一種基于反挖槽工藝的雙臺階快恢復二極管芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于半導體領域，具體涉及一種基于反挖槽工藝的雙臺階快恢復二極管芯片。
【背景技術】
[0002]快恢復二極管(簡稱FRD)是一種具有開關特性好、反向恢復時間短特點的半導體二極管，主要應用于開關電源、pmi脈寬調制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續流二極管或阻尼二極管使用。快恢復二極管的內部結構與普通PN結二極管不同，它屬于PIN結型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區I，構成PIN硅片。因基區很薄，反向恢復電荷很小，所以快恢復二極管的反向恢復時間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓(耐壓值)較高。
[0003]快恢復二極管用于高頻整流二極管時，其中的整流芯片由于其結構與工藝的特殊性，有其結構上的優點與不足，目前的整流芯片結構從上向下依次是P型擴散層、I型層和N型擴散層，從P型擴散層上用化學腐蝕法向單晶硅片內部開槽，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，固態玻璃對斷裂的PN結產生鈍化與保護的作用。這種產品所加反向電壓的極性是上P面加負電壓、下N面加正電壓的，產品在加反向電壓時，產品邊緣呈現負角造型形狀。這種結構造型的優點是，對開槽深度要求不嚴，但凡深度能超過PIN結的界面后，產品都能承受反向電壓，目前PIN結深度從P面起算，多在100微米左右，開槽深度很容易達到；隨著反向電壓的升高，等勢線將上翹，耐壓的耗盡區在N型基區的邊緣擴展不大，產品的成品率高。缺點是，產品的負角結構致使等勢線在邊緣密集，能承受的反向耐壓不高，目前國產的整流芯片很難超過1600伏水平。還有缺點是反向電壓上負下正的單一性，使后道客戶的組裝發生困難。另外，產品的N型面的面積大，客戶都將此面焊在散熱裝置上，導熱效果好，而P面的面積小，用來與引線、導電排等連接較妥，如因電極性需要，強行將整流芯片倒置焊接，不但會出現導熱效果差的問題，而且會出現二電極之間短路、擊穿、跳火等事故。眾所周知，國內螺栓式整流管的電極性規定為管座為正極(應接芯片的P面)、引線為負(應接芯片的N面)，就難以使用整流芯片組裝;大量的汽車整流元器件，要求供應電極性不同的整流芯片各占一半，形成了目前整流芯片推廣應用中的市場盲區。
[0004]另外，現有的臺面型整流芯片主要有兩種結構，一種是單挖槽臺面結構，如附圖2所示，該種結構相鄰兩芯片間有一槽型溝道2-1，溝道的側壁以及底部設有玻璃鈍化層2-2;另一種是雙挖槽臺面結構，如圖3所示，該種結構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的側壁以及底部設有玻璃鈍化層3-4。
[0005]分割芯片時，對于第一種結構的芯片首先從槽型溝道底部對玻璃層和以下的硅層進行穿通切割，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生不可避免的橫向裂紋，有的裂紋會延伸到PIN結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。對于第二種結構的芯片則從切割道上進行穿通切割，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。但形成了這樣的結構:芯片的上表面的四周邊緣為負極、中間臺面的上表面為正極。這種結構帶來的缺陷是:在制造過程中極易造成正負兩極短路，這樣會給后續的裝配帶來困難。
【實用新型內容】
[0006]根據以上現有技術的不足，本實用新型提供一種基于反挖槽工藝的雙臺階快恢復二極管芯片，其電極性與常規的整流芯片相反，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。
[0007]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，該硅基片從上往下依次包括N型擴散層、I型層和P型擴散層，所述硅基片的上表面上開設有挖槽，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臺階，其中臺階的上表面低于凸臺的上表面，PIN結暴露在挖槽的側壁上，挖槽的底部和側壁上均覆蓋有玻璃鈍化層。
[0008]其中，優選方案如下:
[0009]P型擴散層深度為130?140微米，I型層底部與挖槽底部的高度差為10?30微米。國內目前P型擴散層深度多在100微米，如從N型擴散層反挖槽到達PIN結再超過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。解決此問題的唯一方法是增加P型擴散層深度，以使其能達到130?140微米，且保證PIN結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產品所剩留厚度基本相同，則可保證后道工序的整片率。
[0010]所述臺階的上表面上覆蓋有玻璃鈍化層。
[0011 ]臺階上表面和凸臺上表面的高度差為10?30微米。
[0012]凸臺的上表面和硅基片的下表面上均設有金屬導電層。
[0013]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散形成P型擴散層、I型層和N型擴散層;在N型擴散層通過光刻、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，對暴露于挖槽側壁上的PIN結進行包覆;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電層。
[0014]本實用新型所具有的有益效果是:(I)其電極性與常規的整流芯片相反，芯片上方向面積較小的面為N型、新產品負極，芯片下方向面積較大的面為P型、新產品正極，電熱性能優于常規產品，反向耐壓高于2000伏特，高溫漏電流也顯著減小；(2)生產成本不高于常規產品，能繼續使用常規產品的在線設備、儀器、材料生產，可滿足客戶對整流芯片產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】
[0015]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0016]圖2為現有技術中的單溝道臺面型二極管芯片結構示意圖；
[0017]圖3是現有技術中的雙溝道臺面型二極管芯片結構示意圖。
[0018]圖1中:1、N型擴散層2、P型擴散層3、1型層4、挖槽5、凸臺6、臺階7、玻璃鈍化層8、金屬導電層。
[0019]圖2和圖3中標記均在【背景技術】予以了說明。
【具體實施方式】
[0020]以下結合實施例對本實用新型做進一步描述。
[0021]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，該硅基片從上往下依次包括N型擴散層1、1型層3和P型擴散層2，所述硅基片的上表面上開設有挖槽4，挖槽4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臺階6，其中臺階6的上表面低于凸臺5的上表面，PIN結暴露在挖槽4的側壁上，挖槽4的底部和側壁上均覆蓋有玻璃鈍化層7。
[0022]P型擴散層2深度為130微米，I型層3底部與挖槽4底部的高度差為20微米。國內目前P型擴散層2深度多在100微米，如從N型擴散層I反挖槽到達PIN結再超過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。解決此問題的唯一方法是增加P型擴散層2深度，以使其能達到130微米，且保證PIN結與挖槽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產品所剩留厚度基本相同，則可保證后道工序的整片率。
[0023]所述臺階6的上表面上覆蓋有玻璃鈍化層7。
[0024]臺階6上表面和凸臺5上表面的高度差為20微米。
[0025]凸臺5的上表面和硅基片的下表面上均設有金屬導電層8。
[0026]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散形成P型擴散層2、1型層3和N型擴散層I;在N型擴散層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側壁上的PIN結進行包覆;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電層8。
【主權項】
1.一種基于反挖槽工藝的雙臺階快恢復二極管芯片，其特征在于:包括硅基片，其中，該硅基片從上往下依次包括N型擴散層、I型層和P型擴散層，所述硅基片的上表面上開設有挖槽，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臺階，其中臺階的上表面低于凸臺的上表面，PIN結暴露在挖槽的側壁上，挖槽的底部和側壁上均覆蓋有玻璃鈍化層。2.根據權利要求1所述的一種基于反挖槽工藝的雙臺階快恢復二極管芯片，其特征在于:P型擴散層深度為130?140微米，I型層底部與挖槽底部的高度差為10?30微米。3.根據權利要求1所述的一種基于反挖槽工藝的雙臺階快恢復二極管芯片，其特征在于:所述臺階的上表面上覆蓋有玻璃鈍化層。4.根據權利要求1所述的一種基于反挖槽工藝的雙臺階快恢復二極管芯片，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.根據權利要求1所述的一種基于反挖槽工藝的雙臺階快恢復二極管芯片，其特征在于:凸臺的上表面和硅基片的下表面上均設有金屬導電層。
【專利摘要】本實用新型屬于半導體領域，具體涉及一種基于反挖槽工藝的雙臺階快恢復二極管芯片，包括硅基片，其中，該硅基片從上往下依次包括N型擴散層、I型層和P型擴散層，所述硅基片的上表面上開設有挖槽，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臺階，其中臺階的上表面低于凸臺的上表面，PIN結暴露在挖槽的側壁上，挖槽的底部和側壁上均覆蓋有玻璃鈍化層。本實用新型其電極性與常規的整流芯片相反，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】H01L23/31, H01L29/06, H01L29/868
【公開號】CN205194707
【申請號】CN201521012766
【發明人】宋曉彤
【申請人】宋曉彤
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月5日