專利名稱：一種抗電浪涌低壓保護硅二極管及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種抗電浪涌低壓保護硅二極管及其制備方法。
背景技術：
半導體技術和信息產業(yè)的快速發(fā)展，集成電路和精密儀器電路元器件越來越趨低壓化，擔當保護集成電路及電子線路的安全和有效抗雷擊、靜電放電損害作用的電子穩(wěn)壓、瞬間過壓抑制硅二極管的需求量與日俱增，特別是保護電壓范圍低于10伏之高穩(wěn)定可靠的抗電浪涌低壓保護硅二極管，現有國內產品尚不能完全滿足需求。本發(fā)明的實施可以提供一種高可靠、品質優(yōu)良的抗電浪涌低壓硅保護新器件。這種抗電浪涌低壓保護硅二極管主要用于保護具有功率電感的集成電路。例如反激轉換器中變壓器的電感在電壓轉換過程中會產生瞬態(tài)峰值電壓，為了保護整個電路，需要對這個電壓進行鉗位限制。傳統電路中常采用RC阻尼回路和RCD阻尼回路來進行鉗位限制，同時設計者也采用單個穩(wěn)壓二極管來保護電路。RC阻尼回路和RCD阻尼回路性能比較穩(wěn)定，通過電容和電阻的阻尼回路來消除電感產生的電勢震蕩，通過二極管來吸收電感的自感電動勢。但是阻尼回路法通常要用到一個電阻、一個電容和一個二級管，這樣為實現一種功能，電路板上需要安裝多個元器件，勢必降低安全可靠性。使用單個穩(wěn)壓二極管抑制瞬間過壓、電路安全抗電浪涌是新的發(fā)展方向。本發(fā)明的特征是在低阻P型硅單晶拋光片上分先后兩次擴散入N+型半導體雜質磷，第一次得到內N+層、第二次得到外N+層，此外，在內、外兩個N+層之間，通過N-型外延生長，鍥入一個N-硅外延層，獲得縱向為PN+N-N+的硅二極管結構。N-硅外延層的作用是作為一道屏障，防止在其后的電極金屬合金時融通內N+層而發(fā)生PN結失效。其中由內N+層組成的N+P部分為硅單邊突變PN結的核心，外N+層的功能是使硅芯片與金屬電極之間形成良好歐姆接觸。內、外N+層的磷雜質表面濃度為1021/cm3。表1、表2、表3 (圖4、圖5、圖6)所示的模擬結果表示了 P型硅單晶的電阻率Res 與硅二極管保護電壓Vbr之間的關系。表 1
表2
表3
模擬條件

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術的不足，采用在P型硅單晶拋光片上擴散入N+型半
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本征Res本征濃度摻雜結深NsRSVbr0. 01 ohm. cm7.98el87. 6 μ m0.73e210. 638. 3V本征Res本征濃度摻雜結深NsRSVbr0. 02ohm. cm2.68el88 μ m0.73e210. 6111. 6V本征Res本征濃度摻雜結深NsRSVbr0. 08ohm. cm3.28el89. 5 μ m0.74e210. 6123. 7V芯片厚度300 μ m,單元邊長50 μ m。導體雜質磷，結合中間進行N-型外延生長的工藝方法，獲得一種抗電浪涌低壓保護硅二極管，其制備方法步驟如下
1)在厚度為250 300μ m、電阻率為0. 01 0. 08 Ω . cm的P型硅單晶拋光片表面上擴散入N+型半導體雜質磷，得到PN+硅片，擴散溫度1190 1200°C，擴散時間8 10分鐘，擴散入的N+型半導體雜質磷表面濃度為1021/cm3 ；
2)用電子化學清洗1#液清洗PN+硅片，清洗溫度為80 85°C，清洗時間為10 15分鐘，純水沖洗；再用電子化學清洗2#液清洗，清洗溫度為80 85°C，清洗時間為 10 15分鐘，甩干，純水出水電阻率10 12Q.cm，電子化學清洗1#液的體積比為 NH4OH:H2O2:H2O=I:2:5，電子化學清洗邶液的體積比為=HCL: H2O2 = H2O =1:2:8 ；
3)在清洗后的PN+硅片上進行N-型外延生長，得到PN+N-硅片，PN+N-硅片的N-硅外延層電阻率為0. 05 0. 10 Ω. cm，厚度為10 15μπι ；
4)在ΡΝ+Ν-硅片上擴散入N+型半導體雜質磷，得到ΡΝ+Ν-Ν+的硅片，擴散溫度1190 1200°C，擴散時間8 10分鐘；
5)在PN+N-N+硅片的雙表面鍍上金屬層，進行合金，鋸切，得到二極管芯片；
6)將二極管芯片與封裝底座焊接，上保護膠、壓模成型封裝成器件。本發(fā)明制造的抗電浪涌低壓保護硅二極管具有生產設備通用，產品性價比高，市場廣闊的特點。


圖1為抗電浪涌低壓保護硅二極管的結構示意圖； 圖2為抗電浪涌低壓保護硅二極管的制備方法流程； 圖3為抗電浪涌低壓保護硅二極管的雜質分布示意圖4、圖5、圖6為P型硅單晶的電阻率Res與硅二極管保護電壓Vbr之間關系的工藝模擬圖。
具體實施例方式抗電浪涌低壓保護硅二極管是采用在P型硅單晶拋光片上擴散入N+型半導體雜質磷，結合中間進行N-型外延生長的工藝方法，獲得一種抗電浪涌低壓保護硅二極管， 其制備方法步驟如下
1)在厚度為250 300μ m、電阻率為0. 01 0. 08 Ω . cm的P型硅單晶拋光片表面上擴散入N+型半導體雜質磷，得到PN+硅片，擴散溫度1190 1200°C，擴散時間8 10分鐘，擴散入的N+型半導體雜質磷表面濃度為1021/cm3 ；
2)用電子化學清洗1#液清洗PN+硅片，清洗溫度為80 85°C，清洗時間為10 15分鐘，純水沖洗；再用電子化學清洗2#液清洗，清洗溫度為80 85°C，清洗時間為 10 15分鐘，甩干，純水出水電阻率10 12Q.cm，電子化學清洗1#液的體積比為 NH4OH:H2O2:H2O=I:2:5，電子化學清洗邶液的體積比為=HCL: H2O2 = H2O =1:2:8 ；
3)在清洗后的PN+硅片上進行N-型外延生長，得到PN+N-硅片，PN+N-硅片的N-硅外延層電阻率為0. 05 0. 10 Ω. cm，厚度為10 15μπι ；
4)在ΡΝ+Ν-硅片上擴散入N+型半導體雜質磷，得到ΡΝ+Ν-Ν+的硅片，擴散溫度1190 1200°C，擴散時間8 10分鐘；
5)在PN+N-N+硅片的雙表面鍍上金屬層，進行合金，鋸切，得到二極管芯片；
6)將二極管芯片與封裝底座焊接，上保護膠、壓模成型封裝成器件。實施例1
1)在厚度為250μ m、電阻率為0. 01 Ω . cm的P型硅單晶拋光片表面上擴散入N+型半導體雜質磷，得到PN+硅片，擴散溫度1190 1200°C，擴散時間8 10分鐘，擴散入的N+ 型半導體雜質磷表面濃度為1021/cm3 ；
2)用電子化學清洗1#液清洗PN+硅片，清洗溫度為80 85°C，清洗時間為10 15分鐘，純水沖洗；再用電子化學清洗姊液清洗，清洗溫度為80 85°C，清洗時間為 10 15分鐘，甩干，純水出水電阻率10 12Q.cm，電子化學清洗1#液的體積比為 NH4OH:H2O2:H2O=I:2:5，電子化學清洗邶液的體積比為=HCL: H2O2 = H2O =1:2:8 ；
3)在清洗后的PN+硅片上進行N-型外延生長，得到PN+N-硅片，PN+N-硅片的N-硅外延層電阻率為0. 05 Ω . cm,厚度為15 μ m ；
4)在PN+N-硅片上擴散入N+型半導體雜質磷，得到PN+N-N+的硅片，擴散溫度1190 1200°C，擴散時間10分鐘；
5)在PN+N-N+硅片的雙表面鍍上金屬層，進行合金，鋸切，得到二極管芯片；
6)將二極管芯片與封裝底座焊接，上保護膠、壓模成型封裝成器件。實施例2
1)在厚度為280μ m、電阻率為0. 04 Ω . cm的P型硅單晶拋光片表面上擴散入N+型半導體雜質磷，得到PN+硅片，擴散溫度1190 1200°C，擴散時間8 10分鐘，擴散入的N+ 型半導體雜質磷表面濃度為1021/cm3 ；
2)用電子化學清洗1#液清洗PN+硅片，清洗溫度為80 85°C，清洗時間為10 15分鐘，純水沖洗；再用電子化學清洗2#液清洗，清洗溫度為80 85 °C，清洗時間為 10 15分鐘，甩干，純水出水電阻率10 12Q.cm，電子化學清洗1#液的體積比為 NH4OH:H2O2:H2O=I:2:5，電子化學清洗邶液的體積比為=HCL: H2O2 = H2O =1:2:8 ；
3)在清洗后的PN+硅片上進行N-型外延生長，得到PN+N-硅片，PN+N-硅片的N-硅外延層電阻率為0. 10 Ω . cm,厚度為10 μ m ；
4)在PN+N-硅片上擴散入N+型半導體雜質磷，得到PN+N-N+的硅片，擴散溫度1190 1200°C，擴散時間9分鐘；
5)在PN+N-N+硅片的雙表面鍍上金屬層，進行合金，鋸切，得到二極管芯片；
6)將二極管芯片與封裝底座焊接，上保護膠、壓模成型封裝成器件。實施例3
1)在厚度為300μ m、電阻率為0. 08 Ω . cm的P型硅單晶拋光片表面上擴散入N+型半導體雜質磷，得到PN+硅片，擴散溫度1190 1200°C，擴散時間8 10分鐘，擴散入的N+ 型半導體雜質磷表面濃度為1021/cm3 ；
2)用電子化學清洗1#液清洗PN+硅片，清洗溫度為80 85°C，清洗時間為10 15分鐘，純水沖洗；再用電子化學清洗姊液清洗，清洗溫度為80 85°C，清洗時間為 10 15分鐘，甩干，純水出水電阻率10 12Q.cm，電子化學清洗1#液的體積比為 NH4OH:H2O2:H2O=I:2:5，電子化學清洗邶液的體積比為=HCL: H2O2 = H2O =1:2:8 ；3)在清洗后的PN+硅片上進行N-型外延生長，得到PN+N-硅片，PN+N-硅片的N-硅外延層電阻率為0. 08 Ω . cm,厚度為12 μ m ；
4)在PN+N-硅片上擴散入N+型半導體雜質磷，得到PN+N-N+的硅片，擴散溫度1190 1200°C，擴散時間10分鐘；
5)在PN+N-N+硅片的雙表面鍍上金屬層，進行合金，鋸切，得到二極管芯片；
6)將二極管芯片與封裝底座焊接，上保護膠、壓模成型封裝成器件。
權利要求
1.一種抗電浪涌低壓保護硅二極管，其特征在于在電阻率為0. 01 0. 08 Ω . cm的P型硅單晶拋光片上擴散入N+型半導體雜質磷，進行N-型外延生長，再擴散入N+型半導體雜質磷，制造成縱向結構為PN+N-N+的二極管。
2.一種如權利要求1所述一種抗電浪涌低壓保護硅二極管的制備方法，其特征在于它的步驟如下1)在厚度為250 300μ m、電阻率為0. 01 0. 08 Ω . cm的P型硅單晶拋光片表面上擴散入N+型半導體雜質磷，得到PN+硅片，擴散溫度1190 1200°C，擴散時間8 10分鐘，擴散入的N+型半導體雜質磷表面濃度為1021/cm3 ；2)用電子化學清洗1#液清洗PN+硅片，清洗溫度為80 85°C，清洗時間為10 15分鐘，純水沖洗；再用電子化學清洗2#液清洗，清洗溫度為80 85°C，清洗時間為 10 15分鐘，甩干，純水出水電阻率10 12Q.cm，電子化學清洗1#液的體積比為 NH4OH:H2O2:H2O=I:2:5，電子化學清洗邶液的體積比為=HCL: H2O2 = H2O =1:2:8 ；3)在清洗后的PN+硅片上進行N-型外延生長，得到PN+N-硅片，PN+N-硅片的N-硅外延層電阻率為0. 05 0. 10 Ω. cm，厚度為10 15μπι ；4)在ΡΝ+Ν-硅片上擴散入N+型半導體雜質磷，得到ΡΝ+Ν-Ν+的硅片，擴散溫度1190 1200°C，擴散時間8 10分鐘；5)在PN+N-N+硅片的雙表面鍍上金屬層，進行合金，鋸切，得到二極管芯片；6)將二極管芯片與封裝底座焊接，上保護膠、壓模成型封裝成器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗電浪涌低壓保護硅二極管及其制備方法。它包括如下步驟1)在P型硅單晶拋光片表面上擴散入N+型半導體雜質磷,得到PN+硅片；2)用電子化學清洗1#液和2#液清洗PN+硅片，經過純水沖洗,將硅片甩干；3)在清洗后的PN+硅片上進行N-型外延生長，得到PN+N-硅片；4)在PN+N-硅片上擴散入N+型半導體雜質磷，得到PN+N-N+的硅片；5)在PN+N-N+硅片的雙表面鍍上金屬層，進行合金，鋸切，得到二極管芯片；6)將二極管芯片與封裝底座焊接,上保護膠、壓模成型封裝成器件。本發(fā)明制造的抗電浪涌低壓保護硅二極管具有生產設備通用，產品性價比高，市場廣闊的特點。
文檔編號H01L29/861GK102194894SQ20111011653
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權日2011年5月6日
發(fā)明者任亮, 朱志遠, 毛建軍, 王錚, 胡煜濤, 陳福元 申請人:杭州杭鑫電子工業(yè)有限公司