專利名稱：整流二極管管芯制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及半導體器件，特別涉及一種整流二極管管芯制造方法。
背景技術(shù)：
半導體整流二極管(簡稱整流二極管、二極管)是一種應用非常普遍的電子器件。 整流二極管通常由管芯(又稱為晶粒)、引線和包覆層構(gòu)成，其中具有相應功能作用的是管芯，確切地說是PN結(jié)。傳統(tǒng)的制造整流二極管晶粒的方法包括芯片擴散、鍍鎳、切割裂片、臺面腐蝕、檢測包裝等工序。工藝流程如下1、芯片選型一般硅基整流二極管都是以N-型單晶硅作為基礎材料。2、芯片擴散在N-型單晶硅片上通過紙源或水源涂覆在硅片的兩面分別擴散5價雜質(zhì)和3價雜質(zhì)，形成Open Junction ( 一種PN結(jié)結(jié)構(gòu)形式)。3、制作歐姆接觸層完成芯片擴散后，在硅片兩面進行金屬化處理，如鍍鎳等，形成歐姆接觸層。4、切割裂片在硅片原有的基準面(111面)按規(guī)定角度劃基準切割線，即定向基準線；通過劃片機按定向基準線進行切割成晶粒，并通過機械分離方式把晶粒分離出來。5、臺面腐蝕(現(xiàn)有技術(shù)中，該工序是在晶粒焊接了引線后進行的，屬于整流二極管制造工序)對焊接了引線的晶粒進行臺面腐蝕，去除切割裂片時的損傷層(約50 μ m)，形成晶粒臺面形狀。6、清洗包裝。對以上工序進行多次純水清洗并使用化學脫水方式脫水，進行烘干即得成品晶粒。這種傳統(tǒng)的整流二極管管芯制造方法有以下缺點1、傳統(tǒng)方法制造的整流二極管管芯是三層結(jié)構(gòu)，管芯N區(qū)1由N+層101和N-層 102組成，P區(qū)2由一層P+層201構(gòu)成，N-層102與P+層201交界處為管芯PN結(jié)12，如圖 1所示。由于擴散原理P+層201雜質(zhì)會往內(nèi)部繼續(xù)遷移，影響歐姆接觸層200表面合金效果，這樣的合金層歐姆接觸不好，影響器件電性能。2、傳統(tǒng)方法制造的整流二極管晶粒形狀為正四棱臺，N區(qū)1與P區(qū)2之間的夾角 α =180°，如圖1所示，PN結(jié)正好處于正四棱臺靠近下底面的位置，在涂覆保護層時，該處包覆厚度小，容易造成電壓擊穿故障
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種整流二極管管芯制造方法，改進現(xiàn)有技術(shù)的生產(chǎn)工藝，提高器件性能。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，整流二極管管芯制造方法，包括如下步驟a、在N-型單晶硅片一面擴散5價雜質(zhì)，形成N+層；b、在所述單晶硅片另一面擴散3價雜質(zhì)，經(jīng)過2次擴散分別形成P-層和P+層；C、在所述N+層和P+層表面形成歐姆接觸層；d、對上述加工完成的硅片進行切割，得到管芯；e、對所述管芯進行腐蝕，消除切割傷痕并形成管芯形狀。本發(fā)明在管芯制作的擴散工序中，在3價雜質(zhì)擴散時采用二次擴散工藝，在N-型單晶硅片上形成四層結(jié)構(gòu)，即N+層、N-層、P-層和P+層，得到四層結(jié)構(gòu)的晶粒，提高了 P區(qū)載流子有效濃度，并且改善了表面歐姆接觸層的合金質(zhì)量，降低了接觸電阻，有效載流面積有所提高。這些對于提高器件電性能，如電流密度、耐壓、功率等均有很大的助益。本發(fā)明調(diào)整了工序流程，在焊接引線之前進行管芯腐蝕，有利于得到合適的晶粒形狀，在焊接引線前先形成晶粒臺面，減少二極管封裝廠的工序和化學藥劑使用量，大大的降低了二極管行業(yè)的污染。由于晶粒制作過程中就形成了臺面，晶粒焊接面積相對與傳統(tǒng)晶粒小，大大降低了封裝尺寸，有利于器件的小型化。由于晶粒結(jié)構(gòu)改變和焊接面積減小，所以器件制造時， 工裝制作材料消耗降低，降低了器件制造成本。進一步的，所述管芯形狀為直棱柱和直棱臺的組合體，所述直棱柱底面與直棱臺上底面連接，并具有相同形狀和大小，其棱相互對接，所述直棱柱自上而下由N+層和N-層構(gòu)成，所述直棱臺自上而下由P-層和P+層構(gòu)成。在晶粒制作過程中形成的這種臺面結(jié)構(gòu)，完全不同于現(xiàn)有技術(shù)在焊接引線后使用酸蝕獲得的正錐臺形狀的晶粒結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的晶粒結(jié)構(gòu)PN結(jié)處N區(qū)與P區(qū)交界處夾角α = 180°，參見圖1。該處是器件工作時電場梯度最大的地方，在進行涂覆保護時，該處涂覆膠的厚度是整個包覆層比較薄的地方，并且很容易形成晶粒邊緣尖角，導致晶粒表面容易產(chǎn)生尖峰電場，大大降低器件耐壓。本發(fā)明晶粒結(jié)構(gòu)N區(qū)與P區(qū)交界處(即直棱柱和直棱臺交界處)夾角α <180°，形成一個凹陷區(qū)，參見圖2。涂覆保護層時，涂覆膠流動集中在凹陷區(qū)，在此處包覆厚度是整個包覆層比較厚的地方，并且完全杜絕晶粒表面尖峰電場現(xiàn)象。 這種結(jié)構(gòu)的保護層抗電強度大大優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的晶粒。具體的，所述直棱柱和直棱臺分別為正四棱柱和正四棱臺。這種結(jié)構(gòu)更符合硅的結(jié)晶形狀，有利于降低晶粒表面尖峰電場，提高器件耐壓。具體的，所述5價雜質(zhì)為磷。采用磷作N型參雜，工藝成熟，成本低。具體的，所述3價雜質(zhì)為硼。采用硼作P型參雜，工藝簡單、成熟。具體的，所述歐姆接觸層由鍍鎳層構(gòu)成。歐姆接觸層采用鎳材料，制作工藝簡單，與硅基材料兼容性好，較之金、銀等貴金屬成本更低。進一步的，所述鍍鎳層采用2次鍍鎳工藝形成，第一次鍍鎳后在氫氣氛下進行合金化，生成一層鎳硅合金，第二次在鎳硅合金上再鍍一層鎳。這是一種比較成熟的歐姆接觸層制造工藝，制作的歐姆接觸層與硅基材料結(jié)合緊密，接觸電阻小。本發(fā)明的有益效果是，在P區(qū)擴散時采用二次擴散工藝，形成四層結(jié)構(gòu)的PN結(jié)，改善了表面歐姆接觸層的合金質(zhì)量，降低了接觸電阻，提高了可焊性，增加了有效載流面積和 P區(qū)載流子濃度，管芯電流密度、耐壓、功率等均有很大的提高。本發(fā)明調(diào)整了工序流程，在焊接引線之前進行管芯腐蝕，有利于得到合適的晶粒形狀。在焊接引線前先形成晶粒臺面， 簡化二極管制造工序，減少二極管生成的化學藥劑使用量，大大的降低了二極管行業(yè)的污染。由于晶粒制作過程中就形成了臺面，晶粒焊接面積相對于傳統(tǒng)晶粒更小，大大降低了封裝尺寸，有利于器件的小型化。由于晶粒結(jié)構(gòu)改變和焊接面積減小，后續(xù)工裝制作材料消耗降低，降低了器件制造成本。本發(fā)明的晶粒特別適合用于制造高反壓低漏電流的高可靠二極管。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)管芯結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明管芯結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是實施例的工藝流程圖。圖中1為N區(qū)；2為P區(qū)；100為N+層表面的歐姆接觸層；101為N+層；102為 N-層；12為PN結(jié)；202為P-層；201為P+層；200為P+層表面的歐姆接觸層。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的整流二極管管芯制造方法在P區(qū)3價雜質(zhì)擴散時采用二次擴散工藝，在 N-型單晶硅片一面形成P-層和P+層，與芯片另一面擴散5價雜質(zhì)形成的N+層構(gòu)成整個芯片的四層結(jié)構(gòu)，即N+層、N-層、P-層和P+層。這種四層結(jié)構(gòu)的PN結(jié)，有效提高了載流子濃度，改善了 P區(qū)表面歐姆接觸層的合金質(zhì)量，降低了接觸電阻，增加了有效載流面積。這些對于提高器件電性能有很大的助益。實施例本例整流二極管管芯制造工藝流程如圖3所示，包括芯片擴散選擇N-型單晶硅片，配制含磷乳膠(磷源)，把含磷乳膠涂覆在硅片的一面上，將涂好磷源的硅片放入潔凈烘箱將磷源溶劑烤干?？靖珊蟮墓杵纯裳b舟，將硅片有磷面相對放置在石英舟中，每舟約放750片。將石英舟分步推入擴散爐中進行擴散，獲得N+層。 擴散時間到后將石英舟從擴散爐中分步拉出冷卻。冷卻后進行化學分割并清洗表面。將清洗好后的硅片送入噴砂車間對硅片進行處理，將處理好的硅片送入擴硼車間。配制含硼元素的乳膠(硼源)，把硼源涂覆在硅片的另一面上，將涂好硼源的硅片平放在濾紙上放入潔凈烘箱將硼源溶劑烤干?？靖珊蟮墓杵纯裳b舟，將硅片有硼面相對放在石英舟中，每舟約放750片。將石英舟分步推入擴散爐中進行兩次擴散，第一次擴散得到P-層，第二次擴散得到P+層。擴散時間到后將石英舟從擴散爐中分步拉出冷卻。冷卻后進行化學分割并清洗表面，然后送入噴砂車間進行表面處理。處理好后的硅片清洗干凈。這樣得到的芯片即為包含N+層101、N-層102、P-層202、P+層201的四層結(jié)構(gòu)的芯片，如圖2所示。
芯片鍍鎳 對擴散好的硅片進行P+層表面和N+層表面鍍鎳形成歐姆接觸層200和歐姆接觸層 100。首先通過化學方法對硅片表面進行清洗和活化。將活化好后的硅片放入化學鍍鎳液中進行第一次鍍鎳，將一次鍍鎳后的硅片進行清洗烘干。烘干后裝入擴散舟中送入滲氫車間，通過充入高純氫氣進行鎳和硅的合金化，生成一層鎳硅合金層，合金完后再送入化鍍鎳車間進行表面二次鍍鎳。芯片定向按硅片原有的基準面按規(guī)定角度劃一條基準切割線，即定向基準線。切晶粒通過劃片機按定向基準線進行切割成晶粒。裂片通過機械分離方式把晶粒分離出來。臺面腐蝕對分離好的晶粒進行臺面腐蝕，去除切晶粒時的損傷層約50 μ m(2mil)，形成直棱柱和直棱臺組合體形狀的晶粒臺面。如圖2所示，直棱柱為正四棱柱，直棱臺為正四棱臺。 正四棱柱底面和正四棱臺上底面連接，其結(jié)合部12就是PN結(jié)，正四棱柱底面和正四棱臺上底面具有相同形狀和大小，正四棱柱和正四棱臺的四條棱相互對接。正四棱柱為管芯的N 區(qū)1，自上而下分別由N+層101和N-層102構(gòu)成，N+層101表面有歐姆接觸層100 ；正四棱臺為管芯的P區(qū)2，自上而下分別由P-層202和P+層201構(gòu)成，P+層201表面有歐姆接觸層200。本例中，歐姆接觸層100和歐姆接觸層200均包括內(nèi)層合金層和外層金屬鍍層 (圖2中未示出)。本例管芯是由N-型單晶硅片上一面擴散5價元素磷另一面擴散3價元素硼形成，擴散5價元素構(gòu)成管芯的N+層101，擴散3價元素采用二次擴散工藝，第一次擴散形成P-層202第二次擴散形成P+層201，N-層102為N-型單晶硅片本體材料。清洗包裝。對上述工序后得到的晶粒進行多次純水清洗并使用化學脫水方式脫水，最后烘干即得成品晶粒。
權(quán)利要求
1.整流二極管管芯制造方法，包括如下步驟a、在N-型單晶硅片一面擴散5價雜質(zhì)，形成N+層；b、在所述單晶硅片另一面擴散3價雜質(zhì)，經(jīng)過2次擴散分別形成P-層和P+層；C、在所述N+層和P+層表面形成歐姆接觸層；d、對上述加工完成的硅片進行切割，得到管芯；e、對所述管芯進行腐蝕，消除切割傷痕并形成管芯形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流二極管管芯制造方法，其特征在于，所述管芯形狀為直棱柱和直棱臺的組合體，所述直棱柱底面與直棱臺上底面連接，并具有相同形狀和大小，其棱相互對接，所述直棱柱自上而下由N+層和N-層構(gòu)成，所述直棱臺自上而下由P-層和P+ 層構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整流二極管管芯制造方法，其特征在于，所述直棱柱和直棱臺分別為正四棱柱和正四棱臺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流二極管管芯制造方法，其特征在于，所述5價雜質(zhì)為磷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流二極管管芯制造方法，其特征在于，所述3價雜質(zhì)為硼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流二極管管芯制造方法，其特征在于，所述歐姆接觸層由鍍鎳層構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的整流二極管管芯制造方法，其特征在于，所述鍍鎳層采用2次鍍鎳工藝形成，第一次鍍鎳后在氫氣氛下進行合金化，生成一層鎳硅合金，第二次在鎳硅合金上再鍍一層鎳。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種整流二極管管芯制造方法。本發(fā)明公開了一種整流二極管管芯制造方法，改進了現(xiàn)有技術(shù)的生產(chǎn)工藝。本發(fā)明的整流二極管管芯制造方法，在管芯制作的擴散工序中，在P區(qū)雜質(zhì)擴散時采用二次擴散工藝，在N-型單晶硅片上形成四層結(jié)構(gòu)，即N+層、N-層、P-層和P+層，得到四層結(jié)構(gòu)的晶粒，提高了P區(qū)載流子有效濃度，并且改善了表面歐姆接觸層的合金質(zhì)量，降低了接觸電阻，有效載流面積有所提高。本發(fā)明調(diào)整了工序流程，在焊接引線之前進行管芯腐蝕，有利于得到合適的晶粒形狀，簡化二極管制造工序。本發(fā)明的整流二極管管芯特別適合用于制造高壓整流二極管。
文檔編號H01L21/329GK102324390SQ20111032231
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者俞建, 張劍, 李治劌, 李馳明 申請人:四川太晶微電子有限公司