专利名称：一种p、n纸源同一扩散过程制造硅二极管pn结的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制造，尤其涉及一种P、 N纸源同一扩散过程制造 硅二极管PN结的方法。
技术背景硅整流二极管是重要的基础电子器件。当今硅晶体管制造普遍采用的是半 导体平面工艺，即在硅片上生长氧化硅膜后，以光刻方法开出氧化硅膜窗口， 然后进行在氧化硅膜掩蔽下的P、 N型半导体杂质定区域扩散，制成PN结。该 PN结处于氧化硅膜保护下，实现低反向漏电流。在此氧化硅膜作为绝缘介质又 起着PN结表面钝化的作用。长期以来人们对器件结构和制造工艺做了许多改进，本发明提出的P、 N纸 源同一扩散过程制造硅二极管PN结的方法，就将通常的二极管芯制造中先将 PN结表面钝化后再进行封装焊接的做法，改为将二极管管芯先行封装焊接后再 进行PN结表面钝化的工艺流程。这一制造半导体器件的新方法，人们称之为垂 直台面二极管工艺。采用此工艺制成的二极管被称为垂直台面二极管。在垂直 台面二极管制造工艺流程中，其暴露在外的PN结是由自动锯片机将硅片锯切而 成的，四周的PN结垂直于芯片表面。由于无任何介质层对PN结施加保护，处 于开放形式而暴露在外界的PN结，须经过与封装底座焊接、进行化学腐蚀酸洗 以形成垂直台面，再覆盖上绝缘硅胶。至此完成PN结的表面钝化。 发明内容本发明的目的是克服现有技术在低附加值产品方面的市场竞争力的不足， 提供一种P、 N纸源同一扩散过程制造硅二极管PN结的方法。 包括如下步骤1) 同一过程中在N-型硅单晶片的正反两个面上分别完成P+型半导体杂质扩散和N+型半导体杂质扩散，得到？+/^-/^+结构；2) 研磨硅片的P+表面与N+表面；3) 在硅片的表面镀上镍层；4) 将？+/1^-^+结构的硅片锯切成二极管芯片；5) 通过隧道炉将二极管芯片与封装底座焊接；6) 进行二极管垂直台面的酸洗，PN结的表面钝化，压模成型，制成整流二极管。本发明与传统的利用硅外延片在氧化硅膜掩蔽下定域扩散掺杂的平面工艺 相比，具有简化流程，縮短周期，提高效率，降低材料与生产成本的优点。
图1是P、 N纸源同一扩散过程制造硅二极管PN结的工艺流程图；图2是传统晶体管平面工艺制造硅整流二极管的工艺流程图。
具体实施方式
硅整流二极管的重要电性能参数包括反向击穿电压VB和正向压降Vf。其 中VB要求制造二极管的硅片具有确定的电阻率与厚度。高VB要求N-硅片确保 其厚度，但VF则要求N-硅片尽量薄，否则VF超标导致产品不合格。因而附图2的传统平面工艺就选用N-7N+型硅外延材料来制造。其中N-为低掺杂高阻层， 它是在原始N+型硅单晶抛光面上通过硅外延的方式生长而成的。而N+层为重 掺杂的低阻硅单晶衬底部分，该N+层的重要功能是为了增加硅片总厚度，它既 起到防止在制造器件的过程中发生硅片破碎的作用，又使得器件所要求的低正 向压降性能易于实现。而在附图1所示的本发明所提出的工艺中，这种N-/N+ 结构是与构成二极管的核心部分PN结的P+ZN-结构在同一扩散过程中形成 的。采取的步骤是先是在N-型硅单晶片的两个表面上分别贴上P型的硼纸源 和N型的磷纸源， 一次性扩散形成？+/1^^+结构。通过研磨硅片的表面，并在 硅片的表面镀上镍层，再将硅片锯切成二极管芯片，将二极管芯片与封装底座 焊接后进行PN结垂直台面的酸洗与PN结的表面钝化，然后经过压模成型，制 成硅整流二极管。实施例按照下述P、 N纸源同一扩散过程制造PN结的方法生产硅整流二 极管选取5-60Qcm，厚度为200-300nm的N-型硅单晶片。1) 首先清洗硅片采用l号化学电子清洗液(NH40H: H202: Hi01:2: 5) 和2号化学电子清洗液(HCL: H202: EbOl: 2: 8)严格清洗。化学电子清洗 液的清洗反应温度为80-85°C，反应时间为IO分钟。然后将硅片置于纯水中彻 底冲洗清洁。纯水电阻率215兆欧姆厘米，每次冲水时间^30分钟。硅片清洗后 甩干，或在120'C的烘箱内烘干，烘烤时间^30分钟。接着进行扩散以磷纸和 硼纸作为扩散源，按一张磷纸、 一片硅片、再一张硼纸的顺序间隔排列。将排 好的硅片放置在石英舟中，推入扩散炉，将温度升至1265°C，在氮、氧气的保 护下进行20 30小时的扩散。扩散结束后将石英舟拉出扩散炉，将硅片浸入氢 氟酸溶液中以去除硅片表面的磷硅玻璃层和硼硅玻璃层。用纯水冲去硅片表面 的氢氟酸并烘干。2) 然后对硅片进行双表面研磨或喷砂减薄。经研磨或喷砂后的硅片于纯水中 超声，去净表面的金刚砂，再煮1号化学电子清洗液、2号化学电子清洗液各 10分钟并进行多道纯水超声清洗，纯水电阻率215兆欧姆厘米，每道纯水超声 清洗时间为20 30分钟。3) 清洗后的硅片放入NiCl2+NaH2P02+NH4Cl+NH3'H20的混合液中，在80 85t;的温度下，进行硅片表面的化学镀镍。镀镍后的硅片经纯水清洗、烘干。4) 根据产品规格将硅片锯切成一定形状和一定面积的二极管芯片。5) 锯切好的芯片经清洗后通过隧道炉将其与封装底座焊接，并进行台面酸 洗，PN结的表面钝化，压模成型，制成整流二极管。
权利要求
1. 一种P、N纸源同一扩散过程制造硅二极管PN结的方法，其特性在于包括如下步骤1)同一过程中在N-型硅单晶片的正反两个面上分别完成P+型半导体杂质扩散和N+型半导体杂质扩散，得到P+/N-/N+结构；2)研磨硅片的P+表面与N+表面；3)在硅片的表面镀上镍层；4)将P+/N-/N+结构的硅片锯切成二极管芯片；5)通过隧道炉将二极管芯片与封装底座焊接；6)进行二极管垂直台面的酸洗，PN结的表面钝化，压模，成型，制成整流二极管。
2. 根据权利要求1所述的一种P、N纸源同一扩散过程制造硅二极管PN 结的方法，其特征在于所述的N-型硅单晶片的电阻率为5 60Qcm。
3. 根据权利要求1所述的一种P、N纸源同一扩散过程制造硅二极管PN 结的方法，其特征在于所述的研磨为机械研磨或砂轮减薄。
4. 根据权利要求1所述的一种P、N纸源同一扩散过程制造硅二极管PN 结的方法，其特征在于所述的P+型半导体杂质为硼纸源，N+型半导体杂质为 磷纸源。
5. 根据权利要求1所述的一种P、N纸源同一扩散过程制造硅二极管PN 结的方法，其特征在于所述的由锯切而成的二极管芯片的四周PN结呈现垂 直于芯片表面的台面形状。
6. 根据权利要求1所述的一种P、N纸源同一扩散过程制造硅二极管PN 结的方法，其特征在于所述的PN结的酸洗与表面钝化，皆在二极管的垂直 台面上进行。
全文摘要
本发明公开了一种P、N纸源同一扩散过程制造硅二极管PN结的方法。包括如下步骤1)于同一时间同一过程里，在N-型硅单晶片的正反两个面上分别完成P+型半导体杂质扩散和N+型半导体杂质扩散，得到P+/N-/N+结构；2)研磨硅片的P+表面与N+表面；3)在硅片的表面镀上镍层；4)将P+/N-/N+结构的硅片锯切成二极管芯片；5)通过隧道炉将二极管芯片与封装底座焊接；6)进行二极管垂直台面的酸洗，PN结的表面钝化，压模，成型，制成整流二极管。本发明革除了普通采用的氧化膜掩蔽下定区域扩散半导体杂质的晶体管平面工艺，简化硅整流二极管的制造工艺流程，缩短生产周期，降低成本，提高产品性价比。
文档编号H01L21/50GK101399200SQ20081012199
公开日2009年4月1日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者朱志远, 毛建军, 铮 王, 梦 胡, 胡煜涛, 陈福元 申请人:杭州杭鑫电子工业有限公司