基于反挖槽工藝的gpp整流芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于反挖槽工藝的GPP整流芯片新產(chǎn)品，其電極性與常規(guī)的GPP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。新產(chǎn)品電熱性能優(yōu)于常規(guī)產(chǎn)品，反向耐壓高于2000伏特。新產(chǎn)品生產(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(duì)GPP整流芯片產(chǎn)品的不同電極性要求。
【專利說(shuō)明】基于反挖槽工藝的GPP整流芯片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]基于反挖槽工藝的GPP整流芯片研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)，屬于《國(guó)家支持的高新【技術(shù)領(lǐng)域】》中“新型電子元器件一片式半導(dǎo)體器件技術(shù)”領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]目前以來(lái)，國(guó)內(nèi)整流芯片的生產(chǎn)多采用“玻璃鈍化保護(hù)”工藝，即所謂的“GPP”工藝。所生產(chǎn)的產(chǎn)品-GPP整流芯片(Glassivat1n Passivat1n Parts)產(chǎn)品，具有不含有害有毒物質(zhì)，生產(chǎn)中無(wú)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(diǎn)。GPP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(diǎn)與不足，以下根據(jù)現(xiàn)在使用的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進(jìn)行剖析。
[0003]取具有擴(kuò)散形成PN結(jié)的N型單晶硅片，從P面上用化學(xué)腐蝕法向單晶硅片內(nèi)部開(kāi)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(duì)斷裂的PN結(jié)產(chǎn)生鈍化與保護(hù)的作用，說(shuō)明書(shū)附圖1展示了 GPP整流芯片產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的剖面以及產(chǎn)品在加反向電壓時(shí)內(nèi)部等勢(shì)線的分布情況。
[0004]根據(jù)圖1所標(biāo)方向，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(shí)，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(diǎn)是，對(duì)開(kāi)槽深度要求不嚴(yán)，但凡深度能超過(guò)PN結(jié)的界面后，產(chǎn)品都能承受反向電壓，國(guó)內(nèi)目前PN結(jié)深度從P面起算，多在100微米左右，開(kāi)槽深度很容易達(dá)到；隨著反向電壓的升高，等勢(shì)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(diǎn)是，產(chǎn)品的負(fù)角結(jié)構(gòu)致使等勢(shì)線在邊緣密集，能承受的反向耐壓不高，目前國(guó)產(chǎn)的GPP整流芯片很難超過(guò)1600伏水平。還有缺點(diǎn)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。根椐圖1，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(lái)與引線、導(dǎo)電排等連接較妥，如因電極性需要，強(qiáng)行將GPP整流芯片倒置焊接，不但會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)熱效果差的問(wèn)題，而且會(huì)出現(xiàn)二電極之間短路、擊穿、跳火等事故。眾所周知，國(guó)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(chē)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(chǎng)盲區(qū)。
[0005]與現(xiàn)有GPP整流芯片電極性相反的GPP整流芯片產(chǎn)品，電熱性能不低于現(xiàn)有產(chǎn)品，生產(chǎn)成本不高于現(xiàn)有產(chǎn)品，能繼續(xù)使用在線生產(chǎn)的設(shè)備、儀器、材料，以擴(kuò)大GPP整流芯片的市場(chǎng)覆蓋率，給客戶提供更多的電極性選擇空間，是本發(fā)明的選題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種基于反挖槽工藝的GPP整流芯片新產(chǎn)品，其電極性與常規(guī)的GPP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。新產(chǎn)品電熱性能優(yōu)于常規(guī)產(chǎn)品，反向耐壓高于2000伏特。新產(chǎn)品生產(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(duì)GPP整流芯片產(chǎn)品的不同電極性要求。
[0007]本發(fā)明的目的是將常規(guī)產(chǎn)品的電極性反調(diào)，使N型面向上、P型面向下，用腐蝕方法所開(kāi)的電壓槽必須從上N面開(kāi)始向下P面方向挖進(jìn)，這就是所謂“反挖槽工藝”。產(chǎn)品能承受反向電壓的條件，是所挖槽深度必須超過(guò)PN結(jié)。這里產(chǎn)生的問(wèn)題是，國(guó)內(nèi)目前PN結(jié)深度從P面起算，多在100微米，如從N面反挖槽到達(dá)PN結(jié)再超過(guò)20微米時(shí)，所剩單晶硅片厚度僅留80微米，在后道工序操作中會(huì)引起單晶硅片大量碎裂，無(wú)法正常生產(chǎn)。解決此問(wèn)題的唯一方法是增加PN結(jié)深度，如使PN結(jié)深度從P面起算能達(dá)到130?140微米，反挖槽后所剩留單晶硅片厚度可達(dá)110?120微米，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。
[0008]所以，基于反挖槽工藝的GPP整流芯片，其結(jié)構(gòu)特征為:芯片上方向面積較小的面為N型、負(fù)極，芯片下方向面積較大的面為P型、正極；P型擴(kuò)散層深度為130?140微米，反挖槽后所剩留單晶硅片厚度為110?120微米，反挖槽內(nèi)充填燒融玻璃，反挖槽中部激光切斷成型。上述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖2。
[0009]要形成130?140微米深的P型擴(kuò)散層，其P型擴(kuò)散工藝與常規(guī)擴(kuò)散工藝有明顯不同，主要有以下幾點(diǎn):
[0010]擴(kuò)散溫度更高，例如提高到1280攝氏度；
[0011]擴(kuò)散時(shí)間更長(zhǎng)，例如增加到32小時(shí)；
[0012]P型擴(kuò)散雜質(zhì)源的配方變更，例如增加擴(kuò)散速度快的鋁雜質(zhì)，使用硼-鋁混合P型擴(kuò)散雜質(zhì)源，改變涂源方式；
[0013]P型擴(kuò)散雜質(zhì)防反型措施改進(jìn)，例如采用二端敞口擴(kuò)散管，加大通氣量；
[0014]增加P型深擴(kuò)散后后綴工藝，例如增加高能級(jí)雜質(zhì)吸收工藝、消除應(yīng)力工藝，設(shè)定P型擴(kuò)散工藝溫度時(shí)間曲線(見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖3)。
[0015]新產(chǎn)品的其它生產(chǎn)工藝可沿用常規(guī)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，沿用常規(guī)產(chǎn)品生產(chǎn)線的設(shè)備、儀器、材料等。
[0016]因?yàn)椴蔀橛昧诉吘壵苯墙Y(jié)構(gòu)，表面耐壓區(qū)增寬，新產(chǎn)品的反向耐壓明顯提高，理論和實(shí)驗(yàn)都證明，新產(chǎn)品反向耐壓值可達(dá)2000伏特及以上，高溫漏電流也顯著減小。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1，GPP整流芯片產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖中A是總片厚，B是P型擴(kuò)散層深度，C是挖槽深度，D是挖槽后單晶硅片剩余深度，E為槽中填充燒融玻璃，點(diǎn)劃線是做成單只產(chǎn)品的激光切斷線，虛線是產(chǎn)品在加上反向電壓時(shí)內(nèi)部電位的等勢(shì)線。
[0018]圖2，基于反挖槽工藝的GPP整流芯片的剖面圖。圖中A是總片厚，B是P型擴(kuò)散層深度，C是挖槽深度，D是挖槽后單晶硅片剩余深度，E為槽中填充燒融玻璃，點(diǎn)劃線是做成單只產(chǎn)品的激光切斷線，虛線是產(chǎn)品在加上反向電壓時(shí)內(nèi)部電位的等勢(shì)線。
[0019]圖3，用于P型雜質(zhì)擴(kuò)散的溫度時(shí)間曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0020]主要說(shuō)明生產(chǎn)基于反挖槽工藝的GPP整流芯片流程中，實(shí)施P型雜質(zhì)擴(kuò)散工藝所用的配方和步驟:
[0021]P型擴(kuò)散雜質(zhì)源配方為硼酸:硝酸鋁:無(wú)水乙醇，重量比為9: 20: 80 ;
[0022]在未沉積磷的單晶硅片表面上，旋轉(zhuǎn)涂覆P型擴(kuò)散雜質(zhì)源，折合涂量為每3英寸單晶硅片每面涂覆磷源液0.16毫升，旋轉(zhuǎn)涂覆速度為30轉(zhuǎn)/分鐘，嚴(yán)格控制P型擴(kuò)散雜質(zhì)源反滲到磷沉積面上，如磷沉積面上邊緣有少量滲液，用沾有無(wú)水乙醇的化纖布擦凈，涂覆后的單晶硅片可用熱板或紅外燈烘干；
[0023]P型雜質(zhì)擴(kuò)散用擴(kuò)散管為二端開(kāi)口石英圓管或碳化硅圓管，單晶硅片的磷沉積面相重合、涂覆P型擴(kuò)散雜質(zhì)源面相重合，用棒式石英舟將單晶硅片架空置于擴(kuò)散管圓心位置，沉積爐從室溫快速升溫，輪流從沉積管二端通入純凈空氣，通氣量為600升/分鐘，二端輪流通氣間隔時(shí)間為10分鐘，當(dāng)擴(kuò)散爐溫度上升到1100攝氏度后，通氣量調(diào)整為300升/分鐘，當(dāng)擴(kuò)溫度上升到1280攝氏度時(shí)，進(jìn)入擴(kuò)散恒溫階段，擴(kuò)散時(shí)間為30小時(shí)，前10小時(shí)擴(kuò)散期間，通氣量逐步減小，從開(kāi)始的300升/分鐘線性降到零，通氣期間二端輪流通氣間隔時(shí)間不變，擴(kuò)散恒溫階段結(jié)束，單晶硅片隨爐降溫到1150攝氏度，恒溫30分鐘，再降溫到825攝氏度，恒溫30分鐘，繼續(xù)降到500攝氏度，快拉出爐，用氫氟酸將擴(kuò)散粘結(jié)片泡開(kāi)。
[0024]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和P型雜質(zhì)擴(kuò)散工藝實(shí)施方式，是 申請(qǐng)人:研制樣品的成果。利用本發(fā)明的部分或全部?jī)?nèi)容，變更本說(shuō)明書(shū)中的部分或全部數(shù)椐，生產(chǎn)同類電極性產(chǎn)品，仍屬于本發(fā)明范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于反挖槽工藝的GPP整流芯片，其結(jié)構(gòu)特征為:芯片上方向面積較小的面為N型、負(fù)極，芯片下方向面積較大的面為P型、正極；P型擴(kuò)散層深度為130?140微米，反挖槽后所剩留單晶硅片厚度為110?120微米，反挖的槽內(nèi)充填燒融玻璃，反挖的槽中部激光切斷成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反挖槽工藝的GPP整流芯片，其特征在于P型雜質(zhì)擴(kuò)散改進(jìn)為以下配方和步驟: P型擴(kuò)散雜質(zhì)源配方為硼酸:硝酸鋁:無(wú)水乙醇，重量比為9: 20: 80 ； 在未沉積磷的單晶硅片表面上，旋轉(zhuǎn)涂覆P型擴(kuò)散雜質(zhì)源，折合涂量為每3英寸單晶硅片每面涂覆磷源液0.16毫升，旋轉(zhuǎn)涂覆速度為30轉(zhuǎn)/分鐘，嚴(yán)格控制P型擴(kuò)散雜質(zhì)源反滲到磷沉積面上，如磷沉積面上邊緣有少量滲液，用沾有無(wú)水乙醇的化纖布擦凈，涂覆后的單晶硅片可用熱板或紅外燈烘干； P型雜質(zhì)擴(kuò)散用擴(kuò)散管為二端開(kāi)口石英圓管或碳化硅圓管，單晶硅片的磷沉積面相重合、涂覆P型擴(kuò)散雜質(zhì)源面相重合，用棒式石英舟將單晶硅片架空置于擴(kuò)散管圓心位置，沉積爐從室溫快速升溫，輪流從沉積管二端通入純凈空氣，通氣量為600升/分鐘，二端輪流通氣間隔時(shí)間為10分鐘，當(dāng)擴(kuò)散爐溫度上升到1100攝氏度后，通氣量調(diào)整為300升/分鐘，當(dāng)擴(kuò)溫度上升到1280攝氏度時(shí)，進(jìn)入擴(kuò)散恒溫階段，擴(kuò)散時(shí)間為30小時(shí)，前10小時(shí)擴(kuò)散期間，通氣量逐步減小，從開(kāi)始的300升/分鐘線性降到零，通氣期間二端輪流通氣間隔時(shí)間不變，擴(kuò)散恒溫階段結(jié)束，單晶硅片隨爐降溫到1150攝氏度，恒溫30分鐘，再降溫到825攝氏度，恒溫30分鐘，繼續(xù)降到500攝氏度，快拉出爐，用氫氟酸將擴(kuò)散粘結(jié)片泡開(kāi)。
【文檔編號(hào)】H01L25/065GK104269398SQ201410556835
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】程德明, 胡建業(yè), 胡翰林, 汪華鋒, 汪文鋒 申請(qǐng)人:黃山硅鼎電子有限公司