CN101593693B - 制作高压双向触发二极管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制作高压双向触发二极管的方法，该方法按下述步骤依次处理原料硅片：化学抛光→硼扩散→掩膜氧化→双面一次光刻→磷扩散→镀镍及合金化→划片→焊接→酸洗→保护→封装后，制得高压双向触发二极管成品；其化学抛光步骤是将原料硅片用腐蚀液在常温下均匀腐蚀3～5分钟后，经多次清洗并干燥得到表面为亚光的硅片(1)，其中所用腐蚀液是由氢氟酸、冰乙酸和硝酸按体积比1∶1～3∶25～30混合形成的；其酸洗步骤是用混合酸液浸泡腐蚀焊接步骤得到的硅片(1)外周，形成腐蚀层(8)而获得电性能，其中所用混合酸液是由氢氟酸、硝酸、乙酸和硫酸按体积比9∶9∶9～15∶4混合形成的。工序简化，成本低，性能可靠，抗烧蚀。

Description

制作高压双向触发二极管的方法

技术领域

本发明涉及一种制作高压双向触发二极管的方法，制得的二极管特别适用于高压氖灯的启动以及点亮线路的领域中。

背景技术

目前，电器行业朝着高集成、高电压、大功率的方向发展。现有制作高压双向触发二极管的方法，包括化学和机械抛光、硼扩散、氧化、一次光刻、磷扩散、二次光刻、一次玻璃烧涂、二次玻璃烧涂、三次光刻、蒸发金属、划片、酸洗和封装，才能制得产品。现有制作方法存在下述缺点：①由于需要多次玻璃烧涂和多次光刻，因而制作步骤繁多、复杂；②由于采用的是化学和机械抛光，不仅生产成本较高，还会损伤硅片；③由于光刻必须在1000级或者更高的环境中制造，因而制作条件要求较高，也导致成本高；④由于用现有工艺制作的二极管芯片的PN结结深比较浅，抗烧蚀能力较低，使得二极管的可靠性较低。

发明内容

本发明的目的是：提供一种操作工序简化、生产成本低、产品电性能改善的制作高压双向触发二极管的方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种制作高压双向触发二极管的方法，其特点在于，按下述步骤依次处理原料硅片：化学抛光→硼扩散→掩膜氧化→双面一次光刻→磷扩散→镀镍及合金化→划片→焊接→酸洗→保护→封装后，制得高压双向触发二极管成品；所述化学抛光步骤是将原料硅片用腐蚀液在常温下均匀腐蚀3～5分钟后，经多次清洗并干燥得到表面为亚光的硅片，其中所用腐蚀液是由氢氟酸、冰乙酸和硝酸按体积比1∶1～3∶25～30混合形成的；所述酸洗步骤是用混合酸液浸泡腐蚀焊接步骤得到的硅片的外周，形成腐蚀层而获得电性能，其中所用混合酸液是由氢氟酸、硝酸、乙酸和硫酸按体积比9∶9∶9～15∶4混合形成的。

上述方法中，所述步骤的主要控制条件如下：所述硼扩散步骤形成的硼扩散层厚度为60±5μm；所述掩膜氧化步骤形成的氧化膜厚度至少为1.2μm；所述双面一次光刻步骤是至少在1万级净化环境下进行双面光刻，形成第一光刻图形和第二光刻图形，其尺寸均为400μm×800μm，第一光刻图形和第二光刻图形两者的内侧边线的水平垂直距离为0.05mm～0.3mm；所述磷扩散步骤是磷原子在第一光刻图形和第二光刻图形内扩散形成磷扩散层，其厚度为15～18μm；所述镀镍及合金化步骤是先用漂洗液漂洗，再用镀镍液形成镍金属层，其厚度为3～4μm，然后将得到的具有镍金属层的硅片放入600±3℃的氮气炉内完成合金化。

上述方法中，所述镀镍及合金化步骤使用的漂洗液是由氢氟酸和去离子水按氢氟酸∶去离子水＝1ml∶15ml组成；镀镍使用的镀镍液是由A液和B液组成，A液和B液的配比为4L∶140～180ml，其中A液是氯化镍、氯化铵、柠檬酸氢二铵、次亚磷酸钠和去离子水的混合液，其配比为氯化镍∶氯化铵∶柠檬酸氢二铵∶次亚磷酸钠∶去离子水＝30g∶50g∶65g∶10g∶1000ml，B液是氨水。

所述原料硅片是由N型单晶棒经过线切割成为圆硅片，其电阻率ρ＝4±1Ω.cm，厚度为200±10μm。

上述方法的具体操作如下：

(一)准备原料：

①制备硅片：将采购的N型单晶棒经过线切割成圆形作为原料硅片，其电阻率ρ＝4±1Ω.cm，厚度为200±10μm；

②配制化学抛光步骤使用的腐蚀液：按氢氟酸、冰乙酸和硝酸体积比1∶1～3∶25～30混合均匀；

③配制镀镍及合金化步骤使用的漂洗液：按氢氟酸∶去离子水＝1∶15的配比混合均匀；

④配制镀镍及合金化步骤使用的镀镍液A液：按氯化镍∶氯化铵∶柠檬酸氢二铵∶次亚磷酸钠∶去离子水＝30g∶50g∶65g∶10g∶1000ml配比混合均匀；

⑤配制酸洗步骤使用的混合酸液：按氢氟酸、硝酸、醋酸和硫酸体积比9∶9∶9～15∶4混合均匀；

⑥配制光刻步骤使用的腐蚀液：按氢氟酸∶氟化铵∶水＝3∶6∶9混合均匀；

⑦用采购的硅橡胶作为保护胶；用采购的环氧模塑料作为封装料；

(二)按下述步骤依次处理原料硅片：

(a)化学抛光：

将原料硅片放入腐蚀液中，在常温下均匀腐蚀3～5分钟后，放入清洗机内清洗多次，然后再放入漂洗槽内用常温去离子水冲洗，将硅片甩干，再放入90～110℃的烘箱干燥至少半小时，取出得到表面为亚光的硅片；

(b)硼扩散：

每两个步骤(a)得到的硅片之间夹一张硼纸，装入石英舟内后，送入扩散炉内，扩散炉温度设定在1240±1℃，直至在硅片的上、下表面均形成厚度为60±5μm的硼扩散层为止；

(c)掩膜氧化：

将步骤(b)得到的具有硼扩散层的硅片送入高温炉内，采用干氧、湿氧和干氧的方式，在硼扩散层表面形成氧化膜，其厚度至少为1.2μm；

(d)双面一次光刻：

将步骤(c)得到的具有氧化膜的硅片的上表面和下表面进行匀胶，然后放入烘箱内，预烘干、烘烤后，在至少1万级净化环境中进行双面光刻、显影、坚膜、冷却，然后用光刻腐蚀液腐蚀掉光刻图形部位的氧化膜，再用热硝酸去胶并清洗，最后再清洗一次，在步骤(c)得到的具有氧化膜的硅片的上表面和下表面形成第一光刻图形和第二光刻图形，其尺寸均为400μm×800μm，第一光刻图形和第二光刻图形两者的内侧边线的水平垂直距离为0.05mm～0.3mm；

(e)磷扩散：

每两个步骤(d)得到的光刻后的硅片之间夹一张磷纸，磷纸放在光刻图形表面，装入石英舟内后，送入扩散炉内，扩散炉的温度设定在1160±1℃，磷原子在第一光刻图形和第二光刻图形内扩散，直至形成厚度为15～18μm的磷扩散层为止；

(f)镀镍及合金化：

将步骤(e)得到的磷扩散后的硅片，先用光刻腐蚀液腐蚀掉硼扩散层表面剩余的氧化膜，然后依次用去离子水冲洗、漂洗液漂洗、去离子水冲洗后，浸入温度为70～90℃的镀镍液的A液中，加入镀镍液的B液使镀镍液的pH值达到8，在磷扩散后的硅片的上、下最外表面形成镍金属层，其厚度为3～4μm，然后将得到的具有镍金属层的硅片放入600±3℃的氮气炉内完成合金化；

(g)划片：

将步骤(f)得到的合金化后的硅片放入划片机内，按预先设定的尺寸进行切割；

(h)焊接：

在步骤(g)得到的切割后的硅片的上、下最外表面，用焊接剂焊接铜质带引线的电极；

(i)酸洗：

用混合酸液浸泡腐蚀步骤(h)得到的带有电极的硅片外周，形成腐蚀层而获得电性能；

(j)保护：

对步骤(i)得到的腐蚀层，用保护胶覆盖，稳定已获得的电性能；

(k)封装：

用封装料将步骤(j)得到的半成品进行封装，除了部分引线裸露外，其余部分全部被封装料包裹，成型后形成封装体，从而制得成品高压双向触发二极管。

本发明的技术效果是：由于只需通过化学抛光→硼扩散→掩膜氧化→双面一次光刻→磷扩散→镀镍及合金化→划片→焊接→酸洗→保护→封装即可得到高压双向触发二极管，简化了操作工序，因而本发明制作方法的总成本约是现有制作方法总成本的三分之一；由于采用化学抛光工艺，不仅降低了生产成本，还保证不损伤硅片；由于采用一次双面光刻，且在1万级的净化环境中进行光刻，就可以得到电压(230V)高于用现有方法制得的二极管产品，不仅降低了制造要求、降低了成本，还提高了产品质量；由于对焊接步骤得到的硅片的外周进行了酸洗形成腐蚀层，因而芯片的结深比较深，增强了芯片的抗烧蚀能力，提高了芯片的可靠性。

附图说明

图1是本发明方法制作的高压双向触发二极管的一种结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明制作方法作进一步的详细说明，但不局限于此。

实施例所用原料除另有说明外，均为半导体行业常规使用的原料且均为市售品。其中所用磷纸主要成分为氧化磷，规格为p75xk；所用硼纸主要成分为硼，规格是B40xto。

实施例：制作高压双向触发二极管

(一)准备原料：

①制备硅片：将采购的N型单晶棒经过线切割成圆形作为原料硅片，其电阻率ρ＝4±1Ω.cm，厚度为200±10μm；

②配制化学抛光步骤使用的腐蚀液：按氢氟酸、冰乙酸和硝酸体积比1∶1∶2∶27混合均匀；

③配制镀镍及合金化步骤使用的漂洗液：按氢氟酸∶去离子水＝1∶15的配比混合均匀；

④配制镀镍及合金化步骤使用的镀镍液A液：按氯化镍∶氯化铵∶柠檬酸氢二铵∶次亚磷酸钠∶去离子水＝30g∶50g∶65g∶10g∶1000ml配比混合均匀；

⑤配制酸洗步骤使用的混合酸液：按氢氟酸、硝酸、醋酸和硫酸体积比9∶9∶12∶4混合均匀；

⑥配制光刻步骤使用的腐蚀液：按氢氟酸∶氟化铵∶水＝3∶6∶9混合均匀；

⑦用采购的硅橡胶作为保护胶；用采购的环氧模塑料作为封装料；

(二)按下述步骤依次处理原料硅片：

(a)化学抛光：

将原料硅片放入腐蚀液中，在常温下均匀腐蚀3～5分钟后，放入清洗机内清洗多次即：注入70～90℃洗涤液，超声波清洗20分钟，去离子水换水冲洗5分钟以上，1∶1的氢氟酸水溶液漂洗1分钟，去离子水自动换水冲洗三次以上；清洗机内注入70～90℃洗涤液，超声波清洗20分钟，去离子水自动换水冲洗三次以上；清洗机内注入70～90℃去离子水，超声波清洗20分钟，去离子水自动换水冲洗三次以上；清洗机内注入70～90℃去离子水，超声波清洗20分钟，1∶9氢氟酸水溶液漂洗30秒；然后再放入漂洗槽内用常温去离子水至少冲洗8次，将硅片甩干，再放入90～110℃的烘箱干燥至少半小时，取出得到表面为亚光的硅片1；

(b)硼扩散：

每两个步骤(a)得到的化学抛光后的硅片1之间夹一张硼纸，装入石英舟内后，送入扩散炉内，扩散炉温度设定在1240±1℃，直至在化学抛光后的硅片1的上、下表面均形成厚度为60±5μm的硼扩散层2为止；

(c)掩膜氧化：

将步骤(b)得到的具有硼扩散层2的硅片1送入高温炉内，采用干氧、湿氧和干氧的方式，在硼扩散层2表面形成氧化膜，其厚度至少为1.2μm；

(d)双面一次光刻：

将步骤(c)得到的具有氧化膜的硅片1的上表面和下表面进行匀胶，然后放入烘箱内，预烘干、烘烤后，在至少1万级净化环境中进行双面光刻、显影、坚膜、冷却，然后用光刻腐蚀液腐蚀掉光刻图形部位的氧化膜，再用热硝酸去胶并清洗，最后再清洗一次，在步骤(c)得到的具有氧化膜的硅片1的上表面和下表面形成第一光刻图形3-1和第二光刻图形3-2，其尺寸均为400μm×800μm，第一光刻图形3-1和第二光刻图形3-2，两者的内侧边线的水平垂直距离为0.1mm；

(e)磷扩散：

每两个步骤(d)得到的光刻后的硅片1之间夹一张磷纸，磷纸放在第一光刻图形3-1和第二光刻图形3-2表面，装入石英舟内后，送入扩散炉内，扩散炉的温度设定在1160±1℃，磷原子在第一光刻图形3-1和第二光刻图形3-2内扩散，直至形成厚度为15～18μm的磷扩散层4为止；

(f)镀镍及合金化：

将步骤(e)得到的磷扩散后的硅片1，先用光刻腐蚀液腐蚀掉硼扩散层2表面剩余的氧化膜，然后依次用去离子水冲洗、漂洗液漂洗、去离子水冲洗后，浸入温度为70～90℃的镀镍液的A液中，加入镀镍液的B液使镀镍液的pH值达到8，在磷扩散后的硅片1的上、下最外表面形成镍金属层5，其厚度为3～4μm，然后将得到的具有镍金属层5的硅片1放入600±3℃的氮气炉内，放置半小时完成合金化；

(g)片：

将步骤(f)得到的合金化后的硅片1放入划片机内，按预先设定的尺寸进行切割；

(h)焊接：

在步骤(g)得到的切割后的硅片1的上、下最外表面，用焊接剂6焊接铜质带引线7-1的电极7；

(i)酸洗：

用混合酸液浸泡腐蚀步骤(h)得到的带有电极的硅片1外周，形成腐蚀层8而获得电性能；

(j)保护：

对步骤(i)得到的腐蚀层8，用保护胶9覆盖，稳定已获得的电性能；

(k)封装：

用封装料将步骤(j)得到的半成品进行封装，除了部分引线7-1裸露外，其余部分全部被封装料包裹，成型后形成封装体10，从而制得成品高压双向触发二极管。

本发明的制作方法中，镀镍及合金化步骤也可以根据客户要求，采用现有镀金、镀银、或镀铂方法代替镀镍，然后再合金化。

Claims (5)

1.一种制作高压双向触发二极管的方法，其特征在于，按下述步骤依次处理原料硅片：化学抛光→硼扩散→掩膜氧化→双面一次光刻→磷扩散→镀镍及合金化→划片→焊接→酸洗→保护→封装后，制得高压双向触发二极管成品；

所述化学抛光步骤是将原料硅片用腐蚀液在常温下均匀腐蚀3～5分钟后，经多次清洗并干燥得到表面为亚光的硅片(1)，其中所用腐蚀液是由氢氟酸、冰乙酸和硝酸按体积比1∶1～3∶25～30混合形成的；

所述酸洗步骤是用混合酸液浸泡腐蚀焊接步骤得到的硅片(1)的外周，形成腐蚀层(8)而获得电性能，其中所用混合酸液是由氢氟酸、硝酸、乙酸和硫酸按体积比9∶9∶9～15∶4混合形成的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤的主要控制条件如下：

所述硼扩散步骤形成的硼扩散层(2)厚度为60±5μm；

所述掩膜氧化步骤形成的氧化膜厚度至少为1.2μm；

所述双面一次光刻步骤是至少在1万级净化环境下进行双面光刻，形成第一光刻图形(3-1)和第二光刻图形(3-2)，其尺寸均为400μm×800μm，第一光刻图形(3-1)和第光刻图形(3-2)两者的内侧边线的水平垂直距离为0.05mm～0.3mm；

所述磷扩散步骤是磷原子在第一光刻图形(3-1)和第二光刻图形(3-2)内扩散形成磷扩散层(4)，其厚度为15～18μm；

所述镀镍及合金化步骤是先用漂洗液漂洗，再用镀镍液形成镍金属层(5)，其厚度为3～4μm，放入600±3℃的氮气炉内完成合金化。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述镀镍及合金化步骤使用的漂洗液是由氢氟酸和去离子水按氢氟酸∶去离子水＝1ml∶15ml组成；镀镍使用的镀镍液是由A液和B液组成，A液和B液的配比为4L∶140～180ml，其中A液是氯化镍、氯化铵、柠檬酸氢二铵、次亚磷酸钠和去离子水的混合液，其配比为氯化镍∶氯化铵∶柠檬酸氢二铵∶次亚磷酸钠∶去离子水＝30g∶50g∶65g∶10g∶1000ml，B液是氨水。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原料硅片是由N型

单晶棒经过线切割成为圆形硅片，其电阻率ρ＝4±1Ω.cm，厚度为200±10μm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体操作如下：

一)准备原料：

①制备硅片：将采购的N型单晶棒经过线切割成圆形作为原料硅片，其电阻率ρ＝4±1Ω.cm，厚度为200±10μm；

②配制化学抛光步骤使用的腐蚀液：按氢氟酸、冰乙酸和硝酸体积比1∶1～3∶25～30混合均匀；

③配制镀镍及合金化步骤使用的漂洗液：按氢氟酸∶去离子水＝1∶15的配比混合均匀；

④配制镀镍及合金化步骤使用的镀镍液A液：按氯化镍∶氯化铵∶柠檬酸氢二铵∶次亚磷酸钠∶去离子水＝30g∶50g∶65g∶10g∶1000ml配比混合均匀；

⑤配制酸洗步骤使用的混合酸液：按氢氟酸、硝酸、醋酸和硫酸体积比9∶9∶9～15∶4混合均匀；

⑥配制光刻步骤使用的腐蚀液：按氢氟酸∶氟化铵∶水＝3∶6∶9混合均匀；

⑦用采购的硅橡胶作为保护胶；用采购的环氧模塑料作为封装料；

二)按下述步骤依次处理原料硅片：

a)化学抛光：

将原料硅片放入腐蚀液中，在常温下均匀腐蚀3～5分钟后，放入清洗机内清洗多次，然后再放入漂洗槽内用常温去离子水冲洗，将硅片甩干，再放入90～110℃的烘箱干燥至少半小时，取出得到表面为亚光的硅片(1)；

b)硼扩散：

每两个步骤a)得到的化学抛光后的硅片(1)之间夹一张硼纸，装入石英舟内后，送入扩散炉内，扩散炉温度设定在1240±1℃，直至在化学抛光后的硅片(1)的上、下表面均形成厚度为60+5μm的硼扩散层(2)为止；

c)掩膜氧化：

将步骤b)得到的具有硼扩散层(2)的硅片(1)送入高温炉内，采用干氧、湿氧和干氧的方式，在硼扩散层(2)表面形成氧化膜，其厚度至少为1.2μm；

d)双面一次光刻：

将步骤c)得到的具有氧化膜的硅片(1)的上表面和下表面进行匀胶，然后放入烘箱内，预烘干、烘烤后，在至少1万级净化环境中进行双面光刻、显影、坚膜、冷却，然后用光刻腐蚀液腐蚀掉光刻图形部位的氧化膜，再用热硝酸去胶并清洗，最后再清洗一次，在步骤c)得到的具有氧化膜的硅片(1)的上表面和下表面形成第一光刻图形(3-1)和第二光刻图形(3-2)，其尺寸均为400μm×800μm，第一光刻图形(3-1)和第二光刻图形(3-2)两者的内侧边线的水平垂直距离为0.05mm～0.3mm；

e)磷扩散：

每两个步骤d)得到的光刻后的硅片(1)之间夹一张磷纸，磷纸放在第一光刻图形(3-1)和第二光刻图形(3-2)表面，装入石英舟内后，送入扩散炉内，扩散炉的温度设定在1160±1℃，磷原子在第一光刻图形(3-1)和第二光刻图形(3-2)内扩散，直至形成厚度为15～18μm的磷扩散层(4)为止；

f)镀镍及合金化：

将步骤e)得到的磷扩散后的硅片(1)，先用光刻腐蚀液腐蚀掉硼扩散层(2)表面剩余的氧化膜，然后依次用去离子水冲洗、漂洗液漂洗、去离子水冲洗后，浸入温度为70～90℃的镀镍液的A液中，加入镀镍液的B液使镀镍液的pH值达到8，在磷扩散后的硅片(1)的上、下最外表面形成镍金属层(5)，其厚度为3～4μm，然后将得到的具有镍金属层(5)的硅片(1)放入600±3℃的氮气炉内完成合金化；

g)划片：

将步骤f)得到的合金化后的硅片(1)放入划片机内，按预先设定的尺寸进行切割；

h)焊接：

在步骤g)得到的切割后的硅片(1)的上、下最外表面，用焊接剂(6)焊接铜质带引线(7-1)的电极(7)；

i)酸洗：

用混合酸液浸泡腐蚀步骤h)得到的带有电极(7)的硅片(1)外周，形成腐蚀层(8)而获得电性能；

j)保护：

对步骤i)得到的腐蚀层(8)，用保护胶(9)覆盖，稳定已获得的电性能；

k)封装：

用封装料将步骤j)得到的半成品进行封装，除了部分引线(7-1)裸露外，其余部分全部被封装料包裹，成型后形成封装体(10)，从而制得成品高压双向触发二极管。

Images