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摘 要：合金工艺由于其特殊性，在低稳定电压二极管的生产中获得了广泛的应用，但是，在相同条件下其正向压降比其他工艺制作的二极管正向压降高，本文通过分析影响合金型二极管正向压降的原因并通过工艺调整，降低其正向压降。
关键词：烧焊 整流接触 欧姆接触 正向压降
1 引言
合金型二极管的结构为硅铝合金片+N型硅片+蒸铝层，硅铝合金片充当P型杂质，与N型硅片在烧焊的过程中形成PN结，与此同时，作为焊接用的蒸铝层易与硅片形成整流接触，使得合金型二极管的正向压降增大。因此，需要寻找一种工艺，在硅铝片与N型硅形成PN结的同时，作为焊接用的蒸铝层与硅片能形成良好的欧姆接触而非整流接触。
2 影响合金型二极管正向压降的原因分析
2.1 影响正向压降的原因
在生产中我们发现：除合金工艺制作的二极管正向压降部分超规范值偏高外，其他工艺（扩散工艺、外延工艺）制作的二极管却未出现过这种现象。经过分析认为，导致合金型二极管正向压降淘汰率偏高的主要原因是：合金型二极管在PN結生成过程中，由于烧结的温度过高（730±15℃），在硅铝合金片与硅片形成PN结的同时，蒸铝层与硅片没有形成良好的欧姆接触造成的，其管芯结构为蒸铝层+硅片+硅铝合金片。
合金型二极管的PN结是在烧焊的过程中形成的，不同于其他工艺制作的二极管（外延型二极管的PN结在外延生长的过程中形成、扩散型二极管在扩散过程中形成），由于合金型二极管的P型是由硅铝合金片充当，与N型硅片在高温烧结过程（730±15℃）中形成，而二极管的另一面的粘接材料也是铝，这就使得当硅铝合金片与硅片在烧焊的过程中形成PN结的同时，蒸铝层与硅片形成整流接触，而非欧姆接触。
2.2 不能形成良好欧姆接触的原因
经过我们分析，由于合金型二极管的PN结是在烧焊的过程中形成，烧结温度高（730±15℃），易在蒸铝层与硅片接触处形成整流接触，从而导致合金型二极管正向压降偏大。形成整流接触的原因有：1、硅片表面浓度不够高，2、蒸铝层厚度偏厚，3、烧焊温度过高。
3 解决措施
我们随机抽取三个批次产品进行数据测试，并对这三批次产品进行正向压降的分布情况进行统计后发现：正向压降有近50%在1.3V-1.5V之间（200mA条件下）。
针对上述可能的原因，我们准备采用以下解决措施：
1） 调整扩散工艺，以增加硅片表面浓度，将原有工艺的两次扩散调整为三次扩散（增加一次气体携带源扩散）。
2） 对蒸铝层厚度进行调整，精确控制蒸铝层厚度。
3） 对烧焊工艺进行调整，找到最佳的烧焊条件，降低烧焊过程中的接触电阻，确保形成良好PN结的同时不至于正向下降偏大。
3.1 增加硅片表面浓度的措施
合金型二极管采用的工艺流程一般为：扩散（2次）→磨片（单面磨片）→蒸铝（只蒸未磨面）→切割→装模→真空烧焊（形成PN结）→管芯碱腐蚀→涂玻璃粉成型→……。在这一工艺流程中，为了硅片表面能有较高的掺杂浓度，我们采用的是两次涂源扩散的方法。从上述抽取的每批产品的质量来看，有20%左右的产品正向压降偏高，应该是扩散时的涂磷源不均匀，致使浓度较低的部分制作成管芯后正向压降高。为解决此问题，我们将原有工艺的两次扩散调整为三次扩散，增加一次气体携带源扩散，使硅片表面沉积磷的浓度更高，且均匀性也更好，表现为烧结后的正向压降VF一致性较好。
3.2 对蒸铝层厚度进行调整
鉴于蒸铝层的厚度偏厚也会对合金型二极管的正向压降有很大的影响，我们对合金型的蒸铝层要求进行了调整，精确控制蒸铝层厚度。
3.3 烧结工序工艺控制
由于我们将合金型二极管管芯制作工艺的扩散由原来的2次更改为3次，则其烧结工艺条件也需进行相应的调整。
半导体晶片和合金材料在高温条件下熔合成P-N结的过程叫烧结，烧结是制作P-N结的关键工序，其工艺控制的好坏，直接关系到器件的性能，在烧结工艺中最重要的是烧结温度，烧结时间，烧结氛围及合金后的降温问题。
3.3.1 烧结氛围
烧结必须在真空、氢气或惰性气体中进行，这是由于在合金温度下，合金材料熔化成液体状态，空气中的氧将使合金材料氧化，同时在硅半导体表面也会生长薄层氧化膜，使合金材料和硅片不能达到真正的接触，两者难以相互熔合，影响PN结的形成，因此，烧结过程需在真空中进行，烧结前对烧结炉抽真空，并要求达到一定的真空度。
3.3.2 烧结温度
烧结温度是获得性能良好的PN结的关键之一，所以烧结温度的选择是非常重要的，对于铝硅合金，从相图中可知硅铝合金的最低共熔点为577.2℃，在烧结时，温度必须超过577.2℃，然后根据再结晶层中杂质浓度的要求选取适当的温度。通过对烧结工艺的摸索、试验，我们选用了735±5℃的合金温度代替原来的730±15℃；每次烧焊数量由原来的4模更改为3模，使其尽量集中在恒温区的中央。调整后的合金温度形成性能良好的PN结提供了重要保障。
3.4 腐蚀工艺调整
我们通常采用酸腐蚀一定时间，以去掉在生产过程中管芯表面生成的氧化层，然后再用碱腐蚀，碱腐蚀采用一种碱的水溶液烧沸腐蚀一定时间。然而，合金型二极管管芯内的铝层较厚，在高温烧焊（735℃）过程中，容易溢出而粘附在管芯的台面周围，导致使管芯两极相互连接而形成断路现象。
碱的水溶液腐蚀的作用是为了缩铝，去掉因高温溢出并粘附在管芯台面的铝，以得到光滑的台面造型。在合金型二极管硅片表面浓度变化后，我们对该碱的水溶液腐蚀作了相应的调整。降低碱水溶液的深度，延长腐蚀时间，有效的控制了腐蚀工序单项合格率（合格率在90%以上）。
3.5 成型工艺调整
为了提高玻粉与管芯以及电极的匹配性能及钝化玻璃的钝化效果，我们要求操作人员对玻璃粉严格按照比例调配，并充分搅拌均匀，以避免玻璃体内气泡的产生，从而提高钝化玻璃的钝化效果。
通过近三个月对以上措施的试验和研究，正向压降得到了大幅度的降低，保证了合金型二极管的产品质量。
4 工艺调整后的效果确认
为了验证该项工艺调整成果的稳定性，我们采用此工艺连续进行了三个批次的投料生产，三个批次都达到了预期的效果，正向压降大幅度的降低，且每个批次90%左右的产品都集中在0.9V-1.1V（200mA条件下）之间，1.3V-1.5V（200mA条件下）的只占了百分之三左右。
结论
提高硅片表面浓度，降低合金管正向压降，提高成品率工艺调整的各项措施是在目前现有的设备及工艺基础上最直接、有效途径。通过对部分工艺的调整，有效降低了合金型二极管正向压降，使产品的质量和可靠性，以及成品率得到了大幅度的提高。
关键词：烧焊 整流接触 欧姆接触 正向压降
1 引言
合金型二极管的结构为硅铝合金片+N型硅片+蒸铝层，硅铝合金片充当P型杂质，与N型硅片在烧焊的过程中形成PN结，与此同时，作为焊接用的蒸铝层易与硅片形成整流接触，使得合金型二极管的正向压降增大。因此，需要寻找一种工艺，在硅铝片与N型硅形成PN结的同时，作为焊接用的蒸铝层与硅片能形成良好的欧姆接触而非整流接触。
2 影响合金型二极管正向压降的原因分析
2.1 影响正向压降的原因
在生产中我们发现：除合金工艺制作的二极管正向压降部分超规范值偏高外，其他工艺（扩散工艺、外延工艺）制作的二极管却未出现过这种现象。经过分析认为，导致合金型二极管正向压降淘汰率偏高的主要原因是：合金型二极管在PN結生成过程中，由于烧结的温度过高（730±15℃），在硅铝合金片与硅片形成PN结的同时，蒸铝层与硅片没有形成良好的欧姆接触造成的，其管芯结构为蒸铝层+硅片+硅铝合金片。
合金型二极管的PN结是在烧焊的过程中形成的，不同于其他工艺制作的二极管（外延型二极管的PN结在外延生长的过程中形成、扩散型二极管在扩散过程中形成），由于合金型二极管的P型是由硅铝合金片充当，与N型硅片在高温烧结过程（730±15℃）中形成，而二极管的另一面的粘接材料也是铝，这就使得当硅铝合金片与硅片在烧焊的过程中形成PN结的同时，蒸铝层与硅片形成整流接触，而非欧姆接触。
2.2 不能形成良好欧姆接触的原因
经过我们分析，由于合金型二极管的PN结是在烧焊的过程中形成，烧结温度高（730±15℃），易在蒸铝层与硅片接触处形成整流接触，从而导致合金型二极管正向压降偏大。形成整流接触的原因有：1、硅片表面浓度不够高，2、蒸铝层厚度偏厚，3、烧焊温度过高。
3 解决措施
我们随机抽取三个批次产品进行数据测试，并对这三批次产品进行正向压降的分布情况进行统计后发现：正向压降有近50%在1.3V-1.5V之间（200mA条件下）。
针对上述可能的原因，我们准备采用以下解决措施：
1） 调整扩散工艺，以增加硅片表面浓度，将原有工艺的两次扩散调整为三次扩散（增加一次气体携带源扩散）。
2） 对蒸铝层厚度进行调整，精确控制蒸铝层厚度。
3） 对烧焊工艺进行调整，找到最佳的烧焊条件，降低烧焊过程中的接触电阻，确保形成良好PN结的同时不至于正向下降偏大。
3.1 增加硅片表面浓度的措施
合金型二极管采用的工艺流程一般为：扩散（2次）→磨片（单面磨片）→蒸铝（只蒸未磨面）→切割→装模→真空烧焊（形成PN结）→管芯碱腐蚀→涂玻璃粉成型→……。在这一工艺流程中，为了硅片表面能有较高的掺杂浓度，我们采用的是两次涂源扩散的方法。从上述抽取的每批产品的质量来看，有20%左右的产品正向压降偏高，应该是扩散时的涂磷源不均匀，致使浓度较低的部分制作成管芯后正向压降高。为解决此问题，我们将原有工艺的两次扩散调整为三次扩散，增加一次气体携带源扩散，使硅片表面沉积磷的浓度更高，且均匀性也更好，表现为烧结后的正向压降VF一致性较好。
3.2 对蒸铝层厚度进行调整
鉴于蒸铝层的厚度偏厚也会对合金型二极管的正向压降有很大的影响，我们对合金型的蒸铝层要求进行了调整，精确控制蒸铝层厚度。
3.3 烧结工序工艺控制
由于我们将合金型二极管管芯制作工艺的扩散由原来的2次更改为3次，则其烧结工艺条件也需进行相应的调整。
半导体晶片和合金材料在高温条件下熔合成P-N结的过程叫烧结，烧结是制作P-N结的关键工序，其工艺控制的好坏，直接关系到器件的性能，在烧结工艺中最重要的是烧结温度，烧结时间，烧结氛围及合金后的降温问题。
3.3.1 烧结氛围
烧结必须在真空、氢气或惰性气体中进行，这是由于在合金温度下，合金材料熔化成液体状态，空气中的氧将使合金材料氧化，同时在硅半导体表面也会生长薄层氧化膜，使合金材料和硅片不能达到真正的接触，两者难以相互熔合，影响PN结的形成，因此，烧结过程需在真空中进行，烧结前对烧结炉抽真空，并要求达到一定的真空度。
3.3.2 烧结温度
烧结温度是获得性能良好的PN结的关键之一，所以烧结温度的选择是非常重要的，对于铝硅合金，从相图中可知硅铝合金的最低共熔点为577.2℃，在烧结时，温度必须超过577.2℃，然后根据再结晶层中杂质浓度的要求选取适当的温度。通过对烧结工艺的摸索、试验，我们选用了735±5℃的合金温度代替原来的730±15℃；每次烧焊数量由原来的4模更改为3模，使其尽量集中在恒温区的中央。调整后的合金温度形成性能良好的PN结提供了重要保障。
3.4 腐蚀工艺调整
我们通常采用酸腐蚀一定时间，以去掉在生产过程中管芯表面生成的氧化层，然后再用碱腐蚀，碱腐蚀采用一种碱的水溶液烧沸腐蚀一定时间。然而，合金型二极管管芯内的铝层较厚，在高温烧焊（735℃）过程中，容易溢出而粘附在管芯的台面周围，导致使管芯两极相互连接而形成断路现象。
碱的水溶液腐蚀的作用是为了缩铝，去掉因高温溢出并粘附在管芯台面的铝，以得到光滑的台面造型。在合金型二极管硅片表面浓度变化后，我们对该碱的水溶液腐蚀作了相应的调整。降低碱水溶液的深度，延长腐蚀时间，有效的控制了腐蚀工序单项合格率（合格率在90%以上）。
3.5 成型工艺调整
为了提高玻粉与管芯以及电极的匹配性能及钝化玻璃的钝化效果，我们要求操作人员对玻璃粉严格按照比例调配，并充分搅拌均匀，以避免玻璃体内气泡的产生，从而提高钝化玻璃的钝化效果。
通过近三个月对以上措施的试验和研究，正向压降得到了大幅度的降低，保证了合金型二极管的产品质量。
4 工艺调整后的效果确认
为了验证该项工艺调整成果的稳定性，我们采用此工艺连续进行了三个批次的投料生产，三个批次都达到了预期的效果，正向压降大幅度的降低，且每个批次90%左右的产品都集中在0.9V-1.1V（200mA条件下）之间，1.3V-1.5V（200mA条件下）的只占了百分之三左右。
结论
提高硅片表面浓度，降低合金管正向压降，提高成品率工艺调整的各项措施是在目前现有的设备及工艺基础上最直接、有效途径。通过对部分工艺的调整，有效降低了合金型二极管正向压降，使产品的质量和可靠性，以及成品率得到了大幅度的提高。