專利名稱：一種p、n紙源同一擴散過程制造硅二極管pn結的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件的制造，尤其涉及一種P、 N紙源同一擴散過程制造 硅二極管PN結的方法。
技術背景硅整流二極管是重要的基礎電子器件。當今硅晶體管制造普遍采用的是半 導體平面工藝，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型半導體雜質定區(qū)域擴散，制成PN結。該 PN結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又 起著PN結表面鈍化的作用。長期以來人們對器件結構和制造工藝做了許多改進，本發(fā)明提出的P、 N紙 源同一擴散過程制造硅二極管PN結的方法，就將通常的二極管芯制造中先將 PN結表面鈍化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結表面鈍化的工藝流程。這一制造半導體器件的新方法，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結是由自動鋸片機將硅片鋸切而 成的，四周的PN結垂直于芯片表面。由于無任何介質層對PN結施加保護，處 于開放形式而暴露在外界的PN結，須經過與封裝底座焊接、進行化學腐蝕酸洗 以形成垂直臺面，再覆蓋上絕緣硅膠。至此完成PN結的表面鈍化。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)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P、 N紙源同一擴散過程制造硅二極管PN結的方法。 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+型半導體雜質擴散和N+型半導體雜質擴散，得到？+/^-/^+結構；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^-^+結構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) 進行二極管垂直臺面的酸洗，PN結的表面鈍化，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(yōu)點。


圖1是P、 N紙源同一擴散過程制造硅二極管PN結的工藝流程圖；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超標導致產品不合格。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+ 結構是與構成二極管的核心部分PN結的P+ZN-結構在同一擴散過程中形成 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， 一次性擴散形成？+/1^^+結構。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 焊接后進行PN結垂直臺面的酸洗與PN結的表面鈍化，然后經過壓模成型，制 成硅整流二極管。實施例按照下述P、 N紙源同一擴散過程制造PN結的方法生產硅整流二 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號化學電子清洗液(NH40H: H202: Hi01:2: 5) 和2號化學電子清洗液(HCL: H202: EbOl: 2: 8)嚴格清洗?；瘜W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的烘箱內烘干，烘烤時間^30分鐘。接著進行擴散以磷紙和 硼紙作為擴散源，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，推入擴散爐，將溫度升至1265°C，在氮、氧氣的保 護下進行20 30小時的擴散。擴散結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) 然后對硅片進行雙表面研磨或噴砂減薄。經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號化學電子清洗液、2號化學電子清洗液各 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，進行硅片表面的化學鍍鎳。鍍鎳后的硅片經純水清洗、烘干。4) 根據產品規(guī)格將硅片鋸切成一定形狀和一定面積的二極管芯片。5) 鋸切好的芯片經清洗后通過隧道爐將其與封裝底座焊接，并進行臺面酸 洗，PN結的表面鈍化，壓模成型，制成整流二極管。
權利要求
1. 一種P、N紙源同一擴散過程制造硅二極管PN結的方法，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+型半導體雜質擴散和N+型半導體雜質擴散，得到P+/N-/N+結構；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+結構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)進行二極管垂直臺面的酸洗，PN結的表面鈍化，壓模，成型，制成整流二極管。
2. 根據權利要求1所述的一種P、N紙源同一擴散過程制造硅二極管PN 結的方法，其特征在于所述的N-型硅單晶片的電阻率為5 60Qcm。
3. 根據權利要求1所述的一種P、N紙源同一擴散過程制造硅二極管PN 結的方法，其特征在于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P、N紙源同一擴散過程制造硅二極管PN 結的方法，其特征在于所述的P+型半導體雜質為硼紙源，N+型半導體雜質為 磷紙源。
5. 根據權利要求1所述的一種P、N紙源同一擴散過程制造硅二極管PN 結的方法，其特征在于所述的由鋸切而成的二極管芯片的四周PN結呈現(xiàn)垂 直于芯片表面的臺面形狀。
6. 根據權利要求1所述的一種P、N紙源同一擴散過程制造硅二極管PN 結的方法，其特征在于所述的PN結的酸洗與表面鈍化，皆在二極管的垂直 臺面上進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種P、N紙源同一擴散過程制造硅二極管PN結的方法。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+型半導體雜質擴散和N+型半導體雜質擴散，得到P+/N-/N+結構；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+結構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)進行二極管垂直臺面的酸洗，PN結的表面鈍化，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)域擴散半導體雜質的晶體管平面工藝，簡化硅整流二極管的制造工藝流程，縮短生產周期，降低成本，提高產品性價比。
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)先權日2008年11月6日
發(fā)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(yè)有限公司