一种压接式二极管管芯制作方法与流程

本发明涉及二极管管芯及制作方法，尤其是涉及一种压接式二极管管芯制作方法。属于半导体器件技术领域。

背景技术：

目前，现有技术是：压接式二层结构二极管管扩散片的制备：1)根据电参数的要求，选择n型硅片的电阻率及片厚，对硅单晶片双面扩n+，保留一面作阴极，然后去除另一面n+层，再扩p层形成阳极。2)再通过铝箔与钼片焊接。3)阴极经过蒸铝、铝微合金。4)磨正斜角、腐蚀正斜角，涂胶硅橡胶或聚酰亚胺等保护台面。现有工艺、流程存在有四点不足之处：1.报废的管芯钼片不能再利用。测试中电参数不合格管芯属于废品。而钼片因和芯片通过铝箔焊在一起的，经过磨正斜角、腐蚀正斜角后钼片的边沿已变形，几何尺寸与原钼片不相符，钼片跟随一起报废，造成生产成本升高。2.磨角工艺效率低。芯片和钼片焊接形成管芯后，需要逐片磨正斜角，生产效率低，磨正斜角占用芯片阴极面面积较大，引起通态压降大。3.管芯台面不能用低压化学气相淀积工艺(cvd)来淀积半绝缘多晶硅膜或氮化硅膜。管芯焊接后磨正负斜角腐蚀清洗后，不能在700-800℃高温下做低压化学气相淀积工艺(cvd)来做半绝缘多晶硅膜或氮化硅膜对正斜角进行钝化保护，原因是硅铝合金温度的熔点为577℃，芯片与钼片硬焊的温度是650℃左右，而后道制膜钝化正斜角的温度需要在700-800℃下进行，膜钝化温度高于焊接的温度，会造成阴极铝层、阳极p层的合金层在此高温下烧的过深，引起反向耐压降低报废。所以正斜角只能做一般的钝化膜保护，如聚酰亚胺、硅橡胶。此类绝缘保护材料难以阻挡多数离子杂质对正负斜角台面的沾污、侵蚀。因此在高温测试下，反向漏电流偏大，高温反偏特性不稳定，合格率低。4.管芯阳极面的钼片易氧化。管芯阳极面的钼片由于没有抗氧化的金属层，长时间存放，钼片表面会形成一层氧化层，该氧化层具有一定的热阻和电阻，增加功耗。

中国专利申请201710649775.5公开了一种整流二极管芯片结构及其制备方法该整流二极管芯片结构包括长基区n，设置在长基区n上表面的n+层，设置在长基区n下表面的p和p+层，所述n+层向下延伸至p层设有电压槽，所述电压槽位于芯片的周边，为单边槽结构；在p层平面上设置有p型凸台，所述p型凸台位于电压槽的下方；所述p型凸台的宽度大于电压槽底部的宽度。所述电压槽斜边的长度大于n型基区的厚度，以利于耗尽层的展宽。由于阴极、阳极镀镍金。该芯片只能用于软焊接(400度℃以下)，不能用于压接式器件中。因为压接式管芯是在600-700℃加入铝箔与钼片焊接，电极镍金层将会渗透入n+阴极和p层内部，导致芯片性能严重下降甚至损坏。

技术实现要素：

本发明的目的是针对以上现有技术不足之处，提供一种压接式二极管管芯及制作方法，提高产品电参数、降低生产成本、提高产品的合格率。

本发明为达到上述目的采用的技术方案是：一种压接式二极管管芯制作方法，先制成具有p型凸台、可承受反向耐压且表面未进行金属化的芯片，然后通过铝箔与钼片硬焊接；包括以下步骤：

1)制备二层结构二极管扩散片：根据电参数的要求，选择n型硅片的电阻率及片厚，双面扩n+；其中一面设置为阴极，阴极面预留电压槽区域；然后去除另一面n+,在其电压槽下方用激光打盲孔，然后扩p层阳极和p型凸台；去除硼、磷硅玻璃；清洗待用。

2)在阴极面涂光刻胶、按电压槽图案曝光、显影、腐蚀电压槽，腐蚀后冲洗去除光刻胶、烘干待用。

3)电压槽淀积半绝缘多晶硅膜或氮化硅膜，将腐蚀好的有电压槽结构的片子放在化学气相淀积设备中，淀积半绝缘多晶硅膜或氮化硅膜，按常规的制膜工艺操作，膜厚

4)电压槽玻璃钝化：将阴极面上电压槽已完成半绝缘多晶硅或氮化硅钝化膜区域再涂玻璃粉并进行钝化，形成玻璃钝化膜，钝化温度690-750℃，钝化时间30-60min；

5)刻蚀去除不需要半绝缘多晶硅膜或氮化硅保护的大部分阴极面和阳极面区域的钝化膜：对电压槽进行玻璃钝化后,再涂覆光刻胶，按照阴极面的设计图案进行曝光显影，保留电压槽上的光刻胶；显影后用稀氢氟酸去除阴极面上残留的玻璃粉；再用混合酸腐蚀液刻蚀不需要的半绝缘多晶硅膜、或用等离子设备刻蚀去除氮化硅膜保护的大部分阴极面和阳极面整个区域的钝化膜，然后放置在硫酸中去除电压槽上的光刻胶。

6)芯片与钼片的焊接：芯片与钼片焊接前，对芯片做测试，剔除不合格芯片。将芯片、铝箔、钼片重叠在一起在高真空烧结炉中在620-700℃、恒温10-20分钟下焊接，降温出炉。

7)阴极面蒸铝：将焊接好的管芯放置在高真空镀膜或磁控溅射设备中，对阴极面进行蒸铝，铝层厚度不少于

8)阴极面铝层选择腐蚀：在阴极已有铝层的面上涂光刻胶、曝光显影去除电压槽上的光刻胶，然后用铝腐蚀液进行铝刻蚀，去除阴极面上的光刻胶保留阴极面上的铝层；

9)铝层微合金：把阴极面铝层选择性腐蚀好的管芯放置在有氮气保护的合金炉中进行铝微合金，温度500-550℃，合金时间10-50min。

进一步，还包括步骤10)管芯阳极面钼片单面多层金属化：将管芯阳极面钼片朝上放置在真空磁控溅射设备中或真空镀膜机中进行钛镍银多层金属化的溅射，厚度分别为钛镍银并在温度400-450℃、时间为20-60min的下进行微合金。因为银层不易氧化，起到抗氧化作用。

更进一步，还包括步骤11)电压槽进行涂覆第三保护层：对电压槽涂聚酰亚胺或涂硅橡胶进一步的钝化保护，防止碰撞造成损伤。

本发明的积极效果是：(1)采用先在硅单晶片上先形成二层结构并具有p型凸台二极管扩散片，然后制成可以承受反向耐压的芯片，在焊接前可以对芯片逐片测试(现有技术在焊接前，芯片不具备测试条件)，先剔除掉不能承受反向耐压的芯片，对可以承受反向耐压的芯片再与钼片进行焊接，避免了钼片、化学试剂、人工的浪费，大大降低生产成本。(2)二极管芯片用腐蚀电压槽的工艺替代磨角工艺，在酸腐蚀机中一次芯片腐蚀数量达到100-300片(φ30-60mm)，比传统的逐片磨角工艺效率提高了几十倍，极大的提高了生产效率。(3)由于芯片和钼片通过焊接形成管芯，最终经过各项电参数测试少数不合格的管芯因未经过磨角、焊接后的腐蚀工序，钼片的几何尺寸未有改变，经过处理后完全可以再次利用，进一步降低了生产成本。(4)芯片电压槽由于采用了低压化学气相淀积(cvd)工艺对敏感的电压槽区域进行了第一次半绝缘多晶硅膜或氮化硅膜钝化和玻璃钝化膜的二次保护，有效的防止了多数离子杂质的污染、侵蚀，再采用聚酰亚胺和具有弹性的硅橡胶进行第三次保护，防止碰撞，显著降低了管芯在高温、动态下测试的漏电流，提高了在高温反偏下测试的稳定性和合格率。(5)二极管管芯阳极面的钼片采用了溅射或蒸发钛镍银多层金属保护，防止氧化，降低了热阻和电阻，减少了功耗。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本发明压接式管芯剖视构造示意图。

图中：1.阳极、2.n型基区、3.阴极、4.铝层、5.电压槽、6.半绝缘多晶硅膜、7.玻璃钝化膜、8.硅橡胶、9.p型凸台、10.激光盲孔、11.钼片、12.多金属化层、13.铝箔。

具体实施方式

实施例1.如图1所示，一种压接式二极管管芯制作方法，先制成具有p型凸台(9)、可承受反向耐压且表面未进行金属化的芯片，然后通过铝箔(13)与钼片(11)硬焊接；包括以下步骤：

1)制备二层结构二极管扩散片：根据电参数的要求，选择n型硅片的电阻率及片厚，双面扩n+扩散层；其中一面设置为阴极(3)，阴极面预留电压槽区域；然后去除另一面n+,在其电压槽下方用激光打盲孔(10)，然后扩p层阳极(1)和p型凸台(9)；去除硼、磷硅玻璃；清洗待用。

2)在阴极面涂光刻胶、按电压槽图案曝光、显影、腐蚀电压槽(5)，腐蚀后冲洗去除光刻胶、烘干待用。具体是将二极管二层结构的扩散片进行涂光刻胶、曝光、显影出电压槽(5)所需腐蚀的区域，然后放置在混合酸腐蚀液中腐蚀，酸液温度为-10℃～12℃，时间5-20min，所述的混合酸腐蚀液，混合酸体积比为氢氟酸5份、冰乙酸4份、发烟硝酸2份、硝酸1份。

3)电压槽淀积半绝缘多晶硅膜(6)或氮化硅膜，将腐蚀好的有电压槽结构的片子放在化学气相淀积设备中，淀积半绝缘多晶硅膜或氮化硅膜，按常规的制膜工艺操作，膜厚半绝缘多晶硅膜制作工艺参数:气体为硅烷、一氧化二氮、氯化氢；氯化氢清洁工艺参数：温度炉口575℃、炉中575℃、炉尾575℃，清洁时间40min，清洁压力200-300毫托，清洁流量100-200ml/min；sipos沉积工艺参数：温度炉口640-660℃、炉中640-660℃、炉尾640-660℃；sipos先通硅烷淀积40s后，再sipos沉积30-45min；sipos沉积压力：300毫托，气体流量：n2o为50-80ml/min，sih4为260-320ml/min；mto温度为炉口600-670℃、炉中600-670℃、炉尾600-670℃；时间20-30min；致密化炉口700-800℃、炉中700-800℃、炉尾700-800℃，时间20-30min。

4)电压槽玻璃钝化：将阴极面上电压槽已完成半绝缘多晶硅或氮化硅钝化膜区域再涂玻璃粉并进行钝化，形成玻璃钝化膜(7)，钝化温度690-750℃，钝化时间30-60min；

5)刻蚀去除不需要半绝缘多晶硅膜或氮化硅保护的大部分阴极面和阳极面区域的钝化膜：对电压槽进行玻璃钝化后,再涂覆光刻胶，按照阴极面的设计图案进行曝光显影，保留电压槽上的光刻胶；显影后用稀氢氟酸去除阴极面上残留的玻璃粉；再用混合酸腐蚀液刻蚀不需要的半绝缘多晶硅膜、或用等离子设备刻蚀去除氮化硅膜保护的大部分阴极面和阳极面整个区域的钝化膜，然后放置在硫酸中去除电压槽上的光刻胶；所述的混合酸腐蚀液体积比为氢氟酸5份、冰乙酸4份、发烟硝酸2份、硝酸1份。

6)芯片与钼片的焊接：芯片与钼片焊接前，对芯片做测试，剔除不合格芯片。将芯片、铝箔、钼片重叠在一起在高真空烧结炉中在620-700℃、恒温10-20分钟下焊接，降温出炉。

7)阴极面蒸铝：将焊接好的管芯放置在高真空镀膜或磁控溅射设备中，对阴极面进行蒸铝，铝层(4)厚度不少于

8)阴极面铝层选择腐蚀：在阴极已有铝层的面上涂光刻胶、曝光显影去除电压槽上的光刻胶，然后用铝腐蚀液进行铝刻蚀，去除阴极面上的光刻胶保留阴极面上的铝层；所述的铝腐蚀液体积比，磷酸：冰乙酸：硝酸：水＝76.58％：14.64％：3.94％：4.84％；温度60-70℃，腐蚀9-20min。

9)铝层微合金：把阴极面铝层选择性腐蚀好的管芯放置在有氮气保护的合金炉中进行铝微合金，温度500-550℃，合金时间10-50min。

进一步，还包括步骤10)管芯阳极面钼片单面多层金属化：将管芯阳极面钼片朝上放置在真空磁控溅射设备中或真空镀膜机中进行钛镍银多层金属化的溅射，厚度分别为钛镍银并在温度400-450℃、时间为20-60min的下进行微合金，形成多金属化层(12)。

更进一步，还包括步骤11)电压槽进行涂覆第三保护层：对电压槽涂聚酰亚胺或涂硅橡胶(8)。

12)管芯测试入库。

本具体实施方案中具体的操作细节，是业内人士所知悉的工艺，不再赘述。但不影响实施方案的主体内容。