低壓穩(wěn)壓二極管芯片制造工藝

楊春梅 丁小宏

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品在我國社會上得到了廣泛的應(yīng)用，我國對低壓穩(wěn)壓二極管的需求量也日漸增多，低壓穩(wěn)壓二極管芯片制造工藝有很多種，目前，我國還是以合金法、外延法以及擴(kuò)散法這三種制造工藝方法為主要制造工藝。本文對低壓穩(wěn)壓二極管芯片制造工藝進(jìn)行了闡述，具體的分析了合金法、外延法以及擴(kuò)散法這三種制造工藝在低壓穩(wěn)壓二極管芯片中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓二極管;隧道擊穿;芯片;低壓

一、二極管芯片制造工藝的概述

集成電路功率消耗的多少主要取決于電路的工作電壓以及工作電流的高低，電路的工作電流以及電壓越低，集成電路所消耗的功率就越少，因此，現(xiàn)在的電子設(shè)備產(chǎn)品對低壓穩(wěn)壓二極管芯片的需求也在迅速的增多，并且對低壓穩(wěn)壓二極管芯片的質(zhì)量有了更高的要求，既要提高穩(wěn)壓精度，同時(shí)還對低壓穩(wěn)壓管的漏電流提出了更嚴(yán)格的要求。

隧道擊穿是低壓穩(wěn)壓二極管的主要擊穿原理，隧道擊穿與雪崩擊穿有著明顯的區(qū)別，隧道擊穿通過強(qiáng)大電場的作用，將大量的電子從價(jià)帶穿過禁帶并進(jìn)入到導(dǎo)帶所引發(fā)的一種隧道效應(yīng)的擊穿現(xiàn)象。

二、制造工藝原理

雖然低壓穩(wěn)壓二極管芯片的制造工藝種類比較繁多，但是目前我國穩(wěn)壓管主要有合金法、外延法以及擴(kuò)散法這三種制造工藝。

（一）合金法

合金法制造工藝是應(yīng)用于低壓穩(wěn)壓二極管芯片的最早期的制造，合金法制造工藝采用的是N型襯底，低壓穩(wěn)壓二極管芯片的早期合金法制造工藝是指應(yīng)用N型襯底通過硅鋁片或者蒸發(fā)淀積鋁再在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)形成鋁硅互融體的一種制造工藝。

（二）外延法

外延法制造工藝主要是用來制造5.5V-36V的穩(wěn)壓二級管產(chǎn)品，外延法制造工藝是采用硅外延片為襯底，并在襯底上進(jìn)行擴(kuò)散或者采用離子注入形成PN結(jié)的一種制造工藝。

（三）擴(kuò)散法

擴(kuò)散法穩(wěn)壓管制造工藝不僅一種經(jīng)濟(jì)適用型的制造工藝，同時(shí)參數(shù)也很容易控制。擴(kuò)散法制造工藝是采用高濃度的P型襯底，在通過控制N型擴(kuò)散的濃度以及結(jié)深，達(dá)到精準(zhǔn)的控制穩(wěn)壓管的電壓值的一種穩(wěn)壓二級管產(chǎn)品制造工藝。5.1V-8.5V的穩(wěn)壓二級管產(chǎn)品基本上都是應(yīng)用擴(kuò)散法制造工藝生產(chǎn)。

三、三種方法的應(yīng)用比較

合金法制造穩(wěn)壓管是依靠合金的溫度來控制電壓，控制電壓范圍較小，精準(zhǔn)度也不是很高因此，一般用來制造2.8V-3.3V電壓范圍的穩(wěn)壓管，當(dāng)電壓超過了3.3V的低壓穩(wěn)壓管，是不能采用原始的依靠表明金屬與硅的共融體自然冷卻后析出反型層形成PN結(jié)的制造工藝，必須要采用一種新的合金法來進(jìn)行制造，即要在采用的N型襯底上進(jìn)行擴(kuò)散形成P型區(qū)后，再將金屬AL進(jìn)行蒸發(fā)采用高溫合金產(chǎn)生合金結(jié)。合金法制造工藝大致有兩種結(jié)構(gòu)，一種結(jié)構(gòu)是采用擴(kuò)散結(jié)包圍合金穩(wěn)壓換管芯結(jié)構(gòu)，另一種結(jié)構(gòu)是采用合金結(jié)與電極間有氧化層，并利用氧化層的厚度和合金的溫度來調(diào)整穩(wěn)壓電壓大小的合金法結(jié)構(gòu)。

外延法制造工藝比較適用于5.5V-8.5V左右的穩(wěn)壓管，外延法制造的穩(wěn)壓管的結(jié)特性非常好，結(jié)深也比較好控制，但是外延法制造工藝的制造成本非常高，外延工藝制造是采用外延片或者單晶片外延摻雜工藝，還要離子注入工藝來準(zhǔn)確控制摻雜結(jié)深，制造材料的成本極高，并且對制造工藝是設(shè)備裝置要求也非常嚴(yán)格，外延法制造工藝對于結(jié)深的掌控特別精準(zhǔn)，在生產(chǎn)制造的過程中難度極高，并且芯片的對檔率也比較低，

擴(kuò)散法工藝制造一般是適用于生產(chǎn)制造7V以上是穩(wěn)壓管，擴(kuò)散法工藝制造對工藝線要求比外延法制造工藝要低許多，并且結(jié)深也較容易控制，目前，我國的穩(wěn)壓二極管制造工藝大多數(shù)生產(chǎn)廠家都是采用擴(kuò)散法工藝制造，然而擴(kuò)散法制造工藝在穿通型穩(wěn)壓管時(shí)要PN結(jié)為淺結(jié)，并且要求擴(kuò)散的濃度也極高，因此，一般穩(wěn)壓管生產(chǎn)廠家只有生產(chǎn)7V以上的穩(wěn)壓管時(shí)才應(yīng)用擴(kuò)散法工藝制造。

四、二極管芯片制造工藝的發(fā)展方向

穩(wěn)壓管生產(chǎn)廠家在選擇穩(wěn)壓管制造工藝方法時(shí)，必須要對合金法工藝制造，外延法工藝制造以及擴(kuò)散法工藝制造這三種穩(wěn)壓管制造工藝的進(jìn)行科學(xué)深入的研究分析，再并結(jié)合我國當(dāng)前市場需求狀況以及所生產(chǎn)的穩(wěn)壓管的特性，然后再進(jìn)行科學(xué)選擇一種適合自身廠家生產(chǎn)穩(wěn)壓管的工藝制造方法。

例如，外延法工藝制造生產(chǎn)的穩(wěn)壓管，基本上是采用高端芯片進(jìn)行穩(wěn)壓管生產(chǎn)，外延法工藝生產(chǎn)出來的穩(wěn)壓管，價(jià)格非常高，市場需求量不多，因此，不能夠大量生產(chǎn)，只能小批量的生產(chǎn)。擴(kuò)散法工藝制造穩(wěn)壓管，生產(chǎn)工藝比較容易掌控，并且生產(chǎn)出來的產(chǎn)品合格率極高，擴(kuò)散法將會成為我國穩(wěn)壓管工藝制造方法的發(fā)展趨勢，想要提升穩(wěn)壓管擴(kuò)散法工藝制造的生產(chǎn)質(zhì)量以及效率，在應(yīng)用合金結(jié)與擴(kuò)散結(jié)的方法，降低PN結(jié)的擊穿電壓，同時(shí)還要提高擴(kuò)散的表面濃度，減少芯片漏電流。

五、總結(jié)

綜上所述，伴隨著這個(gè)全球化互聯(lián)網(wǎng)電子時(shí)代的到來以及我國社會以及家庭電子產(chǎn)品的普及應(yīng)用，市場對于穩(wěn)壓管的需求也在逐漸增多，對于穩(wěn)壓管產(chǎn)品的質(zhì)量以及價(jià)格等方面也有了進(jìn)一步的要求，因此要求我國穩(wěn)壓管生產(chǎn)廠家，要對穩(wěn)壓管制造工藝進(jìn)行深入的研究以及開發(fā)，在選擇生產(chǎn)制造穩(wěn)壓管工藝時(shí)，首先要考慮企業(yè)自身的生產(chǎn)流水線的水平狀況，然后再結(jié)合市場需求，進(jìn)行綜合評估后，再選擇適合的穩(wěn)壓管制造工藝進(jìn)行生產(chǎn)。

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作者簡介：

楊春梅（1993年10月），性別：女，民族：漢，籍貫：云南省建水縣，當(dāng)前職務(wù)：項(xiàng)目管理，當(dāng)前職稱：助理工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：二極管制造.