切槽蚀刻锥形正台面硅芯及硅二极管的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种切槽蚀刻锥形正台面硅芯及硅二极管的制备方法，涉及半导体器件的制造。本发明专利技术在硅片N

【技术实现步骤摘要】
切槽蚀刻锥形正台面硅芯及硅二极管的制备方法
本专利技术涉及半导体器件的制造，尤其涉及一种切槽蚀刻锥形正台面硅二极管的制备方法。
技术介绍
众所周知，硅二极管是最重要的基础元器件，在电子电路应用中，PN结的反向击穿电压VB和器件正向压降VF为硅二极管最重要的两个电性能参数，它们都与制造器件原材料硅单晶的电阻率直接相关。所用硅单晶的电阻率越高，硅二极管PN结的反向击穿电压VB越高，器件正向压降VF越大。高压电子电路工作时要求硅二极管既能承受高反向工作耐压，同时具有尽可能低的器件正向压降VF，二者之间存在着矛盾。因此，如何通过简单、低成本的工艺制备具有较高反向耐压能力的硅二极管是现有技术中亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中半导体器件制造工艺过于复杂、周期过长和硅二极管PN结边界上频发反向电压雪崩击穿毁损电子电路的问题，克服当前普通硅二极管制造技术方面存在之不足，提供一种切槽蚀刻锥形正台面硅二极管的制备方法。本专利技术所采用的具体技术方案如下：切槽蚀刻锥形正台面硅芯的制备方法，其步骤如下：1)在N型(100)晶向硅单晶片的正、反两表面分别扩散入P+型半导体杂质硼和N+型半导体杂质磷，得到P+N-N+型硅扩散片；2)在P+N-N+型硅扩散片的正、反面镀上镍层；3)在P+N-N+型硅扩散片的正、反面涂布抗腐蚀光刻胶；4)在硅片N+磷表面切割形成井字型交错的沟槽，井字形各条边分别平行或垂直于硅单晶片(110)晶向的定位标志线，且沟槽的宽度L和深度H满足：D-h≤H+0.706L<D式中：D为硅单晶片的厚度，h为供后续激光切割的硅单晶片预留深度；5)采用硅各向异性择优腐蚀液KOH对P+N-N+型硅扩散片上所述的沟槽进行化学腐蚀，待化学腐蚀反应自动停止于锥形尖底后，在所述的沟槽处形成纵剖面呈等腰梯形且内底角角度等于54.7°的锥形腐蚀槽，从而得到底部相连的硅芯阵列；6)对硅芯进行表面钝化，去胶；7)对硅芯底部预留的硅单晶片连接部分进行激光切割，得到锥形正台面硅芯。作为优选，所述的沟槽采用激光切割法切割或自动锯切法切割。作为优选，所述的沟槽宽200～220um，深度5-15um。本专利技术中，供后续激光切割的硅单晶片不宜太厚，作为优选，所述的h为25～60um，能够防止硅芯在腐蚀后直接从硅单晶片上分离散落即可。作为优选，所述的硅单晶片在切割沟槽过程中，在硅晶圆片边界留有1～2毫米宽度。作为优选，所述的硅单晶片电阻率为10～40Ω.cm，厚度为200～220um。作为优选，在硅单晶片上扩散半导体杂质时，扩散温度为1265～1270℃，扩散时间为10～15小时，P+区结深为60～70um，N+区结深为65～70um，杂质表面浓度为1020～1021/cm3。作为优选，所述的硅各向异性择优腐蚀液以重量比计的组成为：KOH：H2O＝1：10，腐蚀反应温度为90～95℃作为优选，对沟槽进行化学腐蚀过程中，同时辅助超声振动。本专利技术的另一目的在于提供一种切槽蚀刻锥形正台面硅二极管的制备方法，具体为：按照上述任一方案记载的方法制备得到硅芯后，再进行底座焊接、压模成型，最终封装成硅二极管。下面介绍本专利技术的理论依据：本专利技术并非只靠提高硅单晶电阻率以求获得硅二极管高反向工作耐压，而是通过在硅二极管PN结的终端边界造型上挖潜力，同时收到有效改善硅二极管反向工作耐压和降低器件正向压降的理想效果。具体做法是将硅二极管PN结边界制作成锥形正台面结构型式，目的在于PN结边界获得比PN结中心内部更加宽厚的空间电荷层(有关原理详见后述)，结果使PN结边界范围的反向电压电场强度大大弱于PN结中心体内的电场强度，这一点意义重大，因为只要是在PN结内部或结边界上存在某一处的电场急增达到临界值，旋即发生PN结反向电压雪崩击穿。理论及实践证实，在承受相同的反向工作电压情形下，相比图4所示的普通直角台面PN结之常规结构，硅PN结边界制成锥形正台面可基本上扭转硅二极管反向工作时在PN结边界上频频首发反向电压雪崩击穿乃至毁损电子电路的被动局面。由于本专利技术制造的硅PN结边界具有切槽蚀刻锥形正台面结构，使硅二极管PN结反向击穿电压VB指标之实现完全取决于PN结中心内部反向电压雪崩击穿水平的理想情形，于是本专利技术在设计器件时只需合理地选取硅材料电阻率的理论值参数即可，而无需留额外裕量，如此则又兼顾达到降低器件正向压降VF之目标，可谓一举两得。下面介绍一下何为“正台面”：参见图2，图中等腰梯形所表示的是本专利技术制造的P+N-N+型硅芯的一个截面，显而易见，梯形截面下底部分为半导体掺杂浓度高的P+层，其面积显然大于梯形截面中部之低掺杂浓度N-层的面积，如此正好符合“从半导体低浓度掺杂区到高浓度掺杂区，其PN结截面积递增”的模式，遵照前人的定义，我们称具备此种截面的PN结边界线与水平底面之间的夹角即为正斜角，我们把具有正斜角的台面称为正台面。以下介绍本专利技术是如何制作锥形正台面的。众所周知，硅单晶体存在三个晶向，分别称作(111)、(100)、(110)晶向，与以上晶向相垂直的有关各个面分别称作{111}、{100}、{110}系列晶面，硅原子结构的研究指出：在硅单晶体中，数(111)晶面的硅原子密度为最高，若使用KOH溶液作硅的腐蚀剂，则在(111)晶向上的腐蚀速率为最低，低到还不到(100)晶向方向上腐蚀速率的十分之一，故而又称此现象为硅的各向异性择优腐蚀。需要注意的是，当KOH溶液从(100)晶面表面的井字形槽窗口逐步腐蚀硅单晶片时，化学反应最终将自动停止在锥形尖底上，所获得的锥型腐蚀槽四侧壁皆为(111)晶面，如图2所示。特别指出，为获得规则的锥型槽，首先(100)晶面硅单晶片必须按(110)晶向严格定位，其次在(100)晶面硅片表面开启的井字形待腐蚀槽窗口各条边必须与硅的(110)晶向定位线平行或垂直。对比看图1和图2就会发现，图2所示的P+N-N+型硅芯的台面切槽蚀刻锥形底角即等同于图1所示的硅(111)晶面与(100)晶面之间的内夹角(以两虚线交角表示)，计算得出P+N-N+型硅芯的台面切槽蚀刻锥形底角的角度α为54.7°。因此，按照本专利技术的方法切槽后，通过各向异性择优腐蚀，其得到的锥形角角度必然为54.7°。因此，硅化学腐蚀所形成的倒锥形腐蚀槽的深度H′取决于井字形腐蚀槽窗口宽度L，关系是即H′＝0.706L。最后着重叙述因何硅芯PN结切槽蚀刻锥形正台面就能提高硅PN结的反向击穿电压VB的问题，PN结的基本原理指出：当在某一种导电类型(N型或P型)的原始硅单晶片中掺入异导型电(P型或N型)的半导体杂质时，在两种异型导电杂质区的交界面瞬间即形成PN结，这是由于在半导体内所掺入的杂质的浓度分布由表及里存在着浓度梯度，如此便导致半导体载流子(电子和空穴)顺杂质浓度梯度方向的扩散运动，以及与之同时引发的载流子顺自建电场方向的漂移运动，两种运动相互作用并趋于平衡，结果在PN结中心建立起空间电荷区，参见图3。空间电荷区中靠P区一侧是负固定电荷，靠N区一侧是正固定电荷，正固定电荷和负固定电荷在数量上相等。此时从正固定电荷层到负固定电荷层之间即产生PN结自建电场E，方向由正固定电荷层指向负固定电荷层，结果PN结处于平衡稳定状态。其后当外部电路向P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切槽蚀刻锥形正台面硅芯的制备方法，其特征在于，步骤如下：1)在N型(100)晶向硅单晶片的正、反两表面分别扩散入P

【技术特征摘要】
1.一种切槽蚀刻锥形正台面硅芯的制备方法，其特征在于，步骤如下：1)在N型(100)晶向硅单晶片的正、反两表面分别扩散入P+型半导体杂质硼和N+型半导体杂质磷，得到P+N-N+型硅扩散片；2)在P+N-N+型硅扩散片的正、反面镀上镍层；3)在P+N-N+型硅扩散片的正、反面涂布抗腐蚀光刻胶；4)在硅片N+磷表面切割形成井字型交错的沟槽，井字形一组对边平行于(100)晶面硅单晶片(110)晶向定位标志线，另一组对边垂直于硅单晶片(110)晶向的定位标志线，且沟槽的宽度L和深度H满足：D-h≤H+0.706L<D式中：D为硅单晶片的厚度，h为供后续激光切割的硅单晶片预留深度；5)采用硅各向异性择优腐蚀液KOH对P+N-N+型硅扩散片上所述的沟槽进行化学腐蚀，待化学腐蚀反应自动停止于锥形尖底后，在所述的沟槽处形成纵剖面呈等腰梯形且内底角角度等于54.7°的锥形腐蚀槽，从而得到底部相连的硅芯阵列；6)对硅芯进行表面钝化，去胶；7)对硅芯底部预留的硅单晶片连接部分进行激光切割，得到锥形正台面硅芯。2.如权利要求1所述的切槽蚀刻锥形正台面硅芯的制备方法，其特征在于，所述的沟槽采用激光切割法切割或自动锯切法切割。3.如权利要求1所述的切槽蚀刻锥形正台面硅芯的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈福元，胡煜涛，毛建军，任亮，苏云清，虞旭俊，
申请(专利权)人：杭州赛晶电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33