一種基于反挖槽工藝的雙臺階整流芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體涉及一種基于反挖槽工藝的雙臺階整流芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]臺面型二極管是二極管的一種，因為在制作過程中，只保留PN結(jié)及其必要的部分，腐蝕掉不必要的部分，其剩余的部分便呈現(xiàn)出臺面形，因而得名。
[0003]臺面型二級管主要用于整流，目前以來，國內(nèi)整流芯片的生產(chǎn)多采用“玻璃鈍化保護(hù)”工藝，所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有不含有害有毒物質(zhì)，生產(chǎn)中無重金屬污染，產(chǎn)品電熱性能優(yōu)良，制造成本低、易于批量化生產(chǎn)等優(yōu)點。
[0004]整流芯片由于其結(jié)構(gòu)與工藝的特殊性，有其結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點與不足，目前的整流芯片中是以N型襯底位于P型擴(kuò)散層的下方，從P型擴(kuò)散層上用化學(xué)腐蝕法向單晶硅片內(nèi)部開槽，槽寬約300微米，槽深約140微米，槽中填入玻璃料粉，在高溫條件下與槽周面燒融在一起，固態(tài)玻璃對斷裂的PN結(jié)產(chǎn)生鈍化與保護(hù)的作用。這種產(chǎn)品所加反向電壓的極性是上P面加負(fù)電壓、下N面加正電壓的，產(chǎn)品在加反向電壓時，產(chǎn)品邊緣呈現(xiàn)負(fù)角造型形狀。這種結(jié)構(gòu)造型的優(yōu)點是，對開槽深度要求不嚴(yán)，但凡深度能超過PN結(jié)的界面后，產(chǎn)品都能承受反向電壓，目前PN結(jié)深度從P面起算，多在100微米左右，開槽深度很容易達(dá)到；隨著反向電壓的升高，等勢線將上翹，耐壓的耗盡區(qū)在N型基區(qū)的邊緣擴(kuò)展不大，產(chǎn)品的成品率高。缺點是，產(chǎn)品的負(fù)角結(jié)構(gòu)致使等勢線在邊緣密集，能承受的反向耐壓不高，目前國產(chǎn)的整流芯片很難超過1600伏水平。還有缺點是反向電壓上負(fù)下正的單一性，使后道客戶的組裝發(fā)生困難。另外，產(chǎn)品的N型面的面積大，客戶都將此面焊在散熱裝置上，導(dǎo)熱效果好，而P面的面積小，用來與引線、導(dǎo)電排等連接較妥，如因電極性需要，強行將整流芯片倒置焊接，不但會出現(xiàn)導(dǎo)熱效果差的問題，而且會出現(xiàn)二電極之間短路、擊穿、跳火等事故。眾所周知，國內(nèi)螺栓式整流管的電極性規(guī)定為管座為正極(應(yīng)接芯片的P面)、引線為負(fù)(應(yīng)接芯片的N面)，就難以使用GPP整流芯片組裝；大量的汽車整流元器件，要求供應(yīng)電極性不同的整流芯片各占一半，形成了目前GPP整流芯片推廣應(yīng)用中的市場盲區(qū)。
[0005]另外，現(xiàn)有的玻璃鈍化臺面型整流芯片主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種是單挖槽臺面結(jié)構(gòu)，如附圖2所示，該種結(jié)構(gòu)相鄰兩芯片間有一槽型溝道2-1，溝道的側(cè)壁以及底部設(shè)有玻璃鈍化層2-2;另一種是雙挖槽臺面結(jié)構(gòu)，如圖3所示，該種結(jié)構(gòu)相鄰兩芯片間有兩槽型溝道3-1，兩槽型溝道3-1間有一與芯片中間的臺面3-2等高的切割道3-3，槽型溝道3-1的側(cè)壁以及底部設(shè)有玻璃鈍化層3-4。
[0006]分割芯片時，對于第一種結(jié)構(gòu)的芯片首先從槽型溝道底部對玻璃層和以下的硅層進(jìn)行穿通切割，由于玻璃比硅的硬度高的多且二者均屬脆性材料，切割過程會在邊緣處的玻璃上產(chǎn)生不可避免的橫向裂紋，有的裂紋會延伸到PN結(jié)表面影響芯片的電特性和可靠性。為了減少芯片邊緣的裂紋以及崩邊崩角，切割速度很慢，效率很低。對于第二種結(jié)構(gòu)的芯片則從切割道上進(jìn)行穿通切割，該種方式不切割玻璃，不會造成玻璃裂紋、崩邊崩角，而且切速很高，大大增加了切割效率。但形成了這樣的結(jié)構(gòu):芯片的上表面的四周邊緣為負(fù)極、中間臺面的上表面為正極。這種結(jié)構(gòu)帶來的缺陷是:在制造過程中極易造成正負(fù)兩極短路，這樣會給后續(xù)的裝配帶來困難。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種基于反挖槽工藝的雙臺階整流芯片，其電極性與常規(guī)的整流芯片相反，反向耐壓能夠高于2000伏特，同時，既能保證芯片的電性能，又可以防止芯片短路，提高了芯片的耐壓性和可靠性。
[0008]本實用新型所述的一種基于反挖槽工藝的雙臺階整流芯片，其特征在于:包括硅基片，其中，該硅基片包括N型擴(kuò)散層和P型擴(kuò)散層，且N型擴(kuò)散層位于P型擴(kuò)散層的上方，N型擴(kuò)散層和P型擴(kuò)散層之間形成PN結(jié)，所述硅基片的上表面上開設(shè)有挖槽，挖槽將硅基片上表面劃分為位于芯片中間的凸臺，以及位于芯片邊緣的兩側(cè)臺階，其中臺階的上表面低于凸臺的上表面，PN結(jié)暴露在挖槽的側(cè)壁上，挖槽的底部和側(cè)壁上均覆蓋有玻璃鈍化層。
[0009]其中，優(yōu)選方案如下:
[0010]P型擴(kuò)散層深度為130?140微米，PN結(jié)與挖槽底部的高度差為10?30微米。國內(nèi)目前P型擴(kuò)散層深度多在100微米，如從N型擴(kuò)散層反挖槽到達(dá)PN結(jié)再超過20微米時，所剩單晶硅片厚度僅留80微米，在后道工序操作中會引起單晶硅片大量碎裂，無法正常生產(chǎn)。解決此問題的唯一方法是增加P型擴(kuò)散層深度，以使其能達(dá)到130?140微米，且保證PN結(jié)與挖槽底部的高度差為10?30微米，反挖槽后所剩留單晶硅片厚度與常規(guī)產(chǎn)品所剩留厚度基本相同，則可保證后道工序的整片率。
[0011]所述臺階的上表面上覆蓋有玻璃鈍化層。
[0012]臺階上表面和凸臺上表面的高度差為10?30微米。
[0013]凸臺的上表面和硅基片的下表面上均設(shè)有金屬導(dǎo)電層。
[0014]本實用新型的制作過程為:先選取單晶硅片，在單晶硅片上通過擴(kuò)散形成P型擴(kuò)散層和N型擴(kuò)散層;在N型擴(kuò)散層通過光刻、腐蝕形成高度低于硅基片上表面的臺階;再通過光刻、腐蝕在硅基片上表面形成挖槽和凸臺；在已形成凸臺的硅基片上沉積玻璃鈍化層，對暴露于挖槽側(cè)壁上的PN結(jié)進(jìn)行包覆;通過腐蝕去除凸臺上表面的玻璃鈍化層;在凸臺的上表面以及硅基片下表面沉積金屬導(dǎo)電層。
[0015]本實用新型所具有的有益效果是:(I)其電極性與常規(guī)的整流芯片相反，芯片上方向面積較小的面為N型、新產(chǎn)品負(fù)極，芯片下方向面積較大的面為P型、新產(chǎn)品正極，電熱性能優(yōu)于常規(guī)產(chǎn)品，反向耐壓高于2000伏特，高溫漏電流也顯著減小；(2)生產(chǎn)成本不高于常規(guī)產(chǎn)品，能繼續(xù)使用常規(guī)產(chǎn)品的在線設(shè)備、儀器、材料生產(chǎn)，可滿足客戶對整流芯片產(chǎn)品的不同電極性要求；(3)由于臺階低于凸臺且在臺階的上表面上設(shè)有玻璃鈍化層，在臺階處切割芯片不會對玻璃鈍化層造成隱裂以及崩角的問題，即可以提高切割速度，又可以防止芯片短路，并有利于裝配，提高了芯片的耐壓性、可靠性及電性能。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0017]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的單溝道臺面型二極管芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的雙溝道臺面型二極管芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖1中:1、N型擴(kuò)散層2、P型擴(kuò)散層3、PN結(jié)4、挖槽5、凸臺6、臺階7、玻璃鈍化層8、金屬導(dǎo)電層。
[0020]圖2和圖3中標(biāo)記均在【背景技術(shù)】予以了說明。
【具體實施方式】
[0021 ]以下結(jié)合實施例對本實用新型做進(jìn)一步描述。
[0022]如圖1所示，一種基于反挖槽工藝的雙臺階整流芯片，包括硅基片，其中，該硅基片包括N型擴(kuò)散層I和P型擴(kuò)散層2，且N型擴(kuò)散層I位于P型擴(kuò)散層2的上方，N型擴(kuò)散層I和P型擴(kuò)散層2之間形成PN結(jié)3，所述硅基片的上表面上開設(shè)有挖槽4，挖槽將硅基片上表面劃分為位于芯片中間的凸臺5，以及位于芯片邊緣的兩側(cè)臺階6，其中臺階6的上表面低于凸臺5的上表面，PN結(jié)3暴露在挖槽4的側(cè)壁上，挖槽4的底部和側(cè)壁上均覆蓋有玻璃鈍化層7。
[0023]P型擴(kuò)散層2深度為130微米，PN結(jié)3與挖槽4底部的高度差為20微米。國內(nèi)目前P型擴(kuò)散層2深度多在100微米，如從N型擴(kuò)散層I反挖槽到達(dá)PN結(jié)再超過20微米時，所剩單晶硅片厚度僅留80微米，在后道工序操作中會引起單晶硅片大量碎裂，無法正常生產(chǎn)。解決此問題的唯一方法是增加P型擴(kuò)散層2深度，以使其能達(dá)到130微米，且保證PN結(jié)3與挖槽4底部的高度差為20微米，反挖槽后所剩留單晶硅片厚度與常規(guī)產(chǎn)品所剩留厚度基本相同，則可保證后道工序的整片率。
[0024]所述臺階6的上表面上覆蓋有玻璃鈍化層7。
[0025]臺階6上表面和凸臺5上表面的高度差為20微米。
[0026]凸臺5的上表面和硅基片的下表面上均設(shè)有金屬導(dǎo)電層8。
[0027]本實用新型的制作過程為:先選取單晶硅片，在單晶硅片上通過擴(kuò)散形成P型擴(kuò)散層2和N型擴(kuò)散層I;在N型擴(kuò)散層I通過光刻、腐蝕形成高度低于硅基片上表面的臺階6;再通過光刻、腐蝕在硅基片上表面形成挖槽4和凸臺5;在已形成凸臺5的硅基片上沉積玻璃鈍化層7，對暴露于挖槽4側(cè)壁上的PN結(jié)3進(jìn)行包覆;通過腐蝕去除凸臺5上表面的玻璃鈍化層7;在凸臺5的上表面以及硅基片下表面沉積金屬導(dǎo)電層8。
【主權(quán)項】
1.一種基于反挖槽工藝的雙臺階整流芯片，其特征在于:包括硅基片，其中，該硅基片包括N型擴(kuò)散層和P型擴(kuò)散層，且N型擴(kuò)散層位于P型擴(kuò)散層的上方，N型擴(kuò)散層和P型擴(kuò)散層之間形成PN結(jié)，所述硅基片的上表面上開設(shè)有挖槽，挖槽將硅基片上表面劃分為位于芯片中間的凸臺，以及位于芯片邊緣的兩側(cè)臺階，其中臺階的上表面低于凸臺的上表面，PN結(jié)暴露在挖槽的側(cè)壁上，挖槽的底部和側(cè)壁上均覆蓋有玻璃鈍化層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于反挖槽工藝的雙臺階整流芯片，其特征在于:P型擴(kuò)散層深度為130?140微米，PN結(jié)與挖槽底部的高度差為10?30微米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于反挖槽工藝的雙臺階整流芯片，其特征在于:所述臺階的上表面上覆蓋有玻璃鈍化層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于反挖槽工藝的雙臺階整流芯片，其特征在于:臺階上表面和凸臺上表面的高度差為10?30微米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于反挖槽工藝的雙臺階整流芯片，其特征在于:凸臺的上表面和硅基片的下表面上均設(shè)有金屬導(dǎo)電層。
【專利摘要】本實用新型屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體涉及一種基于反挖槽工藝的雙臺階整流芯片，包括硅基片，其中，該硅基片包括N型擴(kuò)散層和P型擴(kuò)散層，且N型擴(kuò)散層位于P型擴(kuò)散層的上方，N型擴(kuò)散層和P型擴(kuò)散層之間形成PN結(jié)，所述硅基片的上表面上開設(shè)有挖槽，挖槽將硅基片上表面劃分為位于芯片中間的凸臺，以及位于芯片邊緣的兩側(cè)臺階，其中臺階的上表面低于凸臺的上表面，PN結(jié)暴露在挖槽的側(cè)壁上，挖槽的底部和側(cè)壁上均覆蓋有玻璃鈍化層。本實用新型其電極性與常規(guī)的整流芯片相反，反向耐壓能夠高于2000伏特，同時，既能保證芯片的電性能，又可以防止芯片短路，提高了芯片的耐壓性和可靠性。
【IPC分類】H01L23/13
【公開號】CN205194683
【申請?zhí)枴緾N201521018061
【發(fā)明人】劉志鑫, 遲界竹, 李新躍, 周國棟
【申請人】劉志鑫
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月5日