的厚衬底层，且通过设置N+++/N++/N+/N-/P结构，使得阴极区串联电阻小，压降低，且所述二极管的制作工艺简单，成本较低。
Claims (1)
1.一种低压降二极管制备方法，其特征在于包括如下步骤：
采用N-型硅单晶片为原材料，对N-型硅单晶片的正面和背面进行增强型POCL3液态源扩散法形成N+++/N++/N+的高浓度、高深度的衬底扩散层，形成N型阴极区；
继续推结扩散形成N+++/N++/N+型衬底层，推结扩散温度为1280±20℃，推结扩散时间为100～240h，推结扩散后的阻值R≤0.01Ω/□、深度为100～220μm；
采用机械磨削方式去除N-型硅单晶片正面的N+++/N++/N+型衬底层，用磨削量控制N-型硅单晶层的厚度为50～130μm；
对N-型硅单晶片的正面实施化学机械抛光，用抛光量控制N-型硅单晶层的剩余厚度为20～100μm，得到抛光基片；
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对硼预扩后的硅片进行硼再扩继续推结处理，推结温度为1200±100℃，再扩散时间为15±10h，推结后硼结深40±15μm；
正面生长氧化硅膜，用光刻法蚀刻出沟槽，采用混酸对沟槽进行腐蚀，形成台面；
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正面光刻出蒸镀铝所需的窗口，在光刻出的窗口处蒸镀铝，反刻后形成阳极金属层，在N+++型衬底层的背面蒸镀Ti-Ni-Ag，形成阴极金属层；
真空合金；
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形成N+++/N++/N+型衬底层的方法如下：
先在硅片表面长一层厚度的SiO2膜，再将已氧化好的硅片装入带有工形侧板支撑结构的带槽高纯碳化硅一体舟内，然后将装有硅片的带有工形侧板支撑结构的带槽高纯碳化硅一体舟推入带有嵌入式凸嘴进气结构的高纯度碳化硅管道内进行扩散，增强型POCL3液态源扩散温度为1230±10℃，增强型POCL3液态源扩散时间为8～20h，增强型POCL3液态源扩散后的阻值R≤0.1Ω/□；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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