一种基于反挖槽工艺的双台阶整流芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体领域，具体涉及一种基于反挖槽工艺的双台阶整流芯片。
【背景技术】
[0002]台面型二极管是二极管的一种，因为在制作过程中，只保留PN结及其必要的部分，腐蚀掉不必要的部分，其剩余的部分便呈现出台面形，因而得名。
[0003]台面型二级管主要用于整流，目前以来，国内整流芯片的生产多采用“玻璃钝化保护”工艺，所生产的产品具有不含有害有毒物质，生产中无重金属污染，产品电热性能优良，制造成本低、易于批量化生产等优点。
[0004]整流芯片由于其结构与工艺的特殊性，有其结构上的优点与不足，目前的整流芯片中是以N型衬底位于P型扩散层的下方，从P型扩散层上用化学腐蚀法向单晶硅片内部开槽，槽宽约300微米，槽深约140微米，槽中填入玻璃料粉，在高温条件下与槽周面烧融在一起，固态玻璃对断裂的PN结产生钝化与保护的作用。这种产品所加反向电压的极性是上P面加负电压、下N面加正电压的，产品在加反向电压时，产品边缘呈现负角造型形状。这种结构造型的优点是，对开槽深度要求不严，但凡深度能超过PN结的界面后，产品都能承受反向电压，目前PN结深度从P面起算，多在100微米左右，开槽深度很容易达到；随着反向电压的升高，等势线将上翘，耐压的耗尽区在N型基区的边缘扩展不大，产品的成品率高。缺点是，产品的负角结构致使等势线在边缘密集，能承受的反向耐压不高，目前国产的整流芯片很难超过1600伏水平。还有缺点是反向电压上负下正的单一性，使后道客户的组装发生困难。另外，产品的N型面的面积大，客户都将此面焊在散热装置上，导热效果好，而P面的面积小，用来与引线、导电排等连接较妥，如因电极性需要，强行将整流芯片倒置焊接，不但会出现导热效果差的问题，而且会出现二电极之间短路、击穿、跳火等事故。众所周知，国内螺栓式整流管的电极性规定为管座为正极(应接芯片的P面)、引线为负(应接芯片的N面)，就难以使用GPP整流芯片组装；大量的汽车整流元器件，要求供应电极性不同的整流芯片各占一半，形成了目前GPP整流芯片推广应用中的市场盲区。
[0005]另外，现有的玻璃钝化台面型整流芯片主要有两种结构，一种是单挖槽台面结构，如附图2所示，该种结构相邻两芯片间有一槽型沟道2-1，沟道的侧壁以及底部设有玻璃钝化层2-2;另一种是双挖槽台面结构，如图3所示，该种结构相邻两芯片间有两槽型沟道3-1，两槽型沟道3-1间有一与芯片中间的台面3-2等高的切割道3-3，槽型沟道3-1的侧壁以及底部设有玻璃钝化层3-4。
[0006]分割芯片时，对于第一种结构的芯片首先从槽型沟道底部对玻璃层和以下的硅层进行穿通切割，由于玻璃比硅的硬度高的多且二者均属脆性材料，切割过程会在边缘处的玻璃上产生不可避免的横向裂纹，有的裂纹会延伸到PN结表面影响芯片的电特性和可靠性。为了减少芯片边缘的裂纹以及崩边崩角，切割速度很慢，效率很低。对于第二种结构的芯片则从切割道上进行穿通切割，该种方式不切割玻璃，不会造成玻璃裂纹、崩边崩角，而且切速很高，大大增加了切割效率。但形成了这样的结构:芯片的上表面的四周边缘为负极、中间台面的上表面为正极。这种结构带来的缺陷是:在制造过程中极易造成正负两极短路，这样会给后续的装配带来困难。
【实用新型内容】
[0007]根据以上现有技术的不足，本实用新型提供一种基于反挖槽工艺的双台阶整流芯片，其电极性与常规的整流芯片相反，反向耐压能够高于2000伏特，同时，既能保证芯片的电性能，又可以防止芯片短路，提高了芯片的耐压性和可靠性。
[0008]本实用新型所述的一种基于反挖槽工艺的双台阶整流芯片，其特征在于:包括硅基片，其中，该硅基片包括N型扩散层和P型扩散层，且N型扩散层位于P型扩散层的上方，N型扩散层和P型扩散层之间形成PN结，所述硅基片的上表面上开设有挖槽，挖槽将硅基片上表面划分为位于芯片中间的凸台，以及位于芯片边缘的两侧台阶，其中台阶的上表面低于凸台的上表面，PN结暴露在挖槽的侧壁上，挖槽的底部和侧壁上均覆盖有玻璃钝化层。
[0009]其中，优选方案如下:
[0010]P型扩散层深度为130?140微米，PN结与挖槽底部的高度差为10?30微米。国内目前P型扩散层深度多在100微米，如从N型扩散层反挖槽到达PN结再超过20微米时，所剩单晶硅片厚度仅留80微米，在后道工序操作中会引起单晶硅片大量碎裂，无法正常生产。解决此问题的唯一方法是增加P型扩散层深度，以使其能达到130?140微米，且保证PN结与挖槽底部的高度差为10?30微米，反挖槽后所剩留单晶硅片厚度与常规产品所剩留厚度基本相同，则可保证后道工序的整片率。
[0011]所述台阶的上表面上覆盖有玻璃钝化层。
[0012]台阶上表面和凸台上表面的高度差为10?30微米。
[0013]凸台的上表面和硅基片的下表面上均设有金属导电层。
[0014]本实用新型的制作过程为:先选取单晶硅片，在单晶硅片上通过扩散形成P型扩散层和N型扩散层;在N型扩散层通过光刻、腐蚀形成高度低于硅基片上表面的台阶;再通过光刻、腐蚀在硅基片上表面形成挖槽和凸台；在已形成凸台的硅基片上沉积玻璃钝化层，对暴露于挖槽侧壁上的PN结进行包覆;通过腐蚀去除凸台上表面的玻璃钝化层;在凸台的上表面以及硅基片下表面沉积金属导电层。
[0015]本实用新型所具有的有益效果是:(I)其电极性与常规的整流芯片相反，芯片上方向面积较小的面为N型、新产品负极，芯片下方向面积较大的面为P型、新产品正极，电热性能优于常规产品，反向耐压高于2000伏特，高温漏电流也显著减小；(2)生产成本不高于常规产品，能继续使用常规产品的在线设备、仪器、材料生产，可满足客户对整流芯片产品的不同电极性要求；(3)由于台阶低于凸台且在台阶的上表面上设有玻璃钝化层，在台阶处切割芯片不会对玻璃钝化层造成隐裂以及崩角的问题，即可以提高切割速度，又可以防止芯片短路，并有利于装配，提高了芯片的耐压性、可靠性及电性能。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的结构不意图；
[0017]图2为现有技术中的单沟道台面型二极管芯片结构示意图；
[0018]图3是现有技术中的双沟道台面型二极管芯片结构示意图。
[0019]图1中:1、N型扩散层2、P型扩散层3、PN结4、挖槽5、凸台6、台阶7、玻璃钝化层8、金属导电层。
[0020]图2和图3中标记均在【背景技术】予以了说明。
【具体实施方式】
[0021 ]以下结合实施例对本实用新型做进一步描述。
[0022]如图1所示，一种基于反挖槽工艺的双台阶整流芯片，包括硅基片，其中，该硅基片包括N型扩散层I和P型扩散层2，且N型扩散层I位于P型扩散层2的上方，N型扩散层I和P型扩散层2之间形成PN结3，所述硅基片的上表面上开设有挖槽4，挖槽将硅基片上表面划分为位于芯片中间的凸台5，以及位于芯片边缘的两侧台阶6，其中台阶6的上表面低于凸台5的上表面，PN结3暴露在挖槽4的侧壁上，挖槽4的底部和侧壁上均覆盖有玻璃钝化层7。
[0023]P型扩散层2深度为130微米，PN结3与挖槽4底部的高度差为20微米。国内目前P型扩散层2深度多在100微米，如从N型扩散层I反挖槽到达PN结再超过20微米时，所剩单晶硅片厚度仅留80微米，在后道工序操作中会引起单晶硅片大量碎裂，无法正常生产。解决此问题的唯一方法是增加P型扩散层2深度，以使其能达到130微米，且保证PN结3与挖槽4底部的高度差为20微米，反挖槽后所剩留单晶硅片厚度与常规产品所剩留厚度基本相同，则可保证后道工序的整片率。
[0024]所述台阶6的上表面上覆盖有玻璃钝化层7。
[0025]台阶6上表面和凸台5上表面的高度差为20微米。
[0026]凸台5的上表面和硅基片的下表面上均设有金属导电层8。
[0027]本实用新型的制作过程为:先选取单晶硅片，在单晶硅片上通过扩散形成P型扩散层2和N型扩散层I;在N型扩散层I通过光刻、腐蚀形成高度低于硅基片上表面的台阶6;再通过光刻、腐蚀在硅基片上表面形成挖槽4和凸台5;在已形成凸台5的硅基片上沉积玻璃钝化层7，对暴露于挖槽4侧壁上的PN结3进行包覆;通过腐蚀去除凸台5上表面的玻璃钝化层7;在凸台5的上表面以及硅基片下表面沉积金属导电层8。
【主权项】
1.一种基于反挖槽工艺的双台阶整流芯片，其特征在于:包括硅基片，其中，该硅基片包括N型扩散层和P型扩散层，且N型扩散层位于P型扩散层的上方，N型扩散层和P型扩散层之间形成PN结，所述硅基片的上表面上开设有挖槽，挖槽将硅基片上表面划分为位于芯片中间的凸台，以及位于芯片边缘的两侧台阶，其中台阶的上表面低于凸台的上表面，PN结暴露在挖槽的侧壁上，挖槽的底部和侧壁上均覆盖有玻璃钝化层。2.根据权利要求1所述的一种基于反挖槽工艺的双台阶整流芯片，其特征在于:P型扩散层深度为130?140微米，PN结与挖槽底部的高度差为10?30微米。3.根据权利要求1所述的一种基于反挖槽工艺的双台阶整流芯片，其特征在于:所述台阶的上表面上覆盖有玻璃钝化层。4.根据权利要求1所述的一种基于反挖槽工艺的双台阶整流芯片，其特征在于:台阶上表面和凸台上表面的高度差为10?30微米。5.根据权利要求1所述的一种基于反挖槽工艺的双台阶整流芯片，其特征在于:凸台的上表面和硅基片的下表面上均设有金属导电层。
【专利摘要】本实用新型属于半导体领域，具体涉及一种基于反挖槽工艺的双台阶整流芯片，包括硅基片，其中，该硅基片包括N型扩散层和P型扩散层，且N型扩散层位于P型扩散层的上方，N型扩散层和P型扩散层之间形成PN结，所述硅基片的上表面上开设有挖槽，挖槽将硅基片上表面划分为位于芯片中间的凸台，以及位于芯片边缘的两侧台阶，其中台阶的上表面低于凸台的上表面，PN结暴露在挖槽的侧壁上，挖槽的底部和侧壁上均覆盖有玻璃钝化层。本实用新型其电极性与常规的整流芯片相反，反向耐压能够高于2000伏特，同时，既能保证芯片的电性能，又可以防止芯片短路，提高了芯片的耐压性和可靠性。
【IPC分类】H01L23/13
【公开号】CN205194683
【申请号】CN201521018061
【发明人】刘志鑫, 迟界竹, 李新跃, 周国栋
【申请人】刘志鑫
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月5日