一种平面双结型稳压二极管芯片及其生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种平面双结型稳压二极管芯片及其生产工艺，属于电子器件制造领域。一种平面双结型稳压二极管芯片，包括芯片、正面金属层和背面金属层，芯片包括衬底层、外延层、深层掺杂扩散区、表面掺杂扩散区和钝化层，所述的芯片为稳压二极管芯片；芯片截层从下向上依次为衬底层、外延层、深层掺杂扩散区、表面掺杂扩散区和钝化层。芯片生产工艺采用两次离子注入及热扩散过程，可以有效地提高器件的击穿电压精度，降低因衬底及外延材料性能差异所引起的器件性能差异；通过调整两次注入剂量或扩散条件可以直接调制器件击穿电压，从而在利用单一外延材料的情况下，可实现多电压等级稳压器件的制作并提高生产效率，降低生产成本，有稳定的动态电阻性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子器件制造领域，更具体地说，涉及一种平面双结型稳压二极管芯片及其生产工艺。
技术介绍
真空管的替代产品，稳压(齐纳)二极管自50年代起作为电压参考点被广泛地应用在各类电压调制线路中，器件的击穿电压级别应需要从几伏到上百伏。齐纳二级管的重要特性是在反向电压下可以阻断电流，直到反向施压达到器件的阀值或击穿电压，当把齐纳二极管并联于负载的时候，反向偏压的齐纳二级管会钳制负载两端的的电压为本管的击穿电压。齐纳二级管通常被用作电压参考点或者瞬间电压抑制器。但被用作电压参考点时，高精度的击穿电压对于某些电路设计是非常重要的参数要求。通常，齐纳二极管产品都会指定击穿电压误差的正负百分比，高精度的产品会设定击穿电压误差为小于±1％、±2％或±5％。现有公开专利：稳压二极管，专利技术申请公布号：CN85101319，专利技术申请公布日：1987年01月10日公开了目前通用的稳压齐纳二极管是使用各类电阻率的衬底硅晶圆，或者是生长于高掺杂衬底上的外延晶圆，并通过单次掺杂(固/气态源，纸源，及离子注入等方式)及扩散过程来制备，但由于材料制作方法的内在原因，通常的衬底晶圆或者外延晶圆，批次和批次之间，同批次不同晶圆之间，甚至同一晶圆不同区域都存在掺杂或电阻率的差异。这个差异的幅度依不同的材料制备方法会在一定范围内变化，甚至达到较高的水平。通过单次掺杂及扩散方法所制备的稳压齐纳二极管的击穿电压很大程度上依赖于基底材料的电阻率并且r>器件制备过程本身也会带来击穿电压的误差。材料电阻率误差和器件制备所引入的误差叠加会导致制成后的器件具有较大的电压离散性(大于±5％甚至大于±10％)，影响到器件的电压精度及降低成品率。另外，使用单次掺杂及扩散工艺的稳压齐纳二极管，针对不同的电压等级，需要使用不同电阻率的晶圆。对于包含一定电压范围系列产品，需要采购多个电阻率类别的晶圆，相应地提高了生产成本。针对平面稳压齐纳二级管，另一个传统单次掺杂及扩散工艺所带来的问题是，P/N结的物理边缘的击穿差异会影响到器件的击穿行为。P/N结的雪崩击穿和结边缘的电场分布有着紧密联系，结边缘附近的电场分布差异会在很大程度上影响器件的预击穿及较小电流下的击穿行为，所以，把P/N结的主结击穿和边缘击穿分开或隔离能够使器件本身具有稳定和统一的击穿行为。
技术实现思路
1.要解决的技术问题针对现有技术中存在的因外延材料差异所引起的较高器件击穿电压误差，结边缘电场的预击穿所引起的动态电阻不稳定性的问题，本专利技术提供了一种平面双结型稳压二极管芯片及其生产工艺。它具有稳压精度高、漏电低、结构紧凑、有良好的老化稳定性能的优点，可以实现多电压等级稳压器件的制作，生产效率高、成本低。2.技术方案本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种平面双结型稳压二极管芯片，包括芯片、正面金属层和背面金属层，所述的芯片包括衬底层、外延层、深层掺杂扩散区、表面掺杂扩散区和钝化层，所述的芯片为稳压二极管芯片；芯片截层从下向上依次为衬底层、外延层、深层掺杂扩散区、表面掺杂扩散区和钝化层。更进一步的，所述的衬底层为N+型衬底层，所述的外延层为N-型外延层，对应的深层掺杂扩散区和表面掺杂扩散区分别为N+型深层掺杂扩散区、P+型表面掺杂扩散区。更进一步的，所述的衬底层为P+型衬底层，所述的外延层为P-型外延层，对应的深层掺杂扩散区和表面掺杂扩散区分别为P+深层掺杂扩散区、N+型表面掺杂扩散区。更进一步的，所述的外延层厚度为5μm-30μm，外延电阻率在0.50ohm.cm至10.0ohm.cm。更进一步的，所述的钝化层为二氧化硅钝化层。一种平面双结型稳压二极管芯片生产工艺，其步骤如下：1)清洗：对硅片进行批号编制，打标号，后用去离子水冲洗硅片表面或者用机器在硅片表面刷水，去除打标号时在硅片表面落下的灰尘，然后将硅片放入烘箱中烘干；2)初始场氧化：将烘干后的硅片送入900～1100℃的氧化炉中，生长一层氧化层；3)第一次光刻：将步骤2氧化后的硅片经过涂胶、曝光、显影、刻蚀工序，留下光刻图形，并将硅片浸入到SPM溶液中10分钟，光刻胶去除；4)深层掺杂：用磷或硼离子注入到硅片表面，进行掺杂；5)深层扩散：将掺杂后的硅片放到扩散炉中进行磷或硼扩散推进，磷或硼选择与步骤4中离子相同，形成深层掺杂扩散区，使用磷离子进行深层掺杂和扩散形成N+型深层掺杂扩散区，使用硼离子进行深层掺杂和扩散形成P+型深层掺杂扩散区；6)第二次光刻：将步骤5中获得的硅片经过涂胶、曝光、显影、去氧化等工序，留下光刻图形，并将硅片浸入到SPM溶液中10分钟，光刻胶去除；7)表面掺杂：用硼或磷离子注入到硅片表面，进行掺杂，磷或硼选择与步骤4中离子不同，步骤4中使用磷离子注入，则此步骤选用硼离子注入，步骤4中使用硼离子注入，则此步骤选用磷离子注入；8)表面扩散：将步骤7掺杂后的硅片放到扩散炉中进行硼或磷扩散推进，磷或硼选择与步骤7中离子相同，使用硼离子进行表面掺杂和扩散形成P+型表面掺杂扩散区，磷离子进行深层掺杂和扩散形成N+型深层掺杂扩散区；9)第二次场氧化：将步骤8获得的硅片送入900～1100℃的氧化炉，生长一层氧化层；10)第三次光刻：接触孔光刻，将步骤9氧化后的硅片经过涂胶、曝光、显影、刻蚀工序，留下光刻图形，图形为钝化层形状，后将硅片浸入到SPM溶液中10分钟，光刻胶去除；11)清洗：用机器将硅片浸入B-clean溶液中，所述B-clean溶液依次包含SPM溶液、DHF溶液、SC1溶液、SC2溶液，上述经过每一步溶液后都用去离子水冲洗硅片上的残留液，进行下一种溶液，最后将硅片放入烘箱烘干；12)正面金属化：将步骤11获得的硅片进行表面蒸发，表面蒸发一层钛金属，然后蒸发一层铝金属，形成正面金属层；13)第四次光刻：金属光刻，将金属化后的硅片经过涂胶、曝光、显影、刻蚀工序，留下光刻图形，图形为正面金属层形状，将硅片浸入到SPM溶液中10分钟，光刻胶去除；14)背面减薄：将步骤13获得的硅片进行背部打磨掉，片厚保留在200～230um；15)清洗：将步骤14获得的硅片浸入酒精与氟化氢的混合溶液中，然后对硅片进行二次蒸馏水清洗，使用晶片甩干机将硅片甩干；16)背面金属化：将步骤15获得的硅片进行背面蒸发，背面蒸发一层钛金属，然后蒸发一层镍金属，最后蒸发一层银金属；形成背面金属层；17)芯片切割：用划片机将步骤16获得的硅片划成单个芯片。更进一步的，步骤4和7中，离子注入能量为40KeV～80KeV本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面双结型稳压二极管芯片，包括芯片、正面金属层(6)和背面金属层(7)，其特征在于：所述的芯片包括衬底层(1)、外延层(2)、深层掺杂扩散区(3)、表面掺杂扩散区(4)和钝化层(5)，所述的芯片为稳压二极管芯片；芯片截层从下向上依次为衬底层(1)、外延层(2)、深层掺杂扩散区(3)、表面掺杂扩散区(4)和钝化层(5)。

【技术特征摘要】
1.一种平面双结型稳压二极管芯片，包括芯片、正面金属层(6)和背面金属层(7)，
其特征在于：所述的芯片包括衬底层(1)、外延层(2)、深层掺杂扩散区(3)、表面掺杂扩
散区(4)和钝化层(5)，所述的芯片为稳压二极管芯片；芯片截层从下向上依次为衬底层(1)、
外延层(2)、深层掺杂扩散区(3)、表面掺杂扩散区(4)和钝化层(5)。
2.根据权利要求1所述的一种平面双结型稳压二极管芯片，其特征在于：所述的衬底层
(1)为N+型衬底层，所述的外延层(2)为N-型外延层，对应的深层掺杂扩散区(3)和表
面掺杂扩散区(4)分别为N+型深层掺杂扩散区(3)、P+型表面掺杂扩散区(4)。
3.根据权利要求1所述的一种平面双结型稳压二极管芯片，其特征在于：所述的衬底层
(1)为P+型衬底层，所述的外延层(2)为P-型外延层，对应的深层掺杂扩散区(3)和表
面掺杂扩散区(4)分别为P+深层掺杂扩散区(3)、N+型表面掺杂扩散区(4)。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种平面双结型稳压二极管芯片，其特征在于：所述
的外延层(2)厚度为5μm-30μm。
5.根据权利要求2或3所述的一种平面双结型稳压二极管芯片，其特征在于：所述的钝
化层(5)为二氧化硅钝化层。
6.根据权利要求1中的一种平面双结型稳压二极管芯片生产工艺，其步骤如下：
1)清洗：对硅片进行批号编制，打标号，后用去离子水冲洗硅片表面或者用机器在硅片
表面刷水，去除打标号时在硅片表面落下的灰尘，然后将硅片放入烘箱中烘干；
2)初始场氧化：将烘干后的硅片送入900～1100℃的氧化炉中，生长一层氧化层；
3)第一次光刻：将步骤2氧化后的硅片经过涂胶、曝光、显影、刻蚀工序，留下光刻图
形，并将硅片浸入到SPM溶液中10分钟，光刻胶去除；
4)深层掺杂：用磷或硼离子注入到硅片表面，进行掺杂；
5)深层扩散：将掺杂后的硅片放到扩散炉中进行磷或硼扩散推进，磷或硼选择与步骤4
中离子相同，形成深层掺杂扩散区(3)，使用磷离子进行深层掺杂和扩散形成N+型深层掺杂
扩散区，使用硼离子进行深层掺杂和扩散形成P+型深层掺杂扩散区；
6)第二次光刻：将步骤5中获得的硅片经过涂胶、曝光、显影、去氧化等工序，留下光
刻图形，并将硅片浸入到SPM溶液中10分钟，光刻胶去除；
7)表面掺杂：用硼或磷离子注入到硅片表面，进行掺杂，磷或硼选择与步骤4...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱军，单慧，刘韵吉，杨敏红，刘诚，
申请(专利权)人：桑德斯微电子器件南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32