CN102496619A - 一种发光二极管的保护器件芯片及生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管的保护器件芯片及生产工艺，通过采用窄衬底基区宽度结构，降低了体压降，提高了开关速度，降低了开关损耗；采用气体携带液态磷源的浅N+结的扩散方法，很好的控制了扩散结的深度及浓度梯度，增加了击穿电压的稳定性，并且具有良好的回弹性，使器件迅速导通，起到保护发光二级管的作用；增加了扩散结的平坦性、均一性，提高了保护管的可靠性及抗浪涌能力；采用电泳的玻璃钝化工艺，提高了保护管的触发电压、击穿电压的稳定性，这种发光二极管的保护管具有开关速度快、电路断电自动恢复能力强、损耗低的特点，在某一发光二极管处于开路状态时能够迅速导通，不会导致整个发光二极管矩阵瘫痪，能够使电路继续工作，为高频、高亮度电路提供了可靠的照明功能。
Description
技术领域
本发明涉及低电压触发保护器件的芯片生产技术领域， 特别涉及一种专门保护发光二极管的双向保护器件的芯片及生产工艺。
背景技术
由于发光二极管（LED）具有工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、环保等特点，目前被广泛地应用于汽车大灯、设备指示灯及各种照明电路中，但其缺点是，在电路中多个发光二极管是串联的，一个损坏就会影响整个电路都不能照明。半导体行业内还没有一种专门为发光二极管设计的低电压、快触发的可控硅双向过电压保护器件，市场上现有的可控硅器件多为大功率、高电压的整流器件，不能用于发光二极管的保护器件。因此，根据市场的需要，开发和研制专门为发光二极管设计的低电压、快触发的可控硅双向过电压保护器件已成为本技术领域技术人员努力的方向。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，填补发光二极管过压保护器件领域的空白，设计一种发光二极管的专用保护器件的芯片及生产工艺，可以使照明电路中多个串联的发光二极管中的一个损坏时，保护器件能够迅速触发导通，使照明电路正常工作。这种发光二极管的保护器件的生产工艺、结构可以使器件具有低压、开关性能好、触发快、损耗低的特点。
本发明是通过这样的技术方案实现的：一种发光二极管的保护器件芯片生产工艺，其特征在于包括如下次序的步骤：
1）氧化前处理：通过酸、碱、去离子水等工序，对硅片表面进行化学处理；
2）氧化：清洗干净的原始硅片，在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层做掩膜，为下一步光刻的校对精确先做一个标记、开N+区窗口、开沟槽、开电泳玻璃沿区、金属接触区；
3）五次光刻：对氧化后的硅片进行涂胶、光刻标记、光刻发射区窗口、光刻台面、光刻玻璃沿区域、光刻金属接触区、曝光、显影、去氧化层工序，刻出标记、发射区窗口、台面图形、电泳玻璃沿区域和金属接触区图形；
4）扩散前处理：通过电子清洗剂、去离子水超声溢水对光刻窗口后的硅片进行化学处理；
5）硼扩散预沉积：采用氮气携带液态硼源，将清洗干净的硅片放入1100～1150℃的扩散炉中进行硼源预沉积；
6）硼扩散：对预沉积后的硅片在1200～1250℃扩散炉进行扩散推进，形成P层；
7）磷源扩散预沉积：对处理干净的硅片在1100～1200℃的扩散炉中进行磷源沉积，通入液态磷源；
8）磷源主扩散：对预沉积后的硅片在1200～1250℃扩散炉进行扩散推进，形成N层；
9）扩散后处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使硅片分离，并去除表面氧化层；
10）双面台面腐蚀：使用氢氟酸、硝酸、冰乙酸，按照8:3:3的比例混合为混酸，用混酸刻蚀双面台面沟槽，混酸温度控制在8～12℃，并用去离子水冲净；
11）双面电泳：把硅片放在配置好的电泳液中，根据台面沟槽需沉积的玻璃重量设置时间，进行双面同时电泳；
12）烧结：把电泳后的硅片在800～820℃的烧结炉中进行烧结；
13）去氧化层：用稀释的氢氟酸浸泡、去离子水超声清洗去除烧结后硅片表面氧化层；
14）镀镍、镀金：将去氧化层后的硅片在专用镀槽中进行镀镍、镀金、干燥；
15）芯片切割：用划片机把镀金后的硅片从台面沟槽处划成单个芯片；
根据所述方法获得其结构为N-P-N-P-N型保护器件芯片。
本发明的发光二极管的保护器件的芯片生产工艺，通过采用窄衬底基区宽度结构，降低了体压降，提高了开关速度，降低了开关损耗；采用气体携带液态磷源的浅N+结的扩散方法，很好的控制了扩散结的深度及浓度梯度，增加了击穿电压的稳定性，并且具有良好的回弹性，使器件迅速导通，起到保护发光二极管的作用；增加了扩散结的平坦性、均一性，提高了保护管的可靠性及抗浪涌能力；采用双面电泳的玻璃钝化工艺，提高了保护管的触发电压、击穿电压的稳定性；这种发光二极管的保护器件具有开关速度快、电路断电自动恢复能力强、损耗低的特点，在某一发光二极管处于开路状态时能够迅速导通，不会导致整个发光二极管矩阵瘫痪，能够使电路继续工作，为高频、高亮度电路提供了可靠的照明功能。
采用气体携带磷液态源开窗口扩散、气体携带硼液态源扩散、双面沟槽腐蚀、双面电泳玻钝步骤使结构为N-P-N-P-N的保护器件具有低电压、触发快、低功耗的性能 。
附图说明：
图1为发光二极管的保护器件的芯片结构平面图；
图2为发光二极管的保护器件的芯片结构剖面图；
图3为发光二极管的保护器件的制备工艺流程图。
图中： 1. 芯片，2 .腐蚀沟槽，3.钝化玻璃 ，4.金属层，5 .高浓度N区；6 .P区，7.基区N 。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图详细描述本发明：
发光二极管的保护器件芯片结构为N-P-N-P-N型。
如图1所示发光二极管的保护器件的芯片平面结构依次为：芯片1， 腐蚀沟槽2，钝化玻璃3 ，金属层4，高浓度N区5；
如图2所示发光二极管的保护器件的芯片剖片结构依次为：腐蚀沟槽2，钝化玻璃3，金属层4，高浓度N区5，P区6，基区N 7。
如图3所示发光二极管的保护器件的芯片工艺流程如下：
1）氧化前处理：通过酸、碱、去离子水等工序，对硅片表面进行化学处理；
2）氧化：清洗干净的原始硅片，在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层做掩膜，为下一步光刻的校对精确先做一个标记、开N+区窗口、开沟槽、开电泳玻璃沿区、金属接触区；
3）五次光刻：对氧化后的硅片进行涂胶、光刻标记、光刻发射区窗口、光刻台面、光刻玻璃沿区域、光刻金属接触区、曝光、显影、去氧化层工序，刻出标记、发射区窗口、台面图形、电泳玻璃沿区域和金属接触区图形；
4）扩散前处理：通过电子清洗剂、去离子水超声溢水对光刻窗口后的硅片进行化学处理；
5）硼扩散预沉积：采用氮气携带液态硼源，将清洗干净的硅片放入1100～1150℃的扩散炉中进行硼源预沉积；
6）硼扩散：对预沉积后的硅片在1200～1250℃扩散炉进行扩散推进，形成P层；
7）磷源扩散预沉积：对处理干净的硅片在1100～1200℃的扩散炉中进行磷源沉积，通入液态磷源；
8）磷源主扩散：对预沉积后的硅片在1200～1250℃扩散炉进行扩散推进，形成N层；
9）扩散后处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使硅片分离，并去除表面氧化层；
10）双面台面腐蚀：使用氢氟酸、硝酸、冰乙酸，按照8:3:3的比例刻蚀双面台面沟槽，混酸温度控制在8～12℃，并用去离子水冲净；
11）双面电泳：把硅片放在配置好的电泳液中，根据台面沟槽需沉积的玻璃重量设置时间，进行双面同时电泳；
12）烧结：把电泳后的硅片在800～820℃的烧结炉中进行烧结；
13）去氧化层：用稀释的氢氟酸浸泡、去离子水超声清洗去除烧结后硅片表面氧化层；
14）镀镍、镀金：将去氧化层后的硅片在专用镀槽中进行镀镍、镀金、干燥；
15）芯片切割：用划片机把镀金后的硅片从台面沟槽处划成单个芯片；
根据所述方法获得其结构为N-P-N-P-N型保护器件芯片。
芯片测试：对单个芯片进行电参数测试。
工艺测试参数：
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
Claims (2)
1.一种发光二极管的保护器件芯片生产工艺，其特征在于，包括如下次序的步骤：
1）氧化前处理：通过酸、碱、去离子水等工序，对硅片表面进行化学处理；
2）氧化：清洗干净的原始硅片，在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层做掩膜，为下一步光刻的校对精确先做一个标记、开N+区窗口、开沟槽、开电泳玻璃沿区、金属接触区；
3）五次光刻：对氧化后的硅片进行涂胶、光刻标记、光刻发射区窗口、光刻台面、光刻玻璃沿区域、光刻金属接触区、曝光、显影、去氧化层工序，刻出标记、发射区窗口、台面图形、电泳玻璃沿区域和金属接触区图形；
4）扩散前处理：通过电子清洗剂、去离子水超声溢水对光刻窗口后的硅片进行化学处理；
5）硼扩散预沉积：采用氮气携带液态硼源，将清洗干净的硅片放入1100～1150℃的扩散炉中进行硼源预沉积；
6）硼扩散：对预沉积后的硅片在1200～1250℃扩散炉进行扩散推进，形成P层；
7）磷源扩散预沉积：对处理干净的硅片在1100～1200℃的扩散炉中进行磷源沉积，通入液态磷源；
8）磷源主扩散：对预沉积后的硅片在1200～1250℃扩散炉进行扩散推进，形成N层；
9）扩散后处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使硅片分离，并去除表面氧化层；
10）双面台面腐蚀：使用氢氟酸、硝酸、冰乙酸，按照8:3:3的比例混合为混酸，用混酸刻蚀双面台面沟槽，混酸温度控制在8～12℃，并用去离子水冲净；
11）双面电泳：把硅片放在配置好的电泳液中，根据台面沟槽需沉积的玻璃重量设置时间，进行双面同时电泳；
12）烧结：把电泳后的硅片在800～820℃的烧结炉中进行烧结；
13）去氧化层：用稀释的氢氟酸浸泡、去离子水超声清洗去除烧结后硅片表面氧化层；
14）镀镍、镀金：将去氧化层后的硅片在专用镀槽中进行镀镍、镀金、干燥；
15）芯片切割：用划片机把镀金后的硅片从台面沟槽处划成单个芯片；
根据所述方法获得其结构为N-P-N-P-N型保护器件芯片。
2.一种发光二极管的保护器件芯片，其特征在于：其结构为N-P-N-P-N型，正面截层结构依次为芯片（1），腐蚀沟槽（2），钝化玻璃（3） ，金属层（4）；高浓度N区（5）；其剖面截层结构依次为腐蚀沟槽（2），钝化玻璃（3），金属层（4），高浓度N区（5），P区（6），基区N（7）。
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Owner name: ZHONGHUAN SEMICONDUCTOR CO., LTD., TIANJIN Free format text: FORMER OWNER: TIANJIN HUANLIAN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20140730 |
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