一种用于功率半导体PN结保护的工艺方法与流程

本发明属于功率半导体器件领域，特别是涉及一种用于功率半导体pn结保护的工艺方法。

背景技术：

半导体是依赖pn结而获得电压，随着汽车电子、物联网、智能智造以及人工智能的高速发展，对于半导体的需求越来越多；对于半导体功率器件高稳定性要求越来越严酷；产品的低温特性均基本没有问题，而高度条件的性能存在失效风险；传统功率半导体的pn结保护主要为oj(openjunction)酸洗和gpp玻璃钝化工艺，oj工艺的高温使用温度普遍在100℃，部份可以达到150℃；gpp玻璃钝化器件(glassivationpassivationparts)是使用玻璃粉在800℃烧结；使用温度可以满足要求，玻璃的划片和裂片过程容易引起隐裂导致的产品不稳定，同时对于玻璃划片的金刚刀受西方和日本技术制约。

全球半导体行业的技术封锁，贸易战的加剧；本发明专利提出的聚酰亚胺(polyimide)scp5050保护pn结，本工艺的保护温度在343℃(650f)，可以覆盖大部份汽车电子、工业控制产品的产品性能要求，减小产品失效ppm值，对于半导体行业具有重要意义。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于功率半导体pn结保护的工艺方法，解决了以上问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种用于功率半导体pn结保护的工艺方法，采用聚酰亚胺保护pn结，具体包括如下步骤：

s01：使用多功能薄膜磁控溅射系统进行pn结表面均匀性保护涂覆；

s02：将涂覆并扩散完成后的芯片n材表面进行腐蚀沟槽；

s03、完成腐蚀沟槽后增加一次去离子水超声工序，将表面清洗干净；

s04：然后进行聚酰亚胺液的固化工艺；

s05：对pn结另一表面，使用另外相同的设备连续性地进行重复步骤s01-s04的稳定性处理；

s06：固化后清洗；

s07：将经上述处理工艺的硅片进行焊接面镀钛、镍、银，然后进行烘干处理；

s08：晶圆的划片。

进一步地，经所述聚酰亚胺保护pn结后的功率半导体，在343℃仍具有良好的特性，重量相比玻璃粉的包封轻63％。

进一步地，所述多功能薄膜磁控溅射系统对pn结表面的溅射厚度大于10um时,绝缘耐压达到1200v；溅射厚度为20um时,绝缘耐压达到2200v。

进一步地，所述溅射厚度控制在18-25um。

进一步地，对于所述步骤s02中对芯片n材表面进行腐蚀沟槽具体采用硝酸、冰乙酸、氢氟酸分别占比为21％：21％：58％对n型面腐蚀，沟槽深度到达p衬底层的1/3，混酸温度控制在8.5～11℃，并用去离子水冲净。

进一步地，所述步骤s04固化工艺具体采用三次保持温度法，使用真空加热固化，升温到110℃，保持30min；再升温到150℃，保持45min，去除液体溶剂，继续将温度升到265℃，保持30min；防止出现气泡，升温速度控制在6到7℃/min。

进一步地，所述步骤s06具体是使用去离子超声清洗二次，每一次持续时间为90-100s，去除可能因多功能薄膜磁控溅射系统涂聚酰亚胺液聚集的离子；第二次清洗更换新洗槽，使用纯水进行120-150s清洗，再进行175℃烘烤。

进一步地，所述步骤s08采用聚酰亚胺工序，其硬度与传统玻璃烧结相比小，速度为常规划片速度的2-2.5倍。

本发明相对于现有技术包括有以下有益效果：

1、本发明提供的聚酰亚胺材料利用它的高温特性和超高的耐压特性来实现保护半导体结，其材料特性与半导体传统oj及gpp完全不同，是一种新型特性的材料，它的稳态工作电压可以达到343℃，对应为650f，仍具有良好的特性，材料分子结构稳定；

2、本发明采用聚酰亚胺工序，其硬度与传统玻璃烧结相比小，速度为常规划片速度的2-2.5倍；该材料在芯片切割划片过程中解决隐裂失效风险、降低了对划片金刚刀的要求，降低切刀的损耗成本；

3、本发明使用聚酰亚胺材材料的涂覆容易控制，均匀分布；不容易产生堆积和空洞；

4、本发明使用溅射的方法在没有贴掩膜片的pn结上，溅射10-25um的pi胶来保护pn结；利用pi胶的耐高压特性和绝缘隔离功能；实现对功率半导体的耐压和pn的离子稳定性的制作工艺方法，解决传统gpp工艺功率半导体pn结使用玻璃粉钝化，防止玻璃固化后划分引起的潜在失效问题；本发明利用聚酰亚胺的聚合物所特有的绝缘性，胶的保护功率器件pn结的高韧性、容易控制、高可靠性，是一种汽车电子、工业控制功率器件半导体结解决潜大失效风险，提高产品品质的优选方法。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种用于功率半导体pn结保护的工艺方法步骤图；

图2为本发明所应用的功率半导体的结构示意图；

图3为本发明工艺方法应用后的功率半导体的结构剖面图；

图4为本发明工艺方法应用后的功率半导体的结构俯视图；

图5为本发明具体实施中工艺方法应用后的功率半导体钳位特性图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“表面”、“另一表面”、“厚度”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

基于现有的如背景技术中所提到的问题，本发明的目的在于提供一种用于功率半导体pn结保护的工艺方法，具体是采用聚酰亚胺，名称为polyimide，如：scp5050，以应用于功率半导体pn结保护作用。本发明提供的聚酰亚胺材料利用它的高温特性和超高的耐压特性，来实现保护半导体结，具体方案如下：

请参阅图1-4所示，本发明的一种用于功率半导体pn结保护的工艺方法，采用聚酰亚胺保护pn结，具体包括如下步骤：

s01：使用多功能薄膜磁控溅射系统进行pn结表面均匀性保护涂覆；

s02：将涂覆并扩散完成后的芯片n材表面进行腐蚀沟槽；

s03、完成腐蚀沟槽后增加一次去离子水超声工序，将表面清洗干净；

s04：然后进行聚酰亚胺液的固化工艺；

s05：对pn结另一表面，使用另外相同的设备连续性地进行重复步骤s01-s04的稳定性处理；

s06：固化后清洗；

s07：将经上述处理工艺的硅片进行焊接面镀钛、镍、银，然后进行烘干处理；

s08：晶圆的划片。

其中，经聚酰亚胺保护pn结后的功率半导体，针对聚酰亚胺材料对pn结的保护，其材料特性与半导体传统oj及gpp完全不同，是一种新型特性的材料，它的稳态工作电压可以达到343℃，对应为650f，仍具有良好的特性，重量相比玻璃粉的包封轻63％；在器件smt贴片焊接的无铅焊接265度条件，材料分子结构稳定；该材料在芯片切割划片过程中解决隐裂失效风险、降低了对划片金刚刀的要求，降低切刀的损耗成本。

其中，多功能薄膜磁控溅射系统对pn结表面的溅射厚度大于10um时,绝缘耐压达到1200v；溅射厚度为20um时,绝缘耐压达到2200v。

其中，溅射厚度控制在18-25um，本优选实施例采用为20um，此时绝缘耐压达到2200v；使用聚酰亚胺材材料的涂覆容易控制，均匀分布；不容易产生堆积和空洞。

其中，对于步骤s02中对芯片n材表面进行腐蚀沟槽具体采用硝酸、冰乙酸、氢氟酸分别占比为21％：21％：58％对n型面腐蚀，沟槽深度到达p衬底层的1/3，混酸温度控制在8.5～11℃，并用去离子水冲净。

其中，步骤s04固化工艺具体采用三次保持温度法，使用真空加热固化，升温到110℃，保持30min；再升温到150℃，保持45min，去除液体溶剂，继续将温度升到265℃，保持30min；防止出现气泡，升温速度控制在6到7℃/min。

其中，本发明具体采用的是a-b双面涂覆方法，其特征是两面分开处理工艺，保证产品的稳定性；a-b的流程化处理，提升效率和保证产品一致性；如步骤s01-s04为a面处理，使用另外相同的设备连续性地进行重复步骤s01-s04的稳定性处理微b面处理。

其中，步骤s06具体是使用去离子超声清洗二次，每一次持续时间为90-100s，本具体实施例为95s，去除可能因多功能薄膜磁控溅射系统涂聚酰亚胺液聚集的离子；第二次清洗更换新洗槽，使用纯水进行120-150s清洗，本具体实施例为135s，再进行175℃烘烤。

其中，步骤s08采用聚酰亚胺工序，其硬度与传统玻璃烧结相比小，速度为常规划片速度的2-2.5倍。

本发明中，该pn结保护材料使用聚酰亚胺polyimide,它是一类聚合物；将电压特性扩散良品硅片为起点，预先根据晶圆版图制作掩膜片，用掩膜片盖住不需要填充pi胶的晶圆部份。将扩散好的晶圆片通过化学法制作沟槽，留出晶粒划片道，划片道为18-25um之间；在沟槽表面处理干净，使用溅射的方法在没有贴掩膜片的pn结上，溅射10-25um的pi胶来保护pn结。利用pi胶的耐高压特性和绝缘隔离功能；实现对功率半导体的耐压和pn的离子稳定性的制作工艺方法，解决传统gpp工艺功率半导体pn结使用玻璃粉钝化，防止玻璃固化后划分引起的潜在失效问题。本发明利用聚酰亚胺的聚合物所特有的绝缘性，胶的保护功率器件pn结的高韧性、容易控制、高可靠性，是一种汽车电子、工业控制功率器件半导体结解决潜大失效风险，提高产品品质的优选方法。

有益效果：

1、本发明提供的聚酰亚胺材料利用它的高温特性和超高的耐压特性来实现保护半导体结，其材料特性与半导体传统oj及gpp完全不同，是一种新型特性的材料，它的稳态工作电压可以达到343℃，对应为650f，仍具有良好的特性，材料分子结构稳定；

2、本发明采用聚酰亚胺工序，其硬度与传统玻璃烧结相比小，速度为常规划片速度的2-2.5倍；该材料在芯片切割划片过程中解决隐裂失效风险、降低了对划片金刚刀的要求，降低切刀的损耗成本；

3、本发明使用聚酰亚胺材材料的涂覆容易控制，均匀分布；不容易产生堆积和空洞。

4、本发明使用溅射的方法在没有贴掩膜片的pn结上，溅射10-25um的pi胶来保护pn结；利用pi胶的耐高压特性和绝缘隔离功能；实现对功率半导体的耐压和pn的离子稳定性的制作工艺方法，解决传统gpp工艺功率半导体pn结使用玻璃粉钝化，防止玻璃固化后划分引起的潜在失效问题。本发明利用聚酰亚胺的聚合物所特有的绝缘性，胶的保护功率器件pn结的高韧性、容易控制、高可靠性，是一种汽车电子、工业控制功率器件半导体结解决潜大失效风险，提高产品品质的优选方法。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。