U型蚀刻直角台面硅二极管及其硅芯和制备方法技术

本发明专利技术公开了一种U型蚀刻直角台面硅二极管及其硅芯和制备方法。制备方法包括如下步骤：1)在N‑型(110)晶面硅单晶片的正、反两表面分别同时扩散入P+型和N+型杂质，得到P+N‑N+型硅扩散晶圆片；2)在P+N‑N+型硅扩散晶圆片的正、反面镀上镍层；3)在P+N‑N+型硅扩散晶圆片的正、反面涂上抗腐蚀胶，N+面上开启井字形腐蚀槽窗口；4)用硅各向异性择优腐蚀液对硅扩散晶圆片的N+面井字形腐蚀槽窗口进行化学腐蚀，获得U型蚀刻直角台面P+N‑N+型硅芯；5)对U型蚀刻直角台面P+N‑N+型硅芯进行去胶、锯切、焊接、清洗、台面钝化、压模成型，封装成硅二极管。本发明专利技术制造工艺简化，低成本，易于规模生产，产品性价比较高，产生显著经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件的制造，尤其涉及一种U型蚀刻直角台面硅二极管及其硅芯和制备方法。
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为硅二极管两个最重要的电性能参数，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，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，须极力化解之。目前的常规制造硅二极管硅芯直角台面的方法通常是：直接将硅扩散晶圆片进行锯切获得，然后对台面进行化学腐蚀以去除锯切造成的台面机械损伤。该方法获得的直角台面畸形不规则，容易导致低电压击穿。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种U型蚀刻直角台面硅二极管硅芯。本专利技术所采用的具体技术方案如下：U型蚀刻直角台面硅二极管硅芯，由下到上分别为P+型杂质扩散层、原始硅单晶N-型层和N+型杂质扩散层，硅芯侧面的台面呈直角，所述的直角台面为完整光滑的平面。本专利技术中所述的完整光滑是指直角台面的侧面光滑平直，硅晶格结构完整，不会出现直接锯切再经化学腐蚀后造成的畸形不规则台面。作为优选，所述的直角台面是由各向异性择优化学腐蚀获得。本专利技术的另一目的在于提供一种制备所述硅芯的硅扩散晶圆片，由下至上依次为P+型杂质扩散层、原始硅单晶N-型层、N+型杂质扩散层、镍层和抗腐蚀胶层，所述的镍层和抗腐蚀胶层上开设有井字形腐蚀槽窗口，井字形腐蚀槽窗口贯通至N+型杂质扩散层上表面。本专利技术的另一目的在于提供一种所述硅芯制备的U型蚀刻直角台面硅二极管，所述的P+型杂质扩散层连接二极管正极，N+型杂质扩散层连接二极管负极。本专利技术的另一目的在于提供一种U型蚀刻直角台面硅二极管的制备方法，它的步骤如下：1)在N-型的(110)晶面硅单晶片的正面扩散入P+型的硼半导体杂质，同时反面扩散入N+型的磷半导体杂质，得到P+N-N+型硅扩散晶圆片；2)在P+N-N+型硅扩散晶圆片的正面和反面镀上镍层；3)在P+N-N+型硅扩散晶圆片的正面和反面镍层之上涂上抗腐蚀胶，在N+面上通过锯切抗腐蚀胶层及镍层，开启贯通至N+型杂质扩散层上表面的井字形腐蚀槽窗口；4)使用硅各向异性择优腐蚀液对N+面井字形腐蚀槽窗口进行超声振动化学腐蚀反应，上述腐蚀反应仅沿纵向进行而横向自动停止，从而获得U型蚀刻直角台面P+N-N+型硅芯；5)对U型蚀刻直角台面P+N-N+型硅芯进行去胶、锯切、焊接、清洗、台面钝化和压模成型，封装成硅二极管。作为优选，所述的步骤1)中的N-型的(110)晶面硅单晶片具有(111)晶向的定位标志线。作为优选，所述的步骤3)中的N+面上开启的腐蚀槽窗口中，井字形各条边分别平行或垂直于硅单晶片(111)晶向的定位标志线。作为优选，所述的井字形腐蚀槽窗口采用自动锯切去除抗腐蚀胶层和镍层的开启方法，所选用的划片刀的刃口宽度为200um。作为优选，所述的步骤4)中的硅各向异性择优腐蚀液以重量比计的组成为：KOH：H2O＝1：10，化学腐蚀反应温度为90～95℃。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结的终端造型与硅晶格完整上挖潜力，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U型蚀刻直角台面结构型式，目的在于PN结边界获得规则的直角台面和尽可能完整的硅晶格结构，如此使PN结边界具有与PN结中心体内相同宽厚的空间电荷层(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保持与PN结中心体内的电场强度相同，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陡然急增达到临界值，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所示的普通锯切成型所得到直角台面PN结之非规则结构，把硅PN结边界制成U型蚀刻直角台面可基本上扭转硅二极管反向工作时在PN结边界上时而首发低反向电压雪崩击穿乃至毁损电子电路的被动局面，确保二极管PN结的反向击穿电压VB保持达到一个较理想的平均水平。由于本专利技术制造的硅PN结边界具有U型蚀刻直角台面结构，使硅二极管PN结反向击穿电压VB指标之实现基本上取决于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考虑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，正是一举两得。下面说一说什么是“U型蚀刻直角”？参见图2，图中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，截面的PN结边界线与水平底面之间的夹角为U型蚀刻而成的直角，故而又称图2的P+N-N+型硅芯为直角台面结构。以下介绍本专利技术是如何制作U型蚀刻直角台面的。众所周知，硅单晶体存在三个晶向，分别称作(111)、(110)、(100)晶向，与以上晶向相垂直的有关各个面分别称作{111本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种U型蚀刻直角台面硅二极管硅芯，其特征在于由下到上分别为P+型杂质扩散层、原始硅单晶N‑型层和N+型杂质扩散层，硅芯侧面的台面呈直角，所述的直角台面为完整光滑的平面。

【技术特征摘要】
1.一种U型蚀刻直角台面硅二极管硅芯，其特征在于由下到上分别为P+型杂质扩散层、原始硅单晶N-型层和N+型杂质扩散层，硅芯侧面的台面呈直角，所述的直角台面为完整光滑的平面。2.如权利要求1所述的U型蚀刻直角台面硅二极管硅芯，其特征在于所述的直角台面是由各向异性择优化学腐蚀获得。3.一种制备权利要求1所述硅芯的硅扩散晶圆片，其特征在于由下至上依次为P+型杂质扩散层、原始硅单晶N-型层、N+型杂质扩散层、镍层和抗腐蚀胶层，所述的镍层和抗腐蚀胶层上开设有井字形腐蚀槽窗口，井字形腐蚀槽窗口贯通至N+型杂质扩散层上表面。4.一种权利要求1所述硅芯制备的U型蚀刻直角台面硅二极管，其特征在于，所述的P+型杂质扩散层连接二极管正极，N+型杂质扩散层连接二极管负极。5.一种U型蚀刻直角台面硅二极管的制备方法，其特征在于它的步骤如下：1)在N-型的(110)晶面硅单晶片的正面扩散入P+型的硼半导体杂质，同时反面扩散入N+型的磷半导体杂质，得到P+N-N+型硅扩散晶圆片；2)在P+N-N+型硅扩散晶圆片的正面和反面镀上镍层；3)在P+N-N+型硅扩散晶圆片的正面和反面镍层之上涂上抗腐蚀胶，在N+面上通过锯切抗腐蚀胶层及镍层，开...

【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