一种简化制程的刀刮二极管芯片及其制作方法与流程

1.本发明属于半导体晶圆制造领域，具体涉及一种简化制程的刀刮二极管芯片及其制作方法。


背景技术：

2.随着半导体工艺技术的发展，对半导体器件的性能要求越来越高。晶圆通过化学腐蚀分割出独立的管芯后，由于腐蚀酸液对硅的各向同性，导致侧面观察管芯顶端较为突出，常规刀刮法芯片在使用过程中电场会在尖端击穿放电。若采用正常擦干净表面粉的方法，尖角处几乎无玻璃保护，漏电不良更会严重放大，失效比例会提高，如图1。
3.目前针对此改善的方向有两种：方法一是台面预留一定厚度的玻璃，后面通过增加一次光刻对焊接面的玻璃进行腐蚀去除，如图2；方法二是在沟槽腐蚀前增加一道光刻，对边缘区域做一次预腐蚀，如图3。均是增加了一道光刻工艺，生产周期加长且成本增加，而且相应的造成后续焊面积缩小，从而影响产品vf参数。


技术实现要素：

4.本发明针对上述的问题，提供了一种简化制程的刀刮二极管芯片及其制作方法。
5.为了达到上述目的，本发明使用的技术方案为：一种简化制程的刀刮二极管芯片，二极管芯片使用n型硅片基底，在底部进行磷源扩散制作n+，上部进行硼源扩散制作p+，n+底部及p+上部均设有镍/金金属层，芯片四周及边缘“鸟嘴”均包裹在玻璃钝化保护层内。
6.作为优选鸟嘴部分由原来的与台面平齐形成下移的状态，从而增加尖角部分的玻璃保护厚度，提升产品的稳定性。
7.作为优选鸟嘴处于与台面平齐的玻璃保护之下，整个台面均是可焊接面。
8.一种简化制程的刀刮二极管芯片的制作方法，具体包含以下步骤：1）基片选材：使用n型单晶硅片制作。
9.2）基片清洗：硅片经过混酸漂洗去除硅片切割研磨后产生的表面损伤层，后经过表面清洗剂等超声清洗去除表面残留颗粒，然后去离子水进行超声清洗，最后进行甩干烘干。
10.3）磷扩散：硅片一面进行定量磷液态源涂覆，烘烤固化冷却后，收片压舟，以立扩的方式进入3点控温高温炉进行扩散，形成一定浓度与结深的n+层。
11.4）一次吹砂清洗：去除硅片经过磷扩散表面形成的磷硅玻璃层，再进行金刚砂喷除处理，然经过表面清洗剂等超声清洗后进行甩干烘干。
12.5）硼扩散：硅片经过吹砂未扩磷的一面，通过定量液态硼源的涂覆，烘烤固化冷却后，收片压舟，以立扩的方式进入3点控温高温炉进行扩散，形成一定浓度与结深的p+层。
13.6）二次喷砂清洗：去除硅片经过硼扩散表面形成的硼硅玻璃层，再进行金刚砂喷除处理，然经过表面清洗剂等超声清洗后进行甩干烘干。
14.7）氧化退火：在通入定量氧气的三点控温高温炉内，去除硅片的应力，表面的氧化层具有吸杂的作用。
15.8）一次光刻：在硅片扩硼面涂覆一层均匀的负性光刻胶，软烤后进行曝光、显影、定影及硬烤坚膜，以将设计的掩膜版上的图形复制到表面。
16.9）沟槽腐蚀：光刻后的硅片在一定比例混酸（硝酸/氢氟酸/冰乙酸/硫酸）内进行沟槽腐蚀暴露出pn结，有光刻胶附着的区域被保护不参与反应。
17.10）鸟嘴腐蚀：沟槽腐蚀后经过分割的芯片边缘鸟嘴已形成，再使用一定比例混酸（硝酸/氢氟酸/冰乙酸/磷酸）进行腐蚀处理。
18.11）清洗：对腐蚀后暴露的pn结，通过混酸漂洗、氢氟酸去氧化、rca清洗、超声清洗。
19.12）刮涂玻璃粉（含擦粉）：将玻璃粉刮涂在硅片清洗后pn结沟槽内，经过烘烤固化后，对表面进行擦粉处理，仅留沟槽内的玻璃。
20.13）玻璃钝化：在高温炉管内，沟槽内的玻璃经历软化、熔融、降温固化形成致密稳定的保护层。
21.14）去氧化：浸泡缓冲氧化物刻蚀液boe（氟化铵：氢氟酸=6-8:1）对经过高温后硅片表面形成二氧化硅氧化层进行去除，以便后续金属化。
22.15）镀镍/金：以化学镀的方式在硅片表面镀上一层镍金属层，在低温炉内进行镍烧结形成镍硅合金，再镀一次镍增加焊接性，还可加镀一层金增加其抗氧化性能。
23.16）电性测试：按照产品设计要求，分隔后的芯片进行100%测试，不良芯片被打点器标记上墨点。
24.17）激光切割：使用红外激光将硅片上的芯片按照黄光设计版图进行切割，分割成独立的半导体二极管芯片。
25.作为优选所述步骤3）液态磷源为磷酸二氢铵与无水乙醇的混合液，磷扩散温度1200-1270℃，扩散时间2-5小时，期间通入高纯氮气与氧气，其比例为5-8:1-2。经过高温磷扩散后形成一定浓度与深度的n+层，n+层方块电阻要求0.25-0.35ω/口，深度10-20um。
26.作为优选所述步骤5）液态硼源为氧化硼、硝酸铝溶于乙二醇乙醚的混合液，彭扩散温度1260-1270℃，扩散时间22-30小时，期间通入高纯氮气与氧气，其比例为3-6:1-2.经过高温硼扩散形成一定浓度与深度的p+层，p+层方块电阻要求0.1-0.2ω/口，深度95-115um。
27.作为优选所述步骤9）硅片使用低温硝酸：氢氟酸：硫酸：冰醋酸=9:9:12:4-8混酸进行腐蚀，作业温度-10至-3摄氏度，时间900-1500秒，腐蚀深度135-160um。
28.作为优选所述步骤10）此为本发明的核心工序，沟槽腐蚀后的硅片加硝酸：氢氟酸：磷酸：冰醋酸=3-6:1-2:1:1-2混酸腐蚀，作业温度-3至3℃，时间180-420秒，在高浓度尖角区腐蚀速率加快形成连锁反应，反应生气的气泡使酸液与表面尖角反应多于沟槽内。
29.与现有技术相比，本发明的优点在于：1、去鸟嘴混酸使鸟嘴部分下移至位于台面以下5-20um，与台面平齐的玻璃可以进行很好的保护，产品不易打火，电性能稳定。
30.2、由于尖角下移，可使用简单的直接擦粉工艺，台面及以上的玻璃粉均可直接去除，只保留台面平面下沟槽内的玻璃，省去镀镍前的去玻璃及所需要的光刻和腐蚀。
31.3、有效焊接面大，可直接在玻璃钝化后进行整片浸boe去氧化，裸露的台面整个都可作为镀镍/金面，使用光刻工艺设计焊接面需要小于台面方便作业及留有腐蚀余量（以产品44mil为例，光刻工艺台面26mil左右，此工艺台面可达30mil左右）。
32.4、满足各项电性能参数的前提下，比方法一减少了一道去玻璃前黄光工序（匀胶/软烤/曝光/显影/硬烤），共计2个工作日；比方法二减少了一道腐蚀鸟嘴前黄光工序（匀胶/软烤/曝光/显影/硬烤），共计2个工作日，生产周期及物料成本（黄光工序占生产成本比例较高）显著降低。
附图说明
33.图1是传统采用正常擦干净表面粉的方法制作晶圆的示意图。
34.图2是传统光刻方式制作晶圆的示意图一。
35.图3是传统光刻方式制作晶圆的示意图二。
36.图4-10是本发明的制作晶圆的流程示意图。
37.图中，（1）是n型硅衬底，（2）是磷扩散层，（3）是硼扩散层，（4）是常规腐蚀后的鸟嘴，（5）是沟槽，（6）是经过腐蚀下移的鸟嘴，（7）是玻璃钝化层，（8）是镍/金层。
具体实施方式
38.下面结合附图4-10和实施例对本发明做进一步的说明：实施例1：如结构图所示，本发明所述一种简化制程的刀刮二极管芯片及其制作方法，包括如下步骤：1）基片选材：本产品选用n型晶向《111》的硅片生产，电阻率采用25-35ω.cm，硅片厚度280-295um。
39.2）基片清洗：硅片经过混酸漂洗去除硅片切割研磨后产生的表面损伤层，后经过表面清洗剂等超声清洗去除表面残留颗粒，然后用阻值》16mω的去离子水进行超声清洗。
40.3）磷扩散：硅片一面进行定量磷液态源涂覆，烘烤固化冷却后，收片压舟，以立扩的方式进入3点控温高温炉进行扩散，磷扩散温度1200-1270℃，扩散时间2-5小时，期间通入高纯氮气与氧气，其比例为5-8:1-2。经过高温磷扩散后形成一定浓度与深度的n+层，n+层方块电阻要求0.25-0.35ω/口，深度10-20um。
41.4）一次吹砂清洗：去除硅片经过磷扩散表面形成的磷硅玻璃层，再进行金刚砂喷除处理，然经过表面清洗剂等超声清洗后进行甩干烘干。
42.5）硼扩散：硅片经过吹砂未扩磷的一面，通过定量液态硼源的涂覆，烘烤固化冷却后，收片压舟，以立扩的方式进入3点控温高温炉进行扩散，硼扩散温度1260-1270℃，扩散时间22-30小时，期间通入高纯氮气与氧气，其比例为3-6:1-2.经过高温硼扩散形成一定浓度与深度的p+层，p+层方块电阻要求0.1-0.2ω/口，深度95-115um。
43.6）二次喷砂清洗：去除硅片经过硼扩散表面形成的硼硅玻璃层，再进行金刚砂喷除处理，然经过表面清洗剂等超声清洗后进行甩干烘干。
44.7）氧化退火：在通入定量氧气的三点控温高温炉内，去除硅片的应力，表面的氧化层具有吸杂的作用。温度采用1150-1260℃，时间2-4小时，过程通入高纯氧气2-6升/分钟。
45.8）一次光刻：在硅片扩硼面涂覆一层均匀的负性光刻胶，软烤后进行曝光、显影、定影及硬烤坚膜，以将设计的掩膜版上的图形复制到表面。
46.9）沟槽腐蚀：光刻后的硅片在低温硝酸：氢氟酸：硫酸：冰醋酸=9:9:12:4-8混酸进行腐蚀，作业温度-10至-3摄氏度，时间900-1500秒，腐蚀深度135-160um。
47.10）鸟嘴腐蚀：沟槽腐蚀后的硅片加硝酸：氢氟酸：磷酸：冰醋酸=3-6:1-2:1:1-2混酸腐蚀，作业温度-3至3℃，时间180-420秒，使鸟嘴比台面平面下移5-20um。
48.11）清洗：对腐蚀后暴露的pn结，通过混酸漂洗、氢氟酸去氧化、rca清洗、超声清洗，最后通过去离子水冲水阻，阻值需》12mω。
49.12）刮涂玻璃粉（含擦粉）：将玻璃粉刮涂在硅片清洗后pn结沟槽内，经过烘烤固化后，对表面进行擦粉处理，仅留沟槽内的玻璃。
50.13）玻璃钝化：先经过低温500℃烧出有机物，然后玻璃经历软化、熔融（820-860℃）、降温固化形成致密稳定的保护层。
51.14）去氧化：浸泡boe（氟化铵：氢氟酸=6-8:1）对经过高温后硅片表面形成二氧化硅氧化层进行去除，以便后续金属化。
52.15）镀镍/金：以化学镀的方式在硅片表面镀上一层镍金属层，在低温炉内进行镍烧结形成镍硅合金，再镀一次镍增加焊接性，还可加镀一层金增加其抗氧化性能。
53.16）电性测试：按照产品设计要求，分隔后的芯片进行100%测试，不良芯片被打点器标记上墨点。
54.17）激光切割：使用红外激光将硅片上的芯片按照黄光设计版图进行切割，分割成独立的半导体二极管芯片。
55.18）经过清洗脱水，刀刮二极管芯片制作完成。
56.本发明二极管芯片使用n型硅片基底，在底部进行磷源扩散制作n+，上部进行硼源扩散制作p+，n+底部及p+上部均设有镍/金金属层，芯片四周及边缘“鸟嘴”均包裹在玻璃钝化保护层内。其制作流程：基片清洗
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磷扩散
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一次吹砂清洗
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硼扩散
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二次吹砂清洗
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氧化退火
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一次光刻
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沟槽腐蚀
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鸟嘴腐蚀
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清洗
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刮涂玻璃粉（含擦粉）
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玻璃钝化
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去氧化
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镀镍/金
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电性测试
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激光切割等工序。本发明鸟嘴处直接做腐蚀使其下移（此时鸟嘴处于与台面平齐的玻璃保护之下，不易打火，耐压高，可靠性好），其并未增加光刻处理；且在刮涂玻璃后采用较易操作的擦粉代替了后续的二次光刻做台面玻璃去除（可焊接面积增加，有利于降低vf），在不影响品质的前提下，此两项改进直接缩短了生产周期，而且节约了黄光工序的光刻胶及相应的人工成本。