專利名稱：一種硅單晶片制造開放pn結(jié)快恢復(fù)整流二極管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造，尤其涉及一種硅單晶片制造快恢復(fù)硅整流 二極管的方法。
技術(shù)背景快恢復(fù)硅整流二極管是重要的電子器件。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，然后進行在氧化硅膜掩蔽下的P、 N型半導(dǎo)體雜質(zhì)定域擴散，制成PN結(jié)。 該PN結(jié)處于氧化硅膜保護下，實現(xiàn)低反向漏電流，在此氧化硅膜作為絕緣介質(zhì) 同時又起著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，本發(fā)明提出的硅單晶 片制造開放PN結(jié)快恢復(fù)整流二極管的方法，就是將通常的二極管制造中先將 PN結(jié)表面鈍化然后再進行封裝焊接的做法，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 直角臺面晶體管工藝。采用此工藝制成的二極管被稱為開放PN結(jié)(Open Junction) 二極管。顧名思義，在開放PN結(jié)制造工藝流程中，由于無任何介質(zhì) 層對PN結(jié)施加保護，從獲得二極管芯片開始，PN結(jié)就處于開放性暴露在外界 的狀態(tài)，之后經(jīng)過與封裝底座的焊接、化學(xué)腐蝕形成直角臺面，在暴露在外的 PN結(jié)上覆蓋上絕緣硅膠，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， 提供一種硅單晶片制造開放PN結(jié)快恢復(fù)整流二極管的方法。包括如下步驟1) 在N-型硅單晶片整個面上擴散N+型半導(dǎo)體雜質(zhì)，得到^/1^/^結(jié)構(gòu)的 硅片；2) 研磨N+/N-/N+結(jié)構(gòu)的硅片的一個表面，得到N-7N+結(jié)構(gòu)的硅片；3) 在N-ZN+結(jié)構(gòu)的硅片的N-面上擴散P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)，得到P+ZN-ZN+結(jié) 構(gòu)的硅片；4) 在整個？+/^/^結(jié)構(gòu)的硅片中擴散鉑。所述的N-型硅單晶片的電阻率為5 60Qcm。研磨為機械研磨或砂輪減薄。 擴散N+型半導(dǎo)體雜質(zhì)為磷，擴散P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)為硼。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是硅單晶片制造開放PN結(jié)快恢復(fù)硅整流二極管工藝流程圖； 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數(shù)值的電阻率與厚度。高VB要求N-層硅片足夠厚，但VF則要求N-層硅片盡量薄，否則VF超標(biāo)。因而附圖2的傳統(tǒng)平 面工藝就選用NVN+型硅外延材料來制造。其中N-為低摻雜高阻層，它是在N十 型硅單晶襯底片拋光面上通過硅外延的方式生長而成的。N+層為重?fù)诫s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，既起到防止在制 造器件的過程中發(fā)生硅片破碎的作用，又確保良好的VF特性。而在附圖l所示 本發(fā)明所提出的工藝中，為得到N-ZN+結(jié)構(gòu)，采取的步驟是先是在N-型硅單 晶片中雙面擴散N+型雜質(zhì)，然后研磨去除一個面上的N+層，即獲得N-ZN+結(jié) 構(gòu)。接著在N-面上擴散P+型雜質(zhì)，形成P+7N-ZN+結(jié)構(gòu)。最后整個硅片擴散鉑， 在硅的禁帶中引入載流子復(fù)合中心，制成快恢復(fù)整流二極管。實施例按照下述方法生產(chǎn)開放PN結(jié)快恢復(fù)整流二極管的芯片選取5-60Qcm，厚度為240-30(Him的N-型硅單晶片。1) 首先清洗硅片采用1號化學(xué)電子清洗液(NHUOH: H202: H20=1: 2: 5)和2號化學(xué)電子清洗液(HCL: H202: H201: 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230分鐘。硅片清 洗后甩干。2) N+型半導(dǎo)體雜質(zhì)擴散以磷紙作為擴散源，按一張磷紙、 一片硅片、再 一張磷紙的順序間隔排列。將排好的硅片放置在石英舟中，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(jié)束后將石英舟拉出擴散爐，將硅片浸入氫氟酸溶液中以去除硅片表面的 磷硅玻璃層。用純水沖去硅片表面的氫氟酸并烘干。3) 然后進行單面噴砂，去除一個表面上的N+層，得到N-7N+結(jié)構(gòu)的硅片。 噴砂后的硅片于純水中超聲去凈表面上殘留的的金剛砂，再煮1號化學(xué)電子清 洗液、2號化學(xué)電子清洗液各10分鐘并進行多道純水超聲清洗，純水電阻率H5兆歐姆厘米。4) 接著進行P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)擴散在N-7N+結(jié)構(gòu)的N-硅片表面上勻上硼 雜質(zhì)源并放置在石英舟中，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(jié)構(gòu)的硅片。 擴散結(jié)束后將石英舟拉出擴散爐，將硅片浸入氫氟酸溶液中以去除硅片表面的 硼硅玻璃層。用純水沖去硅片表面的氫氟酸并烘干。然后進行硅片的雙面噴砂， 去除表面上的氧化膜層。噴砂后的硅片于純水中超聲去凈表面上殘留的的金剛 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分鐘并進行多道純水 超聲清洗，純水電阻率^15兆歐姆厘米。5) 鉑擴散在清洗后的硅片P+面上涂布一定濃度的鉑源，并將硅片置于 700 95(TC的高溫爐中在氮氣保護下恒溫擴散1-2小時(擴散溫度以及擴散時間 由有關(guān)產(chǎn)品的電性能參數(shù)決定)。擴散結(jié)束，從爐子里拉出硅片并置于環(huán)境溫度 下自然冷卻。將完成鉑擴散的硅片煮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) 清洗后的硅片放入NiCl2+NaH2P02+NH4Cl+NH3'H20的混合液中，在80 85'C溫度下對硅片表面進行化學(xué)鍍鎳。鍍鎳后的硅片沖純水清洗、烘干。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。芯片清洗后通過隧 道爐將其與封裝底座悍接，并進行臺面酸洗，PN結(jié)的表面鈍化，壓模，成型， 制成整流二極管。
權(quán)利要求
1.一種硅單晶片制造開放PN結(jié)快恢復(fù)整流二極管的方法，其特性在于包括如下步驟1)在N-型硅單晶片整個面上擴散N+型半導(dǎo)體雜質(zhì)，得到N+/N-/N+結(jié)構(gòu)的硅片；2)研磨N+/N-/N+結(jié)構(gòu)的硅片的一個表面，得到N-/N+結(jié)構(gòu)的硅片；3)在N-/N+結(jié)構(gòu)的硅片的N-面上擴散P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)，得到P+/N-/N+結(jié)構(gòu)的硅片；4)在整個P+/N-/N+結(jié)構(gòu)的硅片中擴散鉑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅單晶片制造開放PN結(jié)快恢復(fù)整流二極管的 方法，其特性在于所述的N-型硅單晶片的電阻率為5 60Qcm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅單晶片制造開放PN結(jié)快恢復(fù)整流二極管的 方法，其特性在于所述的研磨為機械研磨或砂輪減薄。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅單晶片制造開放PN結(jié)快恢復(fù)整流二極管的 方法，其特性在于所述的P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)為硼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅單晶片制造開放PN結(jié)快恢復(fù)整流二極管的方法。包括如下步驟1)N-型硅單晶片整個面擴散N+型半導(dǎo)體雜質(zhì)，得到N+/N-/N+結(jié)構(gòu)；2)研磨硅片的一個表面，得到N-/N+結(jié)構(gòu)；3)N-面擴散P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)，得到P+/N-/N+結(jié)構(gòu)；4)在P+/N-/N+結(jié)構(gòu)中擴散鉑。本發(fā)明的硅單晶片制造開放PN結(jié)快恢復(fù)整流二極管的方法革除了普通采用的氧化膜掩蔽下區(qū)域擴散半導(dǎo)體雜質(zhì)的晶體管平面工藝，代之以在整個硅片表面上擴散N、P型半導(dǎo)體雜質(zhì)和擴散鉑的開放PN結(jié)工藝，制造硅快恢復(fù)整流二極管。使用該發(fā)明方法，采用硅單晶研磨片來代替硅外延片作為制造開放PN結(jié)快恢復(fù)整流二極管的基片材料，可簡化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H01L21/329GK101404254SQ20081012208
公開日2009年4月8日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31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