[發明專利]整流二極管管芯制造方法

無效

• 申請號: 201110322315.4
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102324390A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 李治劌;張劍;俞建;李馳明
• 申請（專利權）人: 四川太晶微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/329
• 分類號: H01L21/329
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所 51124
• 代理人: 李順德

技術領域

本發明涉及半導體器件，特別涉及一種整流二極管管芯制造方法。

背景技術

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)、引線和包覆層構成，其中具有相應功能作用的是管芯，確切地說是PN結。

傳統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價雜質和3價雜質，形成Open?Junction(一種PN結結構形式)。

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(現有技術中，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50μm)，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。

這種傳統的整流二極管管芯制造方法有以下缺點：

1、傳統方法制造的整流二極管管芯是三層結構，管芯N區1由N+層101和N-層102組成，P區2由一層P+層201構成，N-層102與P+層201交界處為管芯PN結12，如圖1所示。由于擴散原理P+層201雜質會往內部繼續遷移，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、傳統方法制造的整流二極管晶粒形狀為正四棱臺，N區1與P區2之間的夾角α＝180°，如圖1所示，PN結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。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，就是提供一種整流二極管管芯制造方法，改進現有技術的生產工藝，提高器件性能。

本發明解決所述技術問題，采用的技術方案是，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，形成N+層；

b、在所述單晶硅片另一面擴散3價雜質，經過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。

本發明在管芯制作的擴散工序中，在3價雜質擴散時采用二次擴散工藝，在N-型單晶硅片上形成四層結構，即N+層、N-層、P-層和P+層，得到四層結構的晶粒，提高了P區載流子有效濃度，并且改善了表面歐姆接觸層的合金質量，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。本發明調整了工序流程，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。由于晶粒結構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-層構成，所述直棱臺自上而下由P-層和P+層構成。

在晶粒制作過程中形成的這種臺面結構，完全不同于現有技術在焊接引線后使用酸蝕獲得的正錐臺形狀的晶粒結構，傳統的晶粒結構PN結處N區與P區交界處夾角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生尖峰電場，大大降低器件耐壓。本發明晶粒結構N區與P區交界處(即直棱柱和直棱臺交界處)夾角α＜180°，形成一個凹陷區，參見圖2。涂覆保護層時，涂覆膠流動集中在凹陷區，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象。這種結構的保護層抗電強度大大優于現有技術的晶粒。