一種矽單晶片製造開放pn結快恢復整流二極體的方法

2023-08-02 09:11:11

專利名稱：一種矽單晶片製造開放pn結快恢復整流二極體的方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的製造，尤其涉及一種矽單晶片製造快恢復矽整流 二極體的方法。
技術背景快恢復矽整流二極體是重要的電子器件。當今，矽電晶體製造普遍採用的 是半導體平面工藝，即在矽片上生長氧化矽膜後，以光刻方法開出氧化矽膜窗 口，然後進行在氧化矽膜掩蔽下的P、 N型半導體雜質定域擴散，製成PN結。 該PN結處於氧化矽膜保護下，實現低反向漏電流，在此氧化矽膜作為絕緣介質 同時又起著PN結表面鈍化的作用。長期以來人們對器件結構和製造工藝做了許多改進，本發明提出的矽單晶 片製造開放PN結快恢復整流二極體的方法，就是將通常的二極體製造中先將 PN結表面鈍化然後再進行封裝焊接的做法，改為將二極體管芯先行封裝焊接後 再進行PN結表面鈍化的工藝流程。這一製造半導體器件的新方法，人們稱之為 直角臺面電晶體工藝。採用此工藝製成的二極體被稱為開放PN結(Open Junction) 二極體。顧名思義，在開放PN結製造工藝流程中，由於無任何介質 層對PN結施加保護，從獲得二極體晶片開始，PN結就處於開放性暴露在外界 的狀態，之後經過與封裝底座的焊接、化學腐蝕形成直角臺面，在暴露在外的 PN結上覆蓋上絕緣矽膠，至此完成PN結的表面鈍化。 發明內容本發明的目的是克服現有技術在低附加值產品方面的市場競爭力的不足， 提供一種矽單晶片製造開放PN結快恢復整流二極體的方法。包括如下步驟1) 在N-型矽單晶片整個面上擴散N+型半導體雜質，得到^/1^/^結構的 矽片；2) 研磨N+/N-/N+結構的矽片的一個表面，得到N-7N+結構的矽片；3) 在N-ZN+結構的矽片的N-面上擴散P+型半導體雜質，得到P+ZN-ZN+結 構的矽片；4) 在整個？+/^/^結構的矽片中擴散鉑。所述的N-型矽單晶片的電阻率為5 60Qcm。研磨為機械研磨或砂輪減薄。 擴散N+型半導體雜質為磷，擴散P+型半導體雜質為硼。本發明與傳統的利用矽外延片在氧化矽膜掩蔽下定域擴散摻雜的平面工藝 相比，具有簡化流程，縮短周期，提高效率，降低材料與生產成本的優點。


圖1是矽單晶片製造開放PN結快恢復矽整流二極體工藝流程圖； 圖2是傳統電晶體平面工藝製造矽整流二極體的工藝流程圖。
具體實施方式
矽整流二極體的重要電性能參數包括反向擊穿電壓VB和正向壓降Vf。其 中VB要求製造二極體的矽片具有確定數值的電阻率與厚度。高VB要求N-層矽片足夠厚，但VF則要求N-層矽片儘量薄，否則VF超標。因而附圖2的傳統平 面工藝就選用NVN+型矽外延材料來製造。其中N-為低摻雜高阻層，它是在N十 型矽單晶襯底片拋光面上通過矽外延的方式生長而成的。N+層為重摻雜的低阻 矽單晶襯底部分，該N+層的重要功能是為了增加矽片總厚度，既起到防止在制 造器件的過程中發生矽片破碎的作用，又確保良好的VF特性。而在附圖l所示 本發明所提出的工藝中，為得到N-ZN+結構，採取的步驟是先是在N-型矽單 晶片中雙面擴散N+型雜質，然後研磨去除一個面上的N+層，即獲得N-ZN+結 構。接著在N-面上擴散P+型雜質，形成P+7N-ZN+結構。最後整個矽片擴散鉑， 在矽的禁帶中引入載流子複合中心，製成快恢復整流二極體。實施例按照下述方法生產開放PN結快恢復整流二極體的晶片選取5-60Qcm，厚度為240-30(Him的N-型矽單晶片。1) 首先清洗矽片採用1號化學電子清洗液(NHUOH: H202: H20=1: 2: 5)和2號化學電子清洗液(HCL: H202: H201: 2: 8)嚴格清洗。化學電子 清洗液的清洗反應溫度為80-85°C，反應時間為IO分鐘。然後將矽片置於純水 中徹底衝洗清潔。純水電阻率215兆歐姆釐米，每次衝水時間230分鐘。矽片清 洗後甩幹。2) N+型半導體雜質擴散以磷紙作為擴散源，按一張磷紙、 一片矽片、再 一張磷紙的順序間隔排列。將排好的矽片放置在石英舟中，推入擴散爐，在氮、 氧氣的保護下將溫度升至1265°C，在氮、氧氣的保護下進行1小時的摻雜擴散。 擴散結束後將石英舟拉出擴散爐，將矽片浸入氫氟酸溶液中以去除矽片表面的 磷矽玻璃層。用純水衝去矽片表面的氫氟酸並烘乾。3) 然後進行單面噴砂，去除一個表面上的N+層，得到N-7N+結構的矽片。 噴砂後的矽片於純水中超聲去淨表面上殘留的的金剛砂，再煮1號化學電子清 洗液、2號化學電子清洗液各10分鐘並進行多道純水超聲清洗，純水電阻率H5兆歐姆釐米。4) 接著進行P+型半導體雜質擴散在N-7N+結構的N-矽片表面上勻上硼 雜質源並放置在石英舟中，推入擴散爐，在氮、氧氣的保護下將溫度升至1265°C， 在氮、氧氣的保護下進行20 30小時的摻雜擴散，得到？+^-^+結構的矽片。 擴散結束後將石英舟拉出擴散爐，將矽片浸入氫氟酸溶液中以去除矽片表面的 硼矽玻璃層。用純水衝去矽片表面的氫氟酸並烘乾。然後進行矽片的雙面噴砂， 去除表面上的氧化膜層。噴砂後的矽片於純水中超聲去淨表面上殘留的的金剛 砂，再煮1號化學電子清洗液、2號化學電子清洗液各10分鐘並進行多道純水 超聲清洗，純水電阻率^15兆歐姆釐米。5) 鉑擴散在清洗後的矽片P+面上塗布一定濃度的鉑源，並將矽片置於 700 95(TC的高溫爐中在氮氣保護下恆溫擴散1-2小時(擴散溫度以及擴散時間 由有關產品的電性能參數決定)。擴散結束，從爐子裡拉出矽片並置於環境溫度 下自然冷卻。將完成鉑擴散的矽片煮1號化學電子清洗液、2號化學電子清洗液 各10分鐘並進行多道純水超聲清洗，每道純水超聲清洗時間為20 30分鐘。6) 清洗後的矽片放入NiCl2+NaH2P02+NH4Cl+NH3'H20的混合液中，在80 85'C溫度下對矽片表面進行化學鍍鎳。鍍鎳後的矽片衝純水清洗、烘乾。根據 產品規格將矽片鋸切成一定形狀和一定面積的二極體晶片。晶片清洗後通過隧 道爐將其與封裝底座悍接，並進行臺面酸洗，PN結的表面鈍化，壓模，成型， 製成整流二極體。
權利要求
1.一種矽單晶片製造開放PN結快恢復整流二極體的方法，其特性在於包括如下步驟1)在N-型矽單晶片整個面上擴散N+型半導體雜質，得到N+/N-/N+結構的矽片；2)研磨N+/N-/N+結構的矽片的一個表面，得到N-/N+結構的矽片；3)在N-/N+結構的矽片的N-面上擴散P+型半導體雜質，得到P+/N-/N+結構的矽片；4)在整個P+/N-/N+結構的矽片中擴散鉑。
2. 根據權利要求1所述的一種矽單晶片製造開放PN結快恢復整流二極體的 方法，其特性在於所述的N-型矽單晶片的電阻率為5 60Qcm。
3. 根據權利要求1所述的一種矽單晶片製造開放PN結快恢復整流二極體的 方法，其特性在於所述的研磨為機械研磨或砂輪減薄。
4. 根據權利要求1所述的一種矽單晶片製造開放PN結快恢復整流二極體的 方法，其特性在於所述的P+型半導體雜質為硼。
全文摘要
本發明公開了一種矽單晶片製造開放PN結快恢復整流二極體的方法。包括如下步驟1)N-型矽單晶片整個面擴散N+型半導體雜質，得到N+/N-/N+結構；2)研磨矽片的一個表面，得到N-/N+結構；3)N-面擴散P+型半導體雜質，得到P+/N-/N+結構；4)在P+/N-/N+結構中擴散鉑。本發明的矽單晶片製造開放PN結快恢復整流二極體的方法革除了普通採用的氧化膜掩蔽下區域擴散半導體雜質的電晶體平面工藝，代之以在整個矽片表面上擴散N、P型半導體雜質和擴散鉑的開放PN結工藝，製造矽快恢復整流二極體。使用該發明方法，採用矽單晶研磨片來代替矽外延片作為製造開放PN結快恢復整流二極體的基片材料，可簡化二極體的製造工藝流程，縮短生產周期，降低成本，提高產品性價比。
文檔編號H01L21/329GK101404254SQ20081012208
公開日2009年4月8日 申請日期2008年10月31日 優先權日2008年10月31日
發明者朱志遠, 毛建軍, 錚 王, 夢 胡, 胡煜濤, 陳福元 申請人:杭州杭鑫電子工業有限公司