一种锥形槽面硅二极管及其芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种锥形槽面硅二极管及其芯片，属于半导体器件制造领域。该二极管的芯片由上到下分别为金属层、P+型杂质扩散层、N‑型原始硅单晶层、N+型杂质扩散层、金属层；硅芯侧面为垂直PN结台面。芯片表面呈网格状分布有若干锥形槽；每个锥形槽处，P+型杂质扩散层向下凹陷形成倒正四棱锥面，且芯片不同位置处的P+型杂质扩散层厚度相同。本实用新型专利技术的硅二极管的优点是：硅芯电流容量大，工艺简化，易于规模化生产，产品性价比高。

【技术实现步骤摘要】
一种锥形槽面硅二极管及其芯片
本技术涉及半导体器件的制造，尤其涉及一种锥形槽面硅二极管及其芯片。
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，器件的最大输出电流和工作耐压为硅二极管最重要的两个电性能参数，一直以来，人们为提高硅二极管的电流与电压性能作不懈努力。以电流性能论，为增大二极管硅芯的电流容量，主要从两方面下手，其一是设法增强硅芯的面电流密度。晶体管理论告诉我们，硅芯的面电流密度与器件制造所用的硅单晶电阻率、硅片厚度，以及在硅中掺入的半导体杂质浓度大小和分布等因素相关，换言之，若单纯为追求硅芯的面电流密度，则可以通过削减硅片电阻率和厚度来达到目的。然而对于高耐压硅二极管来说，注意在实现硅芯面电流密度提升的同时，还必须顾及二极管的耐压性能对硅原材料参数的硬性要求与相关制约。因为制造器件所用硅片的电阻率越高，厚度越厚，硅二极管PN结的反向击穿电压越高，可见改善电流和改善电压二者之间存在着矛盾，须极力化解之。在如今看来，其实对于一个设计基本合理的硅芯片来说，仅靠上述的思路去求得电流指标提升，已少有发展空间。因此，如何对硅芯片进行优化是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种锥形槽面硅二极管及其芯片。为增大二极管硅芯的电流容量，本技术另辟蹊径在扩大硅芯的PN结有效面积上挖潜力。因为硅芯是依靠PN结来发射电流的，硅芯中的P+型杂质扩散层与N-型硅单晶层之交界面即为PN结，只要PN结的有效面积增大了，硅芯发射的电流就变大，其效果即相当于增大硅芯的面积。本技术所采用的具体技术方案如下：锥形槽面硅二极管芯片，由上到下分别为金属层、P+型杂质扩散层、N-型原始硅单晶层、N+型杂质扩散层、金属层；硅芯侧面为垂直PN结台面。芯片表面呈网格状分布有若干锥形槽；每个锥形槽处，P+型杂质扩散层向下凹陷形成倒正四棱锥面，且芯片不同位置处的P+型杂质扩散层厚度均匀。本技术中，锥形槽是指纵剖面截面呈锥形的凹槽，其凹槽的表面呈开口的倒立正四棱锥面，共有4个顺次搭接的锥形面。整体上，金属层由于是覆盖在P+型杂质扩散层上表面的，因此也会向下呈锥形凹陷。作为优选，所述的金属层为Ni层或Al层。金属层主要用于外部接线，可以根据金属材料选择相应的方法形成于硅单晶片的上下两个表面。作为优选，所述的金属层为Ni层，通过电镀方式分别镀于P+型杂质扩散层、N+型杂质扩散层表面。作为优选，所述的锥形槽的上部窗口呈方形，即锥形槽的上部开口呈方形。作为优选，所述的锥形槽是在(100)晶面硅单晶片上，由各向异性择优碱性化学腐蚀获得。该方法能够形成平整光滑的槽面。作为优选，锥形槽面与硅芯表平面的夹角∠Q＝54.7°。作为优选，除N-型原始硅单晶层以外的其他两个杂质扩散层，分别由P型和N型两种半导体杂质在开设锥形槽后的硅片正、反两面上扩散得到。在此简单介绍本技术中硅芯片的有关构造和设计构思。常规的平整芯面硅PN结截面如图1所示。而本技术中的锥形槽如图2所示，据原子结构理论得知，锥形槽面与硅芯表平面的夹角为∠Q＝54.7°(参见图3)。图2结构中，在P型层杂质扩散结深Jp≤L/2,以及假设M≈L的前提下，经计算得，锥形槽面硅芯的PN结面积约为图1所示的常规平整面硅芯PN结面积的1.2倍。此即是说，本技术所制造的锥形槽面硅芯二极管的电流容量约为常规平整芯面硅二极管的1.2倍。为此，本技术实现了改善硅二极管输出电流特性的目标，显著提高产品性价比。以下介绍本技术是如何制作锥形槽的。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，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。其结果是，当KOH溶液从(100)晶面表面的方形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，所获得的锥形槽四侧坡壁皆为(111)晶面，如图2所示。特别指出，为获得规则的锥形槽，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方形待腐蚀窗口边框必须与硅的(110)晶向定位线平行或垂直。对比看图3和图2就会发现，图2所示的硅芯的锥形槽面与芯片表面之夹角(等腰三角形底角)即等同于图3所示的硅(111)晶面与(100)晶面之间的内夹角(以两虚线的交角表示)，角度∠Q＝54.7。。本技术的另一目的在于提供一种锥形槽面芯片硅二极管，该二极管中的芯片采用如前述任一方案中描述的二极管芯片。具体封装结构可根据实际情况选择，不做限定。本技术的锥形槽面芯片硅二极管解决了常规平整芯面硅二极管电流容量欠缺的问题，克服当前普通硅二极管制造技术方面存在之不足。相对于现有技术而言，该硅芯电流容量大，工艺简化，易于规模化生产，产品性价比高。附图说明图1.为常规平整芯面硅PN结截面图；图2为锥形槽面芯片硅PN结单元截面图；图3为锥形槽的俯视图；图4为硅单晶体(111)、(100)晶面夹角的硅原子结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步阐述和说明。本技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。如图2所示，一种锥形槽面硅二极管芯片，其由上到下分别为金属层、P+型杂质扩散层、N-型原始硅单晶层、N+型杂质扩散层、金属层；硅芯侧面为垂直PN结台面。芯片表面呈网格状分布有若干锥形槽，即呈阵列排布。如图3所示，每个锥形槽处，P+型杂质扩散层向下凹陷形成倒正四棱锥面，金属层在此处也同步凹陷。芯片不同位置处的P+型杂质扩散层厚度均匀。因此，在相同的平面面积下，PN结在锥形槽处的有效面积得到了增加，硅芯发射的电流就变大，其效果即相当于增大硅芯的面积上下两层金属层可以为Ni层或Al层，用于外接线路。优选为Ni层，通过电镀方式分别镀于P+型杂质扩散层、N+型杂质扩散层表面。考虑到制作工艺的简便和限制，锥形槽的上部窗口需呈方形，锥形槽是在(100)晶面硅单晶片上通过开启方形腐蚀窗口，由各向异性择优碱性化学腐蚀获得。锥形槽面与硅芯表平面的夹角∠Q＝54.7°。除N-型原始硅单晶层以外的其他两个杂质扩散层，分别由P型和N型两种半导体杂质在开设锥形槽后的硅片正、反两面上扩散得到，因此两层杂质扩散层均保持均匀厚度。步骤如下：该芯片可以用于制备硅二极管，该锥形槽面芯片以及硅二极管的制备方法的1)在N-型(100)晶面硅单晶片的正、反两表面分别涂上抗腐蚀胶，在正面上通过光刻开启方形腐蚀窗口，窗口的边框垂直于硅单晶片(110)晶向定位标志线，窗口宽度为30～35um；2)使用硅各向异性择优腐蚀液对硅单晶片的正面方形腐蚀窗口进行化学腐蚀，获得锥形槽面，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℃，加超声振动的化学腐蚀反应时间为5～10分钟，锥形腐蚀槽深度为30～35um；3)在N-型(100)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锥形槽面硅二极管芯片，其特征在于，由上到下分别为金属层、P+型杂质扩散层、N‑型原始硅单晶层、N+型杂质扩散层、金属层；硅芯侧面为垂直PN结台面；芯片表面呈网格状分布有若干锥形槽；每个锥形槽处，P+型杂质扩散层向下凹陷形成倒正四棱锥面，且芯片不同位置处的P+型杂质扩散层厚度均匀。

【技术特征摘要】
1.一种锥形槽面硅二极管芯片，其特征在于，由上到下分别为金属层、P+型杂质扩散层、N-型原始硅单晶层、N+型杂质扩散层、金属层；硅芯侧面为垂直PN结台面；芯片表面呈网格状分布有若干锥形槽；每个锥形槽处，P+型杂质扩散层向下凹陷形成倒正四棱锥面，且芯片不同位置处的P+型杂质扩散层厚度均匀。2.如权利要求1所述的锥形槽面硅二极管芯片，其特征在于，所述的金属层为Ni层或Al层。3.如权利要求1所述的锥形槽面硅二极管芯片，其特征在于，所述的金属层为Ni层，通过电镀方式分别镀于P+型杂质扩散层、N+型杂质扩散层表面。4.如权利要求1所述的锥形槽面硅二...

【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：新型
国别省市：浙江,33