專利名稱：一種p、n紙源同一擴(kuò)散過程制造硅二極管pn結(jié)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造，尤其涉及一種P、 N紙源同一擴(kuò)散過程制造 硅二極管PN結(jié)的方法。
技術(shù)背景硅整流二極管是重要的基礎(chǔ)電子器件。當(dāng)今硅晶體管制造普遍采用的是半 導(dǎo)體平面工藝，即在硅片上生長氧化硅膜后，以光刻方法開出氧化硅膜窗口， 然后進(jìn)行在氧化硅膜掩蔽下的P、 N型半導(dǎo)體雜質(zhì)定區(qū)域擴(kuò)散，制成PN結(jié)。該 PN結(jié)處于氧化硅膜保護(hù)下，實現(xiàn)低反向漏電流。在此氧化硅膜作為絕緣介質(zhì)又 起著PN結(jié)表面鈍化的作用。長期以來人們對器件結(jié)構(gòu)和制造工藝做了許多改進(jìn)，本發(fā)明提出的P、 N紙 源同一擴(kuò)散過程制造硅二極管PN結(jié)的方法，就將通常的二極管芯制造中先將 PN結(jié)表面鈍化后再進(jìn)行封裝焊接的做法，改為將二極管管芯先行封裝焊接后再 進(jìn)行PN結(jié)表面鈍化的工藝流程。這一制造半導(dǎo)體器件的新方法，人們稱之為垂 直臺面二極管工藝。采用此工藝制成的二極管被稱為垂直臺面二極管。在垂直 臺面二極管制造工藝流程中，其暴露在外的PN結(jié)是由自動鋸片機(jī)將硅片鋸切而 成的，四周的PN結(jié)垂直于芯片表面。由于無任何介質(zhì)層對PN結(jié)施加保護(hù)，處 于開放形式而暴露在外界的PN結(jié)，須經(jīng)過與封裝底座焊接、進(jìn)行化學(xué)腐蝕酸洗 以形成垂直臺面，再覆蓋上絕緣硅膠。至此完成PN結(jié)的表面鈍化。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)在低附加值產(chǎn)品方面的市場競爭力的不足， 提供一種P、 N紙源同一擴(kuò)散過程制造硅二極管PN結(jié)的方法。 包括如下步驟1) 同一過程中在N-型硅單晶片的正反兩個面上分別完成P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)擴(kuò)散和N+型半導(dǎo)體雜質(zhì)擴(kuò)散，得到？+/^-/^+結(jié)構(gòu)；2) 研磨硅片的P+表面與N+表面；3) 在硅片的表面鍍上鎳層；4) 將？+/1^-^+結(jié)構(gòu)的硅片鋸切成二極管芯片；5) 通過隧道爐將二極管芯片與封裝底座焊接；6) 進(jìn)行二極管垂直臺面的酸洗，PN結(jié)的表面鈍化，壓模成型，制成整流二極管。本發(fā)明與傳統(tǒng)的利用硅外延片在氧化硅膜掩蔽下定域擴(kuò)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(chǎn)成本的優(yōu)點。


圖1是P、 N紙源同一擴(kuò)散過程制造硅二極管PN結(jié)的工藝流程圖；圖2是傳統(tǒng)晶體管平面工藝制造硅整流二極管的工藝流程圖。
具體實施方式
硅整流二極管的重要電性能參數(shù)包括反向擊穿電壓VB和正向壓降Vf。其 中VB要求制造二極管的硅片具有確定的電阻率與厚度。高VB要求N-硅片確保 其厚度，但VF則要求N-硅片盡量薄，否則VF超標(biāo)導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。因而附圖2的傳統(tǒng)平面工藝就選用N-7N+型硅外延材料來制造。其中N-為低摻雜高阻層， 它是在原始N+型硅單晶拋光面上通過硅外延的方式生長而成的。而N+層為重 摻雜的低阻硅單晶襯底部分，該N+層的重要功能是為了增加硅片總厚度，它既 起到防止在制造器件的過程中發(fā)生硅片破碎的作用，又使得器件所要求的低正 向壓降性能易于實現(xiàn)。而在附圖1所示的本發(fā)明所提出的工藝中，這種N-/N+ 結(jié)構(gòu)是與構(gòu)成二極管的核心部分PN結(jié)的P+ZN-結(jié)構(gòu)在同一擴(kuò)散過程中形成 的。采取的步驟是先是在N-型硅單晶片的兩個表面上分別貼上P型的硼紙源 和N型的磷紙源， 一次性擴(kuò)散形成？+/1^^+結(jié)構(gòu)。通過研磨硅片的表面，并在 硅片的表面鍍上鎳層，再將硅片鋸切成二極管芯片，將二極管芯片與封裝底座 焊接后進(jìn)行PN結(jié)垂直臺面的酸洗與PN結(jié)的表面鈍化，然后經(jīng)過壓模成型，制 成硅整流二極管。實施例按照下述P、 N紙源同一擴(kuò)散過程制造PN結(jié)的方法生產(chǎn)硅整流二 極管選取5-60Qcm，厚度為200-300nm的N-型硅單晶片。1) 首先清洗硅片采用l號化學(xué)電子清洗液(NH40H: H202: Hi01:2: 5) 和2號化學(xué)電子清洗液(HCL: H202: EbOl: 2: 8)嚴(yán)格清洗?；瘜W(xué)電子清洗 液的清洗反應(yīng)溫度為80-85°C，反應(yīng)時間為IO分鐘。然后將硅片置于純水中徹 底沖洗清潔。純水電阻率215兆歐姆厘米，每次沖水時間^30分鐘。硅片清洗后 甩干，或在120'C的烘箱內(nèi)烘干，烘烤時間^30分鐘。接著進(jìn)行擴(kuò)散以磷紙和 硼紙作為擴(kuò)散源，按一張磷紙、 一片硅片、再一張硼紙的順序間隔排列。將排 好的硅片放置在石英舟中，推入擴(kuò)散爐，將溫度升至1265°C，在氮、氧氣的保 護(hù)下進(jìn)行20 30小時的擴(kuò)散。擴(kuò)散結(jié)束后將石英舟拉出擴(kuò)散爐，將硅片浸入氫 氟酸溶液中以去除硅片表面的磷硅玻璃層和硼硅玻璃層。用純水沖去硅片表面 的氫氟酸并烘干。2) 然后對硅片進(jìn)行雙表面研磨或噴砂減薄。經(jīng)研磨或噴砂后的硅片于純水中 超聲，去凈表面的金剛砂，再煮1號化學(xué)電子清洗液、2號化學(xué)電子清洗液各 10分鐘并進(jìn)行多道純水超聲清洗，純水電阻率215兆歐姆厘米，每道純水超聲 清洗時間為20 30分鐘。3) 清洗后的硅片放入NiCl2+NaH2P02+NH4Cl+NH3'H20的混合液中，在80 85t;的溫度下，進(jìn)行硅片表面的化學(xué)鍍鎳。鍍鎳后的硅片經(jīng)純水清洗、烘干。4) 根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格將硅片鋸切成一定形狀和一定面積的二極管芯片。5) 鋸切好的芯片經(jīng)清洗后通過隧道爐將其與封裝底座焊接，并進(jìn)行臺面酸 洗，PN結(jié)的表面鈍化，壓模成型，制成整流二極管。
權(quán)利要求
1. 一種P、N紙源同一擴(kuò)散過程制造硅二極管PN結(jié)的方法，其特性在于包括如下步驟1)同一過程中在N-型硅單晶片的正反兩個面上分別完成P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)擴(kuò)散和N+型半導(dǎo)體雜質(zhì)擴(kuò)散，得到P+/N-/N+結(jié)構(gòu)；2)研磨硅片的P+表面與N+表面；3)在硅片的表面鍍上鎳層；4)將P+/N-/N+結(jié)構(gòu)的硅片鋸切成二極管芯片；5)通過隧道爐將二極管芯片與封裝底座焊接；6)進(jìn)行二極管垂直臺面的酸洗，PN結(jié)的表面鈍化，壓模，成型，制成整流二極管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種P、N紙源同一擴(kuò)散過程制造硅二極管PN 結(jié)的方法，其特征在于所述的N-型硅單晶片的電阻率為5 60Qcm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種P、N紙源同一擴(kuò)散過程制造硅二極管PN 結(jié)的方法，其特征在于所述的研磨為機(jī)械研磨或砂輪減薄。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種P、N紙源同一擴(kuò)散過程制造硅二極管PN 結(jié)的方法，其特征在于所述的P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)為硼紙源，N+型半導(dǎo)體雜質(zhì)為 磷紙源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種P、N紙源同一擴(kuò)散過程制造硅二極管PN 結(jié)的方法，其特征在于所述的由鋸切而成的二極管芯片的四周PN結(jié)呈現(xiàn)垂 直于芯片表面的臺面形狀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種P、N紙源同一擴(kuò)散過程制造硅二極管PN 結(jié)的方法，其特征在于所述的PN結(jié)的酸洗與表面鈍化，皆在二極管的垂直 臺面上進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種P、N紙源同一擴(kuò)散過程制造硅二極管PN結(jié)的方法。包括如下步驟1)于同一時間同一過程里，在N-型硅單晶片的正反兩個面上分別完成P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)擴(kuò)散和N+型半導(dǎo)體雜質(zhì)擴(kuò)散，得到P+/N-/N+結(jié)構(gòu)；2)研磨硅片的P+表面與N+表面；3)在硅片的表面鍍上鎳層；4)將P+/N-/N+結(jié)構(gòu)的硅片鋸切成二極管芯片；5)通過隧道爐將二極管芯片與封裝底座焊接；6)進(jìn)行二極管垂直臺面的酸洗，PN結(jié)的表面鈍化，壓模，成型，制成整流二極管。本發(fā)明革除了普通采用的氧化膜掩蔽下定區(qū)域擴(kuò)散半導(dǎo)體雜質(zhì)的晶體管平面工藝，簡化硅整流二極管的制造工藝流程，縮短生產(chǎn)周期，降低成本，提高產(chǎn)品性價比。
文檔編號H01L21/50GK101399200SQ20081012199
公開日2009年4月1日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者朱志遠(yuǎn), 毛建軍, 錚 王, 夢 胡, 胡煜濤, 陳福元 申請人:杭州杭鑫電子工業(yè)有限公司