專利名稱：平面型單向觸發(fā)二極管芯片及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體器件，特別是一種平面型單向觸發(fā)二極管芯片及其制造方法。
背景技術：
雙向觸發(fā)二極管是一種雙向器件，在I、III象限具有對稱的負阻特性，廣泛應用于節(jié)能燈的半橋振蕩器中。傳統(tǒng)的雙向觸發(fā)二極管芯片是由雜質(zhì)對硅片的雙向擴散形成兩個異型串聯(lián)的且對稱的PN結(jié)所構(gòu)成，經(jīng)雙面腐蝕形成臺面。這種工藝對硅片的厚度要求嚴格，其厚度必須小于150 μ m,因特性需要，兩PN結(jié)間距很窄(約40 μ m)，在雙臺面蝕刻過程中制程損耗較高，給生產(chǎn)帶來極大的困難。實際上在節(jié)能燈啟動電路中只用到單結(jié)觸發(fā)特性。而對另一方向只需有一擊穿電壓低得多的反向阻斷特性即可。這一應用條件提醒我們完成同樣的觸發(fā)功能未必需要I、 III象限的對稱電特性。因此，本發(fā)明公開了一種平面型單向觸發(fā)二極管芯片及其制造方法。 不同于雙向觸發(fā)二極管芯片，平面型單向觸發(fā)二極管是由兩個不對稱的PN結(jié)組成，其在第 I象限中的電特性與雙向觸發(fā)二極管完全相同，而在第III象限則為三極管的發(fā)射結(jié)特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制程工藝簡單、可靠性高、可替換應用于節(jié)能燈半橋逆變器啟動電路中雙向觸發(fā)二極管的平面型單向觸發(fā)二極管芯片及其制造方法。為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的平面型單向觸發(fā)二極管芯片，包括硅基片，在硅基片的拋光面上設有第一 PN結(jié)以及第一擴散層，在第一擴散層上設有第二 PN結(jié)以及第二擴散層，且第一 PN結(jié)以及第二 PN結(jié)均為曲面結(jié)，該芯片在厚度方向形成了濃度漸變的三層結(jié)構(gòu)，分別為濃度最低的硅基片，其濃度Cl為9. 5E15 5E16，濃度高于硅基片的第一擴散層，其最高濃度C2為1. 5E17 8E17，濃度高于第一擴散層的第二擴散層，其最高濃度C3為1E20 2E21，第一 PN結(jié)與第二 PN結(jié)之間的距離為0. 5 10微米，在第一 PN結(jié)和第二 PN結(jié)暴露于硅基片的拋光表面上覆蓋有鈍化層，在第二擴散層的上表面以及硅基片背面沉積金屬導電層。所述的平面型單向觸發(fā)二極管芯片，其鈍化層可以是熱生長氧化硅、用LPCVD方法沉積的氧化硅、熱生長氧化硅與用LPCVD方法沉積的氮化硅的復合鈍化層、用LPCVD方法沉積的氧化硅和氮化硅的復合鈍化層。一種制造平面型單向觸發(fā)二極管芯片的方法為a.在硅基片拋光面上經(jīng)1050 1200°C下濕氧氧化0. 5 2小時生長作為掩蔽層的氧化硅膜，光刻形成一次擴散窗口，b.將一次光刻好的硅基片置于800 1050°C下預沉積30 200分鐘，使其表面沉積濃度高于硅基片的濃度Cl且導電類型與之相反的雜質(zhì)，形成第一 PN結(jié)以及第一擴散層，c.將已形成第一 PN結(jié)以及第一擴散層的硅基片置于1100 1200°C的有氧環(huán)境下再分布擴散2 5小時，使第一擴散層的最高濃度C2達1. 5E17 8E17，與此同時沉積作為二次擴散的掩蔽層，并進行二次光刻形成二次擴散窗口，d.將二次光刻好的硅基片置于800 1100°C下預沉積 20 80分鐘，使其表面沉積濃度高于第一擴散層的最高濃度C2且與之導電類型相反的雜質(zhì)，形成第二 PN結(jié)以及第二擴散層，e.將已形成第二 PN結(jié)以及第二擴散層的硅基片置于 800 1000°C的有氧環(huán)境下再分布擴散30 90分鐘，使第一 PN結(jié)與第二 PN結(jié)之間的距離為0.5 10微米，第二擴散層的最高濃度C3達1E20 2E21。f.在兩個PN結(jié)暴露于硅基片的拋光表面上沉積鈍化層，對暴露于硅基片表面的第一 PN結(jié)和第二 PN結(jié)實施覆蓋， g.在第二擴散層的上表面以及硅基片背面沉積金屬導電層，完成金屬化。所述的制造平面型單向觸發(fā)二極管芯片的方法，其硅基片為化學拋光片或機械拋光片。所述的制造平面型單向觸發(fā)二極管芯片的方法，其擴散方式為掩蔽擴散。本發(fā)明由于采用了上述技術方案，與現(xiàn)有器件和技術相比具有以下優(yōu)點(一)解決了對硅片厚度要求嚴格且制程損耗大的問題對于雙向觸發(fā)二極管芯片，為滿足雙結(jié)特性，硅片厚度必須小于150微米，經(jīng)雙面腐蝕形成雙臺面后硅片腐蝕槽間距更窄，制程損耗大且操作困難。對于本發(fā)明只需通過調(diào)節(jié)兩個PN結(jié)的間距以及擴散層的濃度使第一 PN結(jié)滿足所需特性，對硅片厚度無任何要求，便于操作；(二)解決了雙臺面型雙向觸發(fā)二極管芯片無法自動中測的問題對于雙臺面型雙向觸發(fā)二極管芯片，在進行中測時需分兩面分別測試，因此無法實現(xiàn)晶圓的全自動探針測試。對于本發(fā)明只需測試第一 PN結(jié)的電性參數(shù)即可，節(jié)省了一半的測試時間，可實現(xiàn)晶圓全自動中測；(三)可實現(xiàn)全自動作業(yè)雙臺面型雙向觸發(fā)二極管芯片測試時分面進行測試、打點，當機械手取料時，位于晶粒背面的打點圖形無法被機器識別，因此雙臺面型雙向觸發(fā)二極管無法實現(xiàn)全自動作業(yè)。對于本發(fā)明由于只需測試其中一面電性，測試、打點均可在一面完成，因此可以實現(xiàn)全自動作業(yè)；(四)平面型單向觸發(fā)二極管芯片由于其兩個異型串聯(lián)的PN結(jié)可制作于硅基片的同一面因而可采用平面工藝制造，單面光刻以及單面擴散，避免了雙面制作工藝的麻煩，省去了臺面腐蝕以及腐蝕槽玻璃鈍化等工藝。


圖1是現(xiàn)有雙向觸發(fā)二極管特性曲線示意圖。圖2是本發(fā)明平面型單向觸發(fā)二極管特性曲線示意圖。圖3是本發(fā)明NP+N++型平面型單向觸發(fā)二極管芯片結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明平面型單向觸發(fā)二極管芯片濃度分布圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步詳細的描述。實施例1 如圖3、圖4所示，平面型單向觸發(fā)二極管芯片，包括硅基片1，在硅基片 1的拋光面上設有第一 PN結(jié)2以及第一擴散層3，在第一擴散層3上設有第二 PN結(jié)4以及第二擴散層5，且第一 PN結(jié)2以及第二 PN結(jié)4均為曲面結(jié)，該芯片在厚度方向形成了濃度漸變的三層結(jié)構(gòu)，分別為濃度最低的硅基片1，其濃度Cl為9. 5E15 5E16，濃度高于硅基片1的第一擴散層3，其最高濃度C2為1. 5E17 8E17，濃度高于第一擴散層3的第二擴散層5，其最高濃度C3為1E20 2E21，第一 PN結(jié)2與第二 PN結(jié)4之間的距離6為0. 5 10微米，在第一 PN結(jié)2和第二 PN結(jié)4暴露于硅基片1的拋光表面7上覆蓋有鈍化層8，在第二擴散層5的上表面以及硅基片1背面沉積金屬導電層9，鈍化層8可以是熱生長氧化硅、 用LPCVD方法沉積的氧化硅、熱生長氧化硅與用LPCVD方法沉積的氮化硅的復合鈍化層、用 LPCVD方法沉積的氧化硅和氮化硅的復合鈍化層。實施例2 如圖4所示，選取濃度Cl為3. 7E16的N型硅基片1，在硅基片1的化學拋光面上經(jīng)1150攝氏度下濕氧氧化1小時沉積作為掩蔽層的氧化硅膜并光刻形成一次擴散窗口，將一次光刻好的硅基片1置于875攝氏度下預沉積濃度高于硅基片1的P型雜質(zhì)50分鐘，形成第一 PN結(jié)2以及第一擴散層3 ；并在1100攝氏度的有氧氣氛中再分布3小時，使第一擴散層3最高濃度C2達2. 5E+17 ；與此同時沉積作為二次擴散的掩蔽層，并進行二次光刻形成二次擴散窗口 ；然后在970攝氏度下預沉積濃度高于第一擴散層3的最高濃度C2的N型雜質(zhì)25分鐘，形成第二 PN結(jié)4以及第二擴散層5 ；形成第二 PN結(jié)4以及第二擴散層5的硅基片置于850攝氏度下的有氧環(huán)境中再分布80分鐘，使第一 PN結(jié)與第二 PN 間距6為1. 5微米，第二擴散層5的最高濃度C3達2E20 ；在兩個PN結(jié)暴露于硅基片的拋光表面7上沉積作為鈍化層的氧化硅膜8，對暴露于硅基片拋光表面7上的第一 PN結(jié)2和第二 PN結(jié)4實施覆蓋；采用化學鍍鎳在第二擴散層5的上表面以及硅基片1的背面沉積鎳層9，并于420攝氏度下合金30分鐘，完成金屬化。實施例3 如圖4所示，選取濃度Cl為3. 7E16的N型硅基片1，在硅基片1的機械拋光面上經(jīng)1100攝氏度下濕氧氧化1. 5小時沉積作為掩蔽層的氧化硅膜并光刻形成一次擴散窗口，將一次光刻好的硅基片1置于1000攝氏度下預沉積濃度高于硅基片1的P型雜質(zhì)150分鐘，形成第一 PN結(jié)2以及第一擴散層3 ；并在1150攝氏度的有氧氣氛中再分布 5小時，使第一擴散層3最高濃度C2達8. 0E+17 ；與此同時沉積作為二次擴散的掩蔽層，并進行二次光刻形成二次擴散窗口 ；然后在850攝氏度下預沉積濃度高于第一擴散層3的最高濃度C2的N型雜質(zhì)30分鐘，形成第二 PN結(jié)4以及第二擴散層5 ；并在950攝氏度下的有氧環(huán)境中再分布45分鐘，使第一 PN結(jié)與第二 PN間距6為6. 5微米，第二擴散層5的最高濃度C3達4E20 ；在兩個PN結(jié)暴露于硅基片的拋光表面7上沉積作為鈍化層的氧化硅膜 8，對暴露于硅基片拋光表面7上的第一 PN結(jié)2和第二 PN結(jié)4實施覆蓋；采用化學鍍鎳在第二擴散層5的上表面以及硅基片1的背面沉積鎳層9，并于420攝氏度下合金30分鐘，完成金屬化。以上對本發(fā)明作了詳細說明，不能認為本發(fā)明的保護范圍僅局限于上述實施方式。如果與本發(fā)明權(quán)利要求的技術方案沒有產(chǎn)生本質(zhì)上的區(qū)別，對上述實施方式的推演或替換仍然被視為在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種平面型單向觸發(fā)二極管芯片，包括硅基片(1)，其特征在于在硅基片(1)的拋光面上設有第一 PN結(jié)(2)以及第一擴散層(3)，在第一擴散層(3)上設有第二 PN結(jié)(4)以及第二擴散層(5)，且第一 PN結(jié)(2)以及第二 PN結(jié)(4)均為曲面結(jié)，該芯片在厚度方向形成了濃度漸變的三層結(jié)構(gòu)，分別為濃度最低的硅基片(1)，其濃度(Cl)為9. 5E15 5E16，濃度高于硅基片(1)的第一擴散層(3)，其最高濃度(C2)為1. 5E17 8E17，濃度高于第一擴散層(3)的第二擴散層(5)，其最高濃度(C3)為1E20 2E21，第一 PN結(jié)(2)與第二 PN結(jié) (4)之間的距離(6)為0. 5 10微米，在第一 PN結(jié)(2)和第二 PN結(jié)(4)暴露于硅基片(1) 的拋光表面(7 )上覆蓋有鈍化層(8 )，在第二擴散層(5 )的上表面以及硅基片(1)背面沉積金屬導電層(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面型單向觸發(fā)二極管芯片，其特征在于鈍化層(8)可以是熱生長氧化硅、用LPCVD方法沉積的氧化硅、熱生長氧化硅與用LPCVD方法沉積的氮化硅的復合鈍化層、用LPCVD方法沉積的氧化硅和氮化硅的復合鈍化層。
3.—種制造平面型單向觸發(fā)二極管芯片的方法，其制造方法為a.在硅基片(1)拋光面上經(jīng)1050 1200°C下濕氧氧化0.5 2小時生長作為掩蔽層的氧化硅膜，光刻形成一次擴散窗口，b.將一次光刻好的硅基片(1)置于800 1050°C下預沉積30 200分鐘，使其表面沉積濃度高于硅基片(1)的濃度(Cl)且導電類型與之相反的雜質(zhì)，形成第一 PN結(jié)(2)以及第一擴散層(3)，c.將已形成第一PN結(jié)(2)以及第一擴散層(3)的硅基片(1)置于1100 1200°C的有氧環(huán)境下再分布擴散2 5小時，使第一擴散層(3)的最高濃度(C2)達1. 5E17 8E17，與此同時沉積作為二次擴散的掩蔽層，并進行二次光刻形成二次擴散窗口，d.將二次光刻好的硅基片(1)置于800 1100°C下預沉積20 80分鐘，使其表面沉積濃度高于第一擴散層(3)的最高濃度(C2)且與之導電類型相反的雜質(zhì)，形成第二 PN結(jié) (4)以及第二擴散層(5)，e.將已形成第二PN結(jié)(4)以及第二擴散層(5)的硅基片(1)置于800 1000°C的有氧環(huán)境下再分布擴散30 90分鐘，使第一 PN結(jié)(2)與第二 PN結(jié)(4)之間的距離(6)為 0.5 10微米，第二擴散層(5)的最高濃度(C3)達1E20 2E21，f.在兩個PN結(jié)暴露于硅基片(1)的拋光表面(7)上沉積鈍化層(8)，對暴露于硅基片 (1)表面的第一 PN結(jié)(2)和第二 PN結(jié)(4)實施覆蓋，g.在第二擴散層(5)的上表面以及硅基片(1)背面沉積金屬導電層(9 )，完成金屬化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造平面型單向觸發(fā)二極管芯片的方法，其特征在于所述的硅基片(1)為化學拋光片或機械拋光片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造平面型單向觸發(fā)二極管芯片的方法，其特征在于所述的擴散方式為掩蔽擴散。
全文摘要
本發(fā)明公開一種平面型單向觸發(fā)二極管芯片及其制造方法。它包括硅基片，在硅基片的拋光面上設有第一PN結(jié)以及第一擴散層，在第一擴散層上設有第二PN結(jié)以及第二擴散層，該芯片在厚度方向形成了濃度漸變的三層結(jié)構(gòu)，分別為濃度最低的硅基片，濃度高于硅基片的第一擴散層，濃度高于第一擴散層的第二擴散層，在第一PN結(jié)和第二PN結(jié)暴露于硅基片的拋光表面上覆蓋有鈍化層，在第二擴散層的上表面以及硅基片背面沉積金屬導電層。本發(fā)明具有制程工藝簡單、可靠性高、可替換應用于節(jié)能燈半橋逆變器啟動電路中雙向觸發(fā)二極管等特點。
文檔編號H01L29/06GK102412268SQ20111040010
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者保愛林, 吳金姿, 徐泓, 鄧愛民 申請人:紹興旭昌科技企業(yè)有限公司