CN102983077B - 一种二极管芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二极管芯片的制备方法，尤其属于快恢复二极管芯片的制备方法。包括N+层和P+层，采用如下步骤进行A）在 N+型衬底硅片正面生长至少一层用于电流漂移的N型层；B)、在N型层表面生长一层二氧化硅；C）、在二氧化硅上涂覆光刻胶；D）、在光刻胶上光刻出分压环窗口和主结窗口，腐蚀沟槽；E）、D）步骤后采用离子注入法，生成P+层和P-层，形成以P+层为主结，至少一个分压环P-层为副结的闭合环；F）对腐蚀后沟槽涂覆玻璃钝化层；G）、在N+层和P+层表面均溅射镀镍合金层。采用本发明的技术方案，具有正、反向恢复时间短，抗反向击穿电压高的优点。
Description
技术领域
本发明公开了一种二极管芯片的制备方法，尤其属于快恢复二极管芯片的制备方法。
背景技术
现在市场上应用的高压二极管通常为普通高压二极管和快恢复高压二极管，
普通高压二极管芯片单芯片反向击穿电压VR主要为1200V-1600V，以常用10000V高压二极管为例，单个高压二极管需要串联组装8-10颗二极管芯片，正向导通压降（VF）在8-10V左右； 快恢复高压二极管其单个芯片反向恢复电压VR主要为1200V，同样已10000V快恢复高压二极管为例，其内需串联至少10-11颗芯片，反向恢复恢复时间trr：40-70ns（测试条件If=0.5A,Ir=1A,Irr=0.25A）,正向约14-16V ；因受封装总数的制约，10000V超压硅堆长度约22*7.5*7.5(mm),整体尺寸制约整机尺寸；比如，目前国内变频微波炉采用的快恢复高压二极管主要采购为日本松下等进口元器件，国内高压二极管厂家产品主要集中在普通高压二极管。
随后出现了发明名称为一种快恢复二极管芯片的制备方法，申请号为 201210308248，申请日为2012年8月28日 的专利技术方案。该专利技术方案是：硅片清洗、氧化、一次扩散、二次清洗、二次扩散、三次清洗、三次扩散、氧化、背面半导体复合中心杂质引入、一次光刻、台面成型、玻璃钝化、二次光刻、正面镀膜、三次光刻、背面镀膜，最后划成独立的芯片。该专利技术方案虽然解决了击穿电压可以根据用户的要求进行调节的问题；并解决了反向恢复软度因子大，反向恢复时间小的弊病。但依然存在没有很好解决提高反向击穿电压的问题，而且采用上述方式，芯片的正向导通电压相应提高，致使芯片会发热，进而影响芯片的工作性能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种正、反向恢复时间短，抗反向击穿电压高的优点的二极管芯片，并且，本发明产品还具有散热效果好的优点。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：
一种二极管芯片的制备方法, 包括N+层和P+层，其特征在于,采用如下步骤进行:
A）、在 N+型衬底硅片正面生长至少一层用于电流漂移的N型层；
B)、在N型层表面生长一层二氧化硅；
C）、在二氧化硅层上涂覆光刻胶；
D）、在光刻胶上光刻出分压环窗口和主结窗口，腐蚀沟槽；
E）、上述D）步骤后，采用离子注入法，生成P+层和P-层，形成以P+层为主结，至少一个分压环P-层为副结的闭合环；
F）对腐蚀后沟槽涂覆玻璃钝化层；
G）、在N+层和P+层表面均溅射镀镍合金层。
本发明所述C）步骤中涂覆的光刻胶，采用动态喷洒工艺涂覆。
本发明所述D）步骤中的光刻，采用辐射源将图像转移到光刻胶上，曝光后在110-130℃下烘烤1-2分钟，显影成形。
本发明所述显影采用水坑式显影，喷覆显影液到硅片表面，并形成水坑形状，将硅片固定或旋转，涂覆3—5次显影液后用去离子水冲洗并旋转甩干，显现光刻胶中的潜在图形；显影后在100-130℃下烘烤1-2分钟，挥发残溶液，坚膜。
本发明所述涂覆光刻胶在80-120℃条件下软烤1-2分钟。
本发明所述所述D）步骤中采用氢氟酸腐蚀。
本发明所述辐射源采用红外线辐射源。
涂光刻胶： 要求：厚度适当，均匀，粘附性好，表面无颗粒划痕；在80-120℃条件下软烤1-2分钟；
对准并曝光曝光：在光刻机上通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准后，掩模板与光刻胶层进行接触安装，通过KrF氟化氪DUV光源进行曝光，去掉曝光区光刻胶；曝光后在110-130℃下烘烤1-2分钟；
显影：采用水坑式显影，喷覆足够的显影液到硅片表面，并形成水坑形状，硅片固定或慢慢旋转，旋覆3—5次显影液后用去离子水冲洗并旋转甩干，显现光刻胶中的潜在图形；显影后在100-130℃下烘烤1-2分钟，挥发残溶液，坚膜；
由于本发明采用上述技术方案，具有如下有益效果：
首先，增加用于电流漂移的N型层，缩短了正、反向的恢复时间；
其次，增加分压的P—层，并将P—层设置为闭合环，提高了抗反向击穿电压；
第三，在P—层上增加玻璃钝化层，不但起到了保护芯片的作用，还具有散热和进一步提高抗击穿电压的效果；
第四，N+层和P+层表面均设置有镀镍合金层，或在P+层表面设置有金属铝层，具有散热的效果，还具有粘接焊锡或固定芯片的目的；
第五，采用动态喷洒工艺涂覆光刻胶，使得光刻胶可以均匀地涂覆在二氧化硅层上，并且厚度满足光刻要求，为显影提供了有利条件；
附图说明
图1是本发明的侧面示意图；
图2是本发明的正台面图；
图3是本发明的负台面图。
图中：1、N+层 2、P+层， 3、N型层 4、所述P—层
5、玻璃钝化层 6、镀镍合金层
具体实施方式
实施例1
一种二极管芯片的制备方法, 包括N+层和P+层，其特征在于,采用如下步骤进行:
A）、在 N+型衬底硅片正面生长至少一层用于电流漂移的N型层；
B)、在N型层表面生长一层二氧化硅；
C）、在二氧化硅层上涂覆光刻胶；
D）、在光刻胶上光刻出分压环窗口和主结窗口，腐蚀沟槽；
E）、上述D）步骤后，采用离子注入法，生成P+层和P-层，形成以P+层为主结，至少一个分压环P-层为副结的闭合环；
F）对腐蚀后沟槽涂覆玻璃钝化层；
G）、在N+层和P+层表面均溅射镀镍合金层。
实施例2
一种二极管芯片的制备方法, 包括N+层和P+层，其特征在于,采用如下步骤进行:
A）、在 N+型衬底硅片正面生长至少一层用于电流漂移的N型层；
B)、在N型层表面生长一层二氧化硅；
C）、在二氧化硅层上涂覆光刻胶；
D）、在光刻胶上光刻出分压环窗口和主结窗口，腐蚀沟槽；
E）、上述D）步骤后，采用离子注入法，生成P+层和P-层，形成以P+层为主结，至少一个分压环P-层为副结的闭合环；
F）对腐蚀后沟槽涂覆玻璃钝化层；
G）、在N+层和P+层表面均溅射镀镍合金层。
所述C）步骤中涂覆的光刻胶，采用动态喷洒工艺涂覆。
实施例3
一种二极管芯片的制备方法, 包括N+层和P+层，其特征在于,采用如下步骤进行:
A）、在 N+型衬底硅片正面生长至少一层用于电流漂移的N型层；
B)、在N型层表面生长一层二氧化硅；
C）、在二氧化硅层上涂覆光刻胶；
D）、在光刻胶上光刻出分压环窗口和主结窗口，腐蚀沟槽；
E）、上述D）步骤后，采用离子注入法，生成P+层和P-层，形成以P+层为主结，至少一个分压环P-层为副结的闭合环；
F）对腐蚀后沟槽涂覆玻璃钝化层；
G）、在N+层和P+层表面均溅射镀镍合金层。
所述C）步骤中涂覆的光刻胶，采用动态喷洒工艺涂覆。所述D）步骤中的光刻，采用辐射源将图像转移到光刻胶上，曝光后在110-130℃下烘烤1-2分钟，显影成形。
实施例4
一种二极管芯片的制备方法, 包括N+层和P+层，其特征在于,采用如下步骤进行:
A）、在 N+型衬底硅片正面生长至少一层用于电流漂移的N型层；
B)、在N型层表面生长一层二氧化硅；
C）、在二氧化硅层上涂覆光刻胶；
D）、在光刻胶上光刻出分压环窗口和主结窗口，腐蚀沟槽；
E）、上述D）步骤后，采用离子注入法，生成P+层和P-层，形成以P+层为主结，至少一个分压环P-层为副结的闭合环；
F）对腐蚀后沟槽涂覆玻璃钝化层；
G）、在N+层和P+层表面均溅射镀镍合金层。
所述C）步骤中涂覆的光刻胶，采用动态喷洒工艺涂覆。所述D）步骤中的光刻，采用辐射源将图像转移到光刻胶上，曝光后在110-130℃下烘烤1-2分钟，显影成形。所述显影采用水坑式显影，喷覆显影液到硅片表面，并形成水坑形状，将硅片固定或旋转，涂覆3—5次显影液后用去离子水冲洗并旋转甩干，显现光刻胶中的潜在图形；显影后在100-130℃下烘烤1-2分钟，挥发残溶液，坚膜。
实施例5
一种二极管芯片的制备方法, 包括N+层和P+层，其特征在于,采用如下步骤进行:
A）、在 N+型衬底硅片正面生长至少一层用于电流漂移的N型层；
B)、在N型层表面生长一层二氧化硅；
C）、在二氧化硅层上涂覆光刻胶；
D）、在光刻胶上光刻出分压环窗口和主结窗口，腐蚀沟槽；
E）、上述D）步骤后，采用离子注入法，生成P+层和P-层，形成以P+层为主结，至少一个分压环P-层为副结的闭合环；
F）对腐蚀后沟槽涂覆玻璃钝化层；
G）、在N+层和P+层表面均溅射镀镍合金层。
所述C）步骤中涂覆的光刻胶，采用动态喷洒工艺涂覆。所述D）步骤中的光刻，采用辐射源将图像转移到光刻胶上，曝光后在110-130℃下烘烤1-2分钟，显影成形。所述显影采用水坑式显影，喷覆显影液到硅片表面，并形成水坑形状，将硅片固定或旋转，涂覆3—5次显影液后用去离子水冲洗并旋转甩干，显现光刻胶中的潜在图形；显影后在100-130℃下烘烤1-2分钟，挥发残溶液，坚膜。所述涂覆光刻胶在80-120℃条件下软烤1-2分钟。
实施例6
一种二极管芯片的制备方法, 包括N+层和P+层，其特征在于,采用如下步骤进行:
A）、在 N+型衬底硅片正面生长至少一层用于电流漂移的N型层；
B)、在N型层表面生长一层二氧化硅；
C）、在二氧化硅层上涂覆光刻胶；
D）、在光刻胶上光刻出分压环窗口和主结窗口，腐蚀沟槽；
E）、上述D）步骤后，采用离子注入法，生成P+层和P-层，形成以P+层为主结，至少一个分压环P-层为副结的闭合环；
F）对腐蚀后沟槽涂覆玻璃钝化层；
G）、在N+层和P+层表面均溅射镀镍合金层。
所述C）步骤中涂覆的光刻胶，采用动态喷洒工艺涂覆。所述D）步骤中的光刻，采用辐射源将图像转移到光刻胶上，曝光后在110-130℃下烘烤1-2分钟，显影成形。所述显影采用水坑式显影，喷覆显影液到硅片表面，并形成水坑形状，将硅片固定或旋转，涂覆3—5次显影液后用去离子水冲洗并旋转甩干，显现光刻胶中的潜在图形；显影后在100-130℃下烘烤1-2分钟，挥发残溶液，坚膜。所述涂覆光刻胶在80-120℃条件下软烤1-2分钟。所述所述D）步骤中采用氢氟酸腐蚀。
实施例7
一种二极管芯片的制备方法, 包括N+层和P+层，其特征在于,采用如下步骤进行:
A）、在 N+型衬底硅片正面生长至少一层用于电流漂移的N型层；
B)、在N型层表面生长一层二氧化硅；
C）、在二氧化硅层上涂覆光刻胶；
D）、在光刻胶上光刻出分压环窗口和主结窗口，腐蚀沟槽；
E）、上述D）步骤后，采用离子注入法，生成P+层和P-层，形成以P+层为主结，至少一个分压环P-层为副结的闭合环；
F）对腐蚀后沟槽涂覆玻璃钝化层；
G）、在N+层和P+层表面均溅射镀镍合金层。
所述C）步骤中涂覆的光刻胶，采用动态喷洒工艺涂覆。所述D）步骤中的光刻，采用辐射源将图像转移到光刻胶上，曝光后在110-130℃下烘烤1-2分钟，显影成形。所述显影采用水坑式显影，喷覆显影液到硅片表面，并形成水坑形状，将硅片固定或旋转，涂覆3—5次显影液后用去离子水冲洗并旋转甩干，显现光刻胶中的潜在图形；显影后在100-130℃下烘烤1-2分钟，挥发残溶液，坚膜。所述涂覆光刻胶在80-120℃条件下软烤1-2分钟。所述所述D）步骤中采用氢氟酸腐蚀。所述辐射源采用红外线辐射源。
以实施例7为例，以应用到微波炉为例，设计芯片结构采用外延型快恢复二极管平面工艺基础上，根据微波炉使用电流为350mA特点，增加分压环结构，在保证二极管快恢复特性的基础上，提高芯片反向击穿电压值，此工艺设计的芯片参数：反向击穿电压Vr：2200V-2400，反向恢复恢复时间trr：40-60ns（测试条件If=0.5A,Ir=1A,Irr=0.25A）,正向约1.7-2V ；
以10000V快恢复高压二极管为例： 只需组装6颗芯片，反向恢复时间trr：40-60ns, 正向导通压降Vf：10 -12V, 因整体芯片数量的减少可将成品体积缩短至： 18*7.5*7.5（mm）。
Claims (6)
1.一种二极管芯片的制备方法, 包括N+层（1）和P+层（2），其特征在于,采用如下步骤进行:
A）、在 N+（1）型衬底硅片正面生长至少一层用于电流漂移的N型层（3）；
B)、在N型层表面生长一层二氧化硅；
C）、在二氧化硅层上涂覆光刻胶；所述涂覆光刻胶，采用动态喷洒工艺涂覆；
D）、在光刻胶上光刻出分压环窗口和主结窗口，腐蚀沟槽；
E）、上述D）步骤后，采用离子注入法，生成P+层（2）和P-层（4），形成以P+层为主结，至少一个分压环P-层（4）为副结的闭合环；
F）对腐蚀后沟槽涂覆玻璃钝化层（5）；
G）在N+层（1）和P+层（2）表面均溅射镀镍合金层（6）。
2.根据权利要求1所述的一种二极管芯片的制备方法,其特征在于：所述涂覆光刻胶在80-120℃条件下软烤1-2分钟。
3.根据权利要求2所述的一种二极管芯片的制备方法,其特征在于：所述D）步骤中的光刻，采用辐射源将图像转移到光刻胶上，曝光后在110-130℃下烘烤1-2分钟，显影成形。
4.根据权利要求3所述的一种二极管芯片的制备方法,其特征在于：所述显影采用水坑式显影，喷覆显影液到硅片表面，并形成水坑形状，将硅片固定或旋转，涂覆3—5次显影液后用去离子水冲洗并旋转甩干，显现光刻胶中的潜在图形；显影后在100-130℃下烘烤1-2分钟，挥发残溶液，坚膜。
5.根据权利要求4所述的一种二极管芯片的制备方法,其特征在于：所述D）步骤中采用氢氟酸腐蚀。
6.根据权利要求5所述的一种二极管芯片的制备方法,其特征在于：所述辐射源采用红外线辐射源。
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