一种N制造技术

本实用新型专利技术公开了一种N

A kind of N

The utility model discloses a N

【技术实现步骤摘要】
一种N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管及其硅芯
本技术涉及半导体器件的制造，尤其涉及一种N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管及其硅芯。
技术介绍
众所周知，采用正、负电源内部供电的电子电路工作期间，无论是来自正向或者反向的异常过高电压，都会对电路产生干扰，极端严重时甚至毁伤电路，为此必须对电路采取有效的预防保护措施，其中最为简便的保护装置便是在电路需要加以过压保护的节点与地电位之间接上一个正反向过压保护分立器件，其中之一便是双向硅二极管，其器件结构如图一所示。此双向硅二极管起正反向过压保护作用的功能表现为：当电路处于正常工作状态时，双向二极管截止闲置，仅当外界异常过高正反向电压突袭电路的瞬间，启动自身对过压的保护功能，及时将外来过高电压强制性降至常态低电位，以此确保电子电路的安全。如何制造正反向保护硅二极管呢？传统的常规半导体平面工艺制造电子电路正反向过压保护硅二极管或类似的二重PN结硅器件，往往是采用前后分开在原始硅片中多次掺入P型和N型半导体杂质的方法，同时还必须在中间过程穿插进二氧化硅生长、光刻开窗口等工艺步骤，才能获得多重PN结的器件结构。众所周知，制造半导体器件所采用的工艺越是复杂，产品的制造成本越为昂贵。若是对于只是单方面追求优良性能指标而不计成本的高精尖电子产品来说，选用复杂化工艺亦未尝不可，但是对于普通工业和民用领域广泛应用的低附加值电子产品而论，时至今日，若不立足于改革结构和工艺，追求低生产成本和提升产品品质，则难以拥有生存和发展空间。
技术实现思路
本技术的目的在于解决现有技术中二重PN结硅器件保护速度慢、受保护电压偏高的技术问题，并提供一种N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管硅芯。本技术所采用的具体技术方案如下：N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管硅芯，由上到下分别为N+型杂质扩散层、P型杂质扩散层、N-型原始硅单晶层、P型杂质扩散层、N+型杂质扩散层；硅芯侧面为开放PN结台面。作为优选，所述的开放PN结台面由酸性或碱性化学腐蚀获得。作为优选，除N-型原始硅单晶层以外的其他四层杂质扩散区，均为P型和N型两种半导体杂质在原始硅片的正、反两面上同步预沉积扩散获得。作为优选，其内部以N-本征层为中心镜像对称的N+PN-P型二端器件结构，顶层和底层两个N+型杂质扩散层连接硅二极管的两个输出端，二极管输出端不分正、负极性。本技术的另一目的在于提供一种N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管，其硅芯为前述的任一技术方案中的二极管硅芯。本技术制造的硅二极管用作电子电路正反向过压保护的机理如下：参见图1，图中的N+PN-PN+型结构等效为正、反向互为对称的两个N+PN-P型二端子器件，因为无论从硅片的正面去看，或者从反面去看，都是一个彼此相仿而又相互保持独立的N+PN-P型二端器件。作进一步剖析可知，图1的每一个二端子器件内部又都包含着NPN型和PNP型两个内联晶体三极管，参见图4。为此，在电子电路工作时，无论是正向或负向过电压强加于硅二极管的任一个输入端，对应都有一个二端子器件独力承受该外来异常过电压。确切地说，在其内部又必定有一个晶体三极管因集电结过压反偏而随即发生雪崩击穿，继而引发其内联双晶体管的电流放大之倍增效应，整个保护器件迅速进入饱和电流导通状态，从而将外来过电压作用端头的电位强行降至安全低电平。当外来突袭之过电压消失后，保护硅二极管即复位到初始待命常态，相对于二重PN结硅器件，其工作速度更快，受保护电压更低。本技术制造的正反向过压保护硅二极管具有起保护作用的响应速度快，处于保护的电位电平低，受保护电路的工作安全系数大的特点。附图说明图1为N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管硅内杂质分布图；图2为N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管内部对称双二端器件等效结构图；图3为P型和N型两种异型导电杂质同步预沉积扩散工艺装置示意图；图4为PN-PN+型二端器件内联双晶体管等效结构图。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1所示，一种N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管硅芯，由上到下分别为N+型杂质扩散层、P型杂质扩散层、N-型原始硅单晶层、P型杂质扩散层、N+型杂质扩散层；硅芯侧面为开放PN结台面。二极管硅芯的内部以N-本征层为中心镜像对称的N+PN-P型二端器件结构，顶层和底层两个N+型杂质扩散层连接硅二极管的两个输出端，二极管输出端不分正、负极性。开放PN结台面可以由酸性或碱性化学腐蚀获得。二极管硅芯中，除N-型原始硅单晶层以外的其他四层杂质扩散区，均可以由为P型和N型两种半导体杂质在原始硅片的正、反两面上同步预沉积扩散获得，当然也可以采用分别多次半导体杂质预沉积扩散的方式。该硅芯可用于制造N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管。下面提供一种该硅芯的制造方法，但需要指出的是，本技术的主要创新点在于该硅芯的结构，本领域技术人员也可以利用现有技术中的其他方法制造该结构。N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管的制备方法，它的步骤如下：1)在N-型硅单晶片的正、反两表面同步扩散入P型半导体杂质铝和N+型半导体杂质磷，形成P型扩散区在前、N+型扩散区在后的四个杂质扩散区，得到N+PN-PN+型四重PN结硅芯扩散片；铝、磷扩散时间为20～25小时，扩散温度为1255℃～1260℃，铝杂质表面浓度为1019～2×1019个原子/cm3，磷杂质表面浓度为5×1020～1021个原子/cm3，N型硅单晶片的厚度为200～220um，电阻率为0.05～0.1Ω·cm；2)在N+PN-PN+型硅扩散片的正、反两表面镀上镍层；四个杂质扩散区自上到下分别为N+型、P型、P型、N+型，均为P型半导体杂质铝(优选为硝酸铝)和N+型半导体杂质磷(优选为三氯氧磷或五氧化二磷)同步扩散形成，P+型杂质铝和N+型杂质磷均属于液态化合物源。N+PN-PN+型四重PN结，由下到上分别为N+P结、PN-结、N-P结和PN+结。硅芯侧面为四重开放PN结台面，该台面由酸性或碱性化学腐蚀获得。3)将N+PN-PN+型硅扩散片锯切成低压硅二极管芯片；4)将低压硅二极管芯片与封装底座焊接，台面钝化、压模成型，封装成低压硅二极管。该硅二极管的内部为以N-本征层为中心镜像对称的N+PN-P型二端器件结构，对电子电路起着正向过压和反向过压安全保护作用。本技术方法的P型和N型杂质同步预沉积扩散的工艺装置参见图3。P型和N型杂质皆为液态源，由N2和O2携带至硅片表面进行预沉积扩散。本技术方法制造正反过压保护硅二极管的主要工艺流程为：N-型硅研磨片→P型和N型杂质同步预沉积扩散→硅扩散片表面化学镀镍→硅芯片划刻→PN结台面腐蚀钝化→压模封装成管。下面详细描述一下该方法的原理：在对原理作进一步阐述之前，对于什么是半导体导电类型作一个简略介绍。所谓P型导电，是指半导体中存在着一种称之为“空穴”的单位正电荷，空穴顺着电场方向运动时，起着正向导电作用，在半导体中流过正向电流。由空穴占导电优势的区域称为P型区；所谓N型导电，是指半导体中存在着一种称之为“自由电子”的单位负本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种N

【技术特征摘要】
1.一种N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管硅芯，其特征在于，由上到下分别为N+型杂质扩散层、P型杂质扩散层、N-型原始硅单晶层、P型杂质扩散层、N+型杂质扩散层；硅芯侧面为开放PN结台面。2.如权利要求1所述的N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管硅芯，其特征在于，所述的开放PN结台面由酸性或碱性化学腐蚀获得。3.如权利要求1所述的N+PN-PN+型正反向过压保护硅二极管硅芯，其特征在于，除N-型原始硅单晶层以外的...

【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