[發明專利]一種P+、N+型雜質雙擴散制造硅二極管的方法

無效

• 申請號: 201210113286.5
• 申請日: 2012-04-18
• 公開（公告）號: CN102646586A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 陳福元;毛建軍;胡煜濤;朱志遠;王錚;任亮;蘇云清
• 申請（專利權）人: 杭州杭鑫電子工業有限公司
• 主分類號: H01L21/329
• 分類號: H01L21/329
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及半導體器件的制造，尤其涉及一種P+、N+型雜質雙擴散制造硅二極管的方法。

背景技術

眾所周知，普通的硅單晶片制造的二極管都是采用在N型（或P型）硅單晶中擴散入P型（或N型）半導體雜質的方法。反向擊穿電壓VB是硅二極管的重要電性能參數之一，對于傳統工藝所制造的反向擊穿電壓VB在10伏以下的低壓保護二極管來說，目前在硅單晶材料的制備上尚存在很大困難，這是因為傳統工藝所制造的二極管，其反向擊穿電壓VB越低，要求相應硅單晶體內的半導體摻雜濃度越高，而在硅單晶體內摻雜濃度過高時，如要求硅中雜質濃度大于10^?18/CM³，因受目前的硅單晶生長技術所限，在高溫下處于熔化狀態的硅晶體生長過程中將難以避免產生大量的體內晶格缺陷，以致于所制成的二極管因反向漏電流IR過大而失效。

既然目前用普通硅單晶材料和傳統制管工藝生產低VB硅二極管的路走不通，又不想以材料成本價高于硅單晶整數倍的硅外延片來制造低附加值類型的低VB硅二極管，于是本發明之P+、N+型雜質雙擴散制造硅二極管的方法應時而生。本發明為二極管在器件縱向結構和原硅片選材上進行的一個變革，其訣竅是在硅單晶襯底中第一次擴散摻入較高濃度雜質的基礎上再迭加第二次高濃度異型雜質擴散，雖然同樣為半導體雜質在硅中進行摻雜，利用雜質在硅中不同的摻雜程度來達到調控二極管的VB參數的目的，與硅單晶與硅外延片的體內均勻摻雜分布形式相比，本發明P+、N+型雜質在硅單晶片中雙擴散獲得的是由表及里、從濃到淡的呈現濃度梯度變化的非均勻雜質分布。二者的硅單晶材料、制管工藝分別對所制成的二極管VB卻產生著全然不同的影響，具體表現為由硅單晶經半導體雜質一次擴散制成的二極管，其VB主要取決于硅單晶體內的均勻摻雜濃度ND［1］，很少受到二極管制造工藝波動因數的影響，而本發明之?P+、N+型雜質雙擴散制造的硅二極管，其VB僅取決于二極管PN結所處位置的擴散雜質濃度N（Xj），而與硅單晶原本體內的均勻摻雜濃度ND無關。由于雜質雙擴散所得PN結處于P+、N+型雜質擴散區內，其雜質濃度N（Xj）可以遠大于硅單晶體內的均勻摻雜濃度ND，易于實現在硅片表面內摻雜大于10^?18/CM³的濃度分布，而且由于硅中摻雜擴散的工藝技術業已臻于完善，雜質雙擴散法所制成的二極管其反向漏電流IR符合規定指標，為此本發明獨辟蹊徑成功地解決了以硅單晶制造低VB硅二極管的難題。

本發明的P+、N+型雜質雙擴散在硅中的摻雜濃度遵從固有的規律性分布，在硅中雜質擴散的有關條件相對保持不變的前提下，其雜質濃度N（Xj）即單純地取決于擴散結深Xj，亦即是說只要精確控制擴散結深Xj，就能有效地調控所制二極管的VB，可見在此對VB參數起關鍵影響作用的是制管工藝而非硅原材料，如此在低VB硅二極管這一特殊產品上便完全顛覆了以往的惟其硅原材料裁決器件VB的觀念。為此，本發明的硅單晶中P+、N+型雜質雙擴散制造硅二極管的方法在選用硅單晶材料上比傳統工藝方法有著更大的靈活性、適應性，從而有效提高產品性價比，產生可觀的經濟效益。

注：硅單邊突變結P+N的雪崩反向擊穿電壓近似計算式為［1］?

VB=6×10¹³N_D^-3/4，

式中的ND為硅PN結輕摻雜側固定雜質濃度，此公式可供本發明的P+、N+型雜質雙擴散法制造硅二極管設計時作參考，注意到取代ND的雜質濃度N（Xj）是隨雜質雙擴散結深Xj改變而變化的量。

參考資料

［1］S.M.Sze?and?G.Gibbons;Appl.PHYS.lett,Vol.8,NO.5,p.111,1966。

發明內容

本發明的目的是克服現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+型雜質雙擴散制造低VB硅二極管的方法。

P+、N+型雜質雙擴散制造硅二極管的方法包括如下步驟：

1）先采用1號化學電子清洗液清洗，1號化學電子清洗液的組成為NH4OH：H2O2：H2O=1:2：5，然后采用2號化學電子清洗液清洗，2號化學電子清洗液的組成為HCL：H2O2：H2O=1：2：8，清洗溫度均為80～85℃，清洗時間均為10～20分鐘，再采用純水沖洗2～3次，純水電阻率≥15兆歐姆厘米，每次沖水時間≥30分鐘，硅片清洗后甩干；