刮涂法制作GPP二极管芯片工艺技术

刮涂法制作GPP二极管芯片工艺技术跟着半导体技术的发展，对半导体表面钝化的要求愈来愈高，作为二极管一种钝化材料，无疑应具备：一是优异的电气性能和靠谱性。包含电阻率、介电强度、离子迁徙率等。资料的引入不该给器件带来副作用；二是优异的化学稳固性。半导体工艺是用化学试剂开展的工艺，作为器件的钝化资料，应有必定的抗化学腐化能力；三是可操作性。工艺要简单，重复性好，能与器件制造工艺相容，资料的膨胀系数要与硅资料相一致或凑近；四是经济性。可大量量生产，制造成本要低，有市场竞争力，资料和工艺有强盛的生命力和开发潜力。依据上述要求，最近几年来市场上出现的利用半导体钝化专用玻璃制作玻璃钝化硅二极管（GPP）芯片就是一种较为理想的半导体钝化资料。目前，使用玻璃钝化硅二极管（GPP）芯片的呼声愈来愈高，并获得电子行业内人士的广泛认同。这类GPP芯片工艺为半导体平面工艺、台面工艺和玻璃烧结工艺于一体，是在硅扩散片金属化以前（玻璃钝化工艺温度同意也可以后），使用光刻胶掩膜及刻蚀V型槽（或机械式划V型槽）的台面。而后，在结表面涂敷玻璃粉以便进行台面钝化办理。玻璃粉料是由某些粘合剂及高纯度的微细玻璃粉混淆构成的悬浮液。将玻璃粉悬浮液按必定的工艺方法涂敷于V型槽内，在高温下粘合剂被烧掉，玻璃融化并在整个结的表面上形成密封保护层。涂敷玻璃常用的主要有三种方法：医用手术刀法、电泳法和光致抗蚀剂法。本文要点介绍医用刀片刮涂法制作玻璃钝化二极管芯片工艺。这类方法是将丁基卡必醇乙酸乙酯和醋酸纤维按必定比率（一般为２％，详尽可视膜厚要求定）配制粘合剂，而后加入玻璃粉配制成玻璃乳浆。操作时只需用医用刀片将玻璃乳浆刮入开好沟道的台面即可。因为这类方法工艺简单，不需要任何复杂设备，重复也好。而且能用来制造较厚的玻璃钝化膜，特别适合于台面型功率器件，如大功率高电压器件和电力电子器件等。目前大多数半导体功率器件芯片玻璃钝化工艺均采纳这类刀片刮涂法。但弊端是膜厚平均性差，玻璃浆中的结块等异样状况工艺自己没法加以剔除，刮涂时不锈钢刀片简单损害硅片的表面结构；钝化结束后，片子表面存在一层钝化玻璃，需用ＨＦ腐蚀或机械方法去除，这都会给钝化层带来不良影响。刀片刮涂法制作玻璃钝化二极管芯片的工艺流程以下：选择硅片→?硅片冲洗→?磷预淀积→?单面喷砂（减薄）→?硼扩散及磷再分布→双面喷砂去氧化层→?氮气或氧气退火（需要时）→?铂扩散及扩散后的表面腐化办理和冲洗（需要时）→V型槽台面腐化→?生长二氧化硅膜或LPCVD淀积氮化硅膜（钝化保护）→?玻璃钝化→ＨＦ漂洗（腐化）硅表面→?双面镀镍（电极）→?晶圆划片－→分片、冲洗、包装。主要相关生产工艺介绍以下：1、优选拥有适合电阻率和厚度的N型硅单晶片采纳N型直拉单晶硅。硅片电阻率：15-20、20-25Ω·cm，选择原始硅片厚度约27010?m；电阻率25-30、30-35、35-40、40-45、45-50Ω·cm，应选择厚度约290±10?m；以上电阻率所对应的击穿电压VR大体为：600-900、900-1100、1000-1200、1200-1400、1400-1600、1500-1600、1600-1700。2、硅片的冲洗硅片表面冲洗是制造半导体器件的重要环节，用混淆酸、冲洗剂和纯水在冲洗槽或超声波冲洗机内冲洗硅片，使其表面干净并烘干。冲洗过程：3号液腐化3-5分钟－→1号液煮沸2－3分钟－→2号液煮沸2－3分钟－→超纯水冲洗。1号液配比：氨水：H2O2：超纯水＝1：2：5；⑵2号液配比：HCI：H2O2：超纯水＝1：2：8；⑶3号液配比：硝酸：氢氟酸：冰醋酸=3：3：1。最后用HF:H2O＝1：10漂10－20秒，除去硅片表面自然氧化层，用超纯水冲洗、烘干备用。3、磷预淀积扩散磷源：美国Filmtronics公司P60纸质源。在每两片硅片中间放一张磷源纸，将硅片摆列整齐并压紧在石英舟中。在干净的石英管内，经过1220℃高温2小时左右，使磷原子扩散到硅片内。磷表面方块电阻<0.1Ω/□、Xjn≈20?m。磷预堆积结束后，硅片会黏结成圆柱形。4、磷扩散片泡酸分别及喷砂减薄⑴?将此“圆柱体”浸泡在氢氟酸中，数天后使硅片相互分别开；⑵?硅片经自来水冲洗后，喷砂去除未附磷纸那一面的扩散层，同时减薄硅片去除约15?m；?用混淆酸、冲洗剂和纯水在冲洗槽或超声波冲洗机内冲洗硅片，去除硅片表面的缺点，金属杂质，可动离子和有机物，使其表面干净并烘干。5、硼扩散及磷再分布扩散硼源：a、美国Filmtronics公司B40纸质源；b、?无水乙醇∶硝酸铝∶三氧化二硼＝150：5：8。?第一种硼源是在磷面背靠背的两片喷砂面中间放一张硼源纸，将硅片摆列整齐并压紧在石英舟中；第二种磷源是在喷砂面涂覆（喷涂法或旋敷涂法）一层溶有三氧化二硼和硝酸铝的混合溶剂，烘烤后再次排放在石英舟中并压紧；?在专用石英管中，经过1250℃高温21～35小时进行硼（或含铝）的扩散。同时，进行磷的再分布扩散；⑶?扩散后检测扩散结深和混淆浓度。硼表面方块电阻<0.1Ω/□、Xjn≈60?m；结深：Xjp45～90?m（扩硼）或60～110?m（扩硼铝）；⑷?基区宽度控制在大体100?m左右。6、硼扩散片泡酸分别及喷砂去氧化层⑴?再次将此硼扩散“圆柱体”浸泡在氢氟酸中，数天后使硅片相互分别开。⑵?经自来水冲洗后，双面喷砂去除约10?m两面的磷、硼扩散形成的氧化层。⑶?用混淆酸、冲洗剂和纯水在冲洗槽或超声波冲洗机内冲洗硅片，使其表面干净并烘干。7、光刻沟槽⑴?预烘。所有硅片在甩胶前需在175℃烘箱内预烘60分钟；?甩胶。在转盘上搁置硅片，在硅片表面上滴入适当SC450cp,按下真空开关开始甩胶。第一步低速匀胶：转速800转、时间10秒；第二步高速甩胶：转速1500～2000转、时间10～15秒；?前烘。将甩胶好的片子装入载片盒放入85℃烘箱内预烘10分钟，再置入110℃胶膜前烘箱内烘30分钟；⑷?曝光。光强度500毫焦/平方厘米、时间30～45秒；⑸?显影。将曝光好的片子装入载片盒放入显影缸中显影45秒，再置入定影缸中定影秒。注意：显影时应往返晃动载片盒数次；⑹?坚膜。显影后将硅片晾干，而后放入145℃的坚膜烘箱内坚膜30分钟。8、腐化V型槽?腐化V型槽。腐化液配比，硝酸：氢氟酸：冰醋酸=3～6：3：1，腐化在冰水中进行，时间20-25min（腐化时间随槽深而确立），槽深80-120μm?，要点是控制好腐化速率。并使管芯形成尽量大的（40°-75°）负斜角台面。温度

⑵V型槽台面腐化。腐化液配比，硝酸：氢氟酸：冰醋酸：硫酸20℃±2℃，时间45s--90s。

=9：9：10-12：4。?表面钝化：钝化液配比，过氧化氢：磷酸：去离子水=1：1：2-4；温度70℃±5℃，时间40s--60s。?去光刻胶：温度500--520℃，时间15--20min，通气O2，6L/min或化学方法去除光刻胶。9、氧化生长SiO2层（要求厚度1～2nm）氧化炉温800℃，通湿氧5分钟或720℃，通湿氧10--15分钟。可生长1.5nm左右的SiO2层。注：在槽内先生长1～2nm厚的氧化层可能对硅表面阻断电压的形成有益。10、涂敷玻璃粉及玻璃熔凝（烧成）⑴?玻璃粘合剂配方：乙基纤维素：丁基卡必醇=1.5--2.5g?：100ml。加热至150℃使所有溶解，或加热至80℃以上超声至所有溶解。⑵?玻璃乳浆配方：玻璃粘合剂：玻璃粉=1：。略加搅拌后超声40–60min成悬浮液。乳浆的黏度决定玻璃层的厚度，而粘合剂的配比则决定了玻璃乳浆的黏度。粘合剂的纯度对钝化玻璃的致密性产生较大的影响，从而影响器件的电特征。?用玻璃棒蘸1–2滴玻璃乳浆涂到置于旋转真空吸盘上的硅片上，用刀片沿矩形芯片对角线方向刮涂两次，将硅片旋转90°再刮涂两次，使槽中填满玻璃乳浆。?将硅片置于110±2℃烤盘上烘烤2min，置于旋转真空吸盘在转速800～1000rpm下用橡胶圆块轻轻擦去硅片表面残留的玻璃粉（也可拿个小刷子轻轻扫涂有玻璃粉的硅片表面，保证涂层平均再入炉），而后以必定间隔直立插放在石英舟上准备进炉。?玻璃预烧。玻璃粉涂敷以后，将晶片放在200°C下，以使溶液蒸发烘干。而后将硅片放入500℃焙烧炉中通入氧气焙烧15分钟，以烧去有机溶剂（或光刻胶膜）。烧完后只留下沟槽中的白色粉末玻璃。以5–8℃/min(或推拉速度为50mm/min)升温至转变温度（如GP-200玻璃粉的转变温度560℃）保温20～30分钟，炉口预热及冷却各5--10min。?擦抹预烧后硅片。将预烧后的硅片表面的玻璃粉擦抹干净，注意沟槽内玻璃浆不要擦掉。沿对角线方向轻擦去硅片表面残留的玻璃粉（此步骤依据成效弃取）。?玻璃烧成。进出方式同玻璃预烧，在必定比率的氧气+氮气氛围中烧成。各种玻璃粉的熔凝典型温度一般在720-860℃之间，与玻璃成分相关（如GP-200玻璃粉的融化温度820℃）。温度曲线按附件1玻璃粉产品说明书实行。严格控制玻璃烧结熔凝温度和氧气中的含氮肚量是制备优良玻璃钝化层的要点。附件2是以GP-5210玻璃粉进行玻璃钝化工艺介绍。注：芯片如需要加厚玻璃层时，依据⑶～⑺的次序再重新操作一遍。12、ＨＦ漂洗（腐化）硅表面用HF:H2O＝1：3～5漂20－40秒，除去硅片表面残留玻璃层及氧化物，用超纯水冲洗、烘干备用。注意：严格控制腐化速率、时间及腐化厚度。13、双面化学镀镍镀镍液配方：氯化镍30克/升、次亚磷酸钠10克/升、氯化铵50克/升、柠檬酸氢二铵65克/升。镀镍液加热至沸腾，加入氨水25ml调理pH值至9左右，将硅片放入镀镍液中，时间5-7分钟。一次镀镍、冲洗烘干后进行680--750℃在含氮气或氮氢混淆气体中烧渗，时间30—40分钟，让镍、硅形成微合金层。烧渗后镍层表面发黄需用硝酸腐化，再用氢氟酸漂洗，硅片冲洗干净后再镀上一层可焊性优异的新的化学镀镍层。注：快恢复二极管需要在化学镀镍前扩铂?铂源：a、美国Filmtronics公司Pt920液态源；b、?无水乙醇∶三氯化铂=100：；⑵?在扩散片磷面旋转涂敷铂源，烘干后铂面背靠背排放在石英舟中并压紧；⑶?推入专用石英管道中。炉温860℃-980℃；时间：45-60分钟。对应的恢复时间Trr：200-35ns。需要指出的是，扩铂片应按不一样硅片电阻率、正向压降VF和恢复时间Trr适合确立原始硅片的厚度。一般为：电阻率10-15Ω·cm、正向压降VF小于1V、恢复时间Trr小于50ns的原始硅片厚度选220±10?m；15-30Ω·cm、正向压降VF小于1.2V、恢复时间Trr小于150ns的原始硅片厚度为250±10?m；30-45Ω·cm、正向压降VF小于1.3V、恢复时间Trr小于200ns的原始硅片厚度为280±10?m。14、晶圆划片工艺采纳高速砂轮划片机或激光划片机。⑴?高速砂轮划片机工艺：气压：6.5—7.2kg/cm