CN106876262A - 一种制作高效玻璃钝化芯片工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制作高效玻璃钝化芯片工艺,步骤如下,在做完硼、磷扩散的硅片晶圆的磷面与硼面分别覆上光刻胶并进行无线条曝光；选择金刚石划片刀,从晶圆硼面中部下刀,在晶圆硼面的横向与纵向进行切割开槽,横向与纵向的沟槽之间围合成单个晶体芯片,并依次进行混合酸腐蚀、去胶清洗、烘干、玻璃钝化、镀镍、电性能测试、划片、裂片,以获得单个二极管芯片。本工艺制出的二极管芯片具有优势:保证芯片尺寸不变,可明显增加芯片有效面积,从而使芯片VF大大减小,提高其正向浪涌能力,减少发热量,延长芯片使用寿命；保证芯片有效面积不变,能保证更小尺寸芯片的电参数性能符合要求,从而提高硅片利用率,降低成本保持市场竞争力。

Description

一种制作高效玻璃钝化芯片工艺
技术领域
本发明涉及一种制作高效玻璃钝化芯片工艺。
背景技术
传统的玻璃钝化芯片生产工艺流程：采用光刻，即用照相复印的方法，将光刻版上的图形精确的复印在涂有光刻胶的扩散片表面；然后再进行沟槽腐蚀，即在光刻胶的保护下，直接对扩散片的P+区进行选择性化学腐蚀，将P-N结刻蚀穿，P-N结表面需腐蚀成镜面。
根据二极管芯片的基本特性，加工过程中沟槽纵向腐蚀深度至少大于结深，才能保证芯片的反向击穿电压最优化。所以，在沟槽腐蚀过程中，最重要的管控点为纵向腐蚀深度，但是由于纵向腐蚀和横向腐蚀是同时进行的，传统工艺在确保纵向腐蚀深度达到要求后，存在横向腐蚀太宽的问题。针对该问题，尝试采取更换基材、减小光刻线条宽度等措施，都未取得明显效果，这也成为困扰玻璃钝化二极管芯片加工行业的一大难题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种制作高效玻璃钝化芯片工艺，其先切割出一定深度的沟槽，随后再进行短时间的腐蚀，在保证纵向腐蚀深度的基础上控制横向腐蚀宽度，以使芯片有效面积获得明显增大。
实现本发明的技术方案如下：
一种制作高效玻璃钝化芯片工艺,该工艺包括如下步骤,
S1,在做完硼、磷扩散的硅片晶圆的磷面与硼面分别覆上光刻胶,并进行无线条曝光；
S2,选择刀片宽度介于60μm-100μm的金刚石划片刀,并将划片刀装夹到加工设备上,调试好基准高度；
S3,将步骤S1中获得的覆有光刻胶的晶圆硼面朝上,放置在割机加工平台上,设定好刀片切割机留底高度与切割尺寸,等待启动切割指令；
S4,划片刀从晶圆硼面中部下刀,在硅片硼面的横向与纵向进行切割开槽,横向与纵向的沟槽之间围合成单个晶体芯片,所述沟槽的宽度为60-100μm,沟槽的底部靠近P型半导体层的内表面但不穿过P型半导体层的内表面；
S5,采用混合酸腐蚀液对晶圆的P型半导体层进行选择性化学腐蚀,混合酸腐蚀液进入沟槽中进行8分钟以下的腐蚀,将沟槽的宽度腐蚀到190μm—210μm,腐蚀的深度深入P型半导体层与N型半导体层之间的P—N结处20—30μm；混合酸腐蚀液由浓硫酸、浓硝酸、氢氟酸、冰乙酸按照3:11:6:5的比例混合而成；
S6,对步骤S5中获得的晶圆进行去胶清洗、烘干；
S7,在沟槽底部腐蚀出的P—N结处表面涂覆上玻璃粉浆,在750℃—850℃范围内,进行烧结,形成P—N结处的钝化玻璃保护层；
S8,用化学镀镍的方法,在获得的晶圆两表面镀上镍层并进行合金,使镍与硅形成欧姆接触,在P型半导体层与N型半导体层上分别获得金属欧姆接触电极；
S9,用全自动探针测试台对玻璃钝化晶圆中的晶体芯片进行电性能测试,将不合格的晶体芯片打上墨点；
S10,将测试完成后的玻璃钝化晶圆,用激光切割机进行切割并人工分裂成单个晶体芯片。
进一步地，所述激光切割机与切割出的沟槽进行对位切割。
采用了上述技术方案，在电子产品市场竞争愈发激烈的时代，对二极管器件的要求也越来越高，同时对二极管芯片的要求也越来越高。为满足市场要求，采用本发明工艺制作出的玻璃钝化芯片具有如下优势：
1、在传统玻璃钝化芯片的基础上，保证芯片有效面积不变，再减小玻璃钝化层的宽度，从而在保证芯片电性参数满足要求的前提下，有效的缩减芯片尺寸，提高芯片利用率。
2、在传统玻璃钝化芯片的基础上，保证芯片尺寸不变，增加芯片有效面积，从而在保证芯片电性参数满足要求的前提下，使芯片VF大大减小，提高其正向浪涌能力，减少发热量，延长芯片使用寿命。
附图说明
图1为本发明工艺制作过程中玻璃钝化芯片的结构示意图；
图2为单个45mil传统GPP芯片的结构尺寸示意图；
图3为本工艺制作出的单个45mil高效GPP芯片结构尺寸示意图；
图4为本工艺制作出的单个40mil高效GPP芯片结构尺寸示意图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示,一种制作高效玻璃钝化芯片工艺,包括如下步骤,
S1,在做完硼、磷扩散的硅片晶圆的硼面1与磷面2分别覆上光刻胶3,并进行无线条曝光。
S2，选择刀片宽度介于60μm-100μm的金刚石划片刀4,并将划片刀装夹到加工设备上,调试好基准高度；选用一次走刀宽度介于60μm-100μm的划片刀,以避免因刀加工太宽即加工的沟槽5宽度过小或过大,增加后续腐蚀工艺匹配难度,对芯片电性造成影响，具体划片刀的宽度可为60μm或70μm或80μm或90μm或100μm等等,具体根据需要进行选择。
S3,将步骤S1中获得的覆有光刻胶的晶圆硼面朝上,放置在割机加工平台上,设定好刀片切割机留底高度与切割尺寸,等待启动切割指令；确保加工平台真空度，以避免芯片在切割过程中产生位移，影响切割精度。
S4,划片刀从晶圆硼面中部下刀,在硅片硼面的横向与纵向进行切割，开出沟槽5,横向与纵向的沟槽之间围合成单个晶体芯片,沟槽的宽度为60μm或70μm或80μm或90μm或100μm,沟槽的底部靠近P型半导体层的内表面但不穿过P型半导体层的内表面；从而通过预先开设出沟槽,沟槽深度大于沟槽的宽度,从而在下步腐蚀过程中,加快沟槽深度方向(纵向)的腐蚀速度,以避免了传统工艺在纵向腐蚀深度达到要求后,存在横向腐蚀太宽的问题。沟槽5为截面矩形的槽,这样能够保证沟槽底部能够同样的腐蚀速度,及保证腐蚀的均匀性,为芯片稳定的性能提供有效的保障。图1中的剖面处为腐蚀区域。
S5,采用混合酸腐蚀液(由浓硫酸、浓硝酸、氢氟酸、冰乙酸按照3:11:6:5的比例混合而成)对硅片的P型半导体层进行选择性化学腐蚀,混合酸腐蚀液进入沟槽中进行5-8分钟的时间(5分钟、6分钟、7分钟、8分钟)进行的腐蚀,将沟槽的宽度腐蚀到190μm或200μm或210μm,腐蚀的深度深入P型半导体层与N型半导体层之间的P—N结处20μm或25μm或30μm。通过所选用的混合酸腐蚀液保证腐蚀的均匀性及效率性，也能够提升产品的性能。
S6,对步骤S5中获得的芯片基板进行去胶清洗、烘干；这里的去胶清洗以及烘干可以采用传统工艺中的具体步骤来操作,在此不多赘述。
S7,在沟槽底部腐蚀出的P—N结处表面涂覆上玻璃粉浆,在750℃或760℃或770℃或780℃或790℃或800℃或810℃或820℃或830℃或840℃或850℃范围内,进行烧结为玻璃层,形成P—N结处的钝化保护层,为保证玻璃层的厚度，第一次烧结完成后需进行第二次上粉烧结，以确保玻璃钝化层对P-N结的全包裹保护。
S8,用化学镀镍的方法,在获得的晶圆两表面镀上镍层并进行合金,使镍与硅形成欧姆接触,在P型半导体层与N型半导体层上分别获得金属欧姆接触电极，镍层的厚度可与传统芯片上的镍层厚度一样。
S9,用全自动探针测试台对玻璃钝化晶圆中的晶体芯片进行电性能测试,将不合格的晶体芯片打上墨点，以备后序方便讲不合格的晶体芯片剔除。
S10,将测试完成后的玻璃钝化晶圆,用切割机进行切割并人工分裂成单个晶体芯片。激光切割机与切割出的沟槽进行对位切割。
本工艺在沟槽腐蚀之前,预先用一定宽度的刀片切割出一定深度的沟槽,随后再进行短时间的腐蚀,就能在保证纵向腐蚀深度的基础上控制横向腐蚀宽度,从而使芯片有效面积明显增大。为了实现上述工艺,我们针对以下几个难点,进行了改善:
1、传统玻璃钝化芯片工艺使用的扩散基片为突变结基片,其P区和N区的杂质浓度都是均匀分布的，在交界面处杂质浓度有个突然的跃变。本工艺试验过程中发现,由于P区腐蚀速度快于N区,且腐蚀时初始接触面较大,腐蚀速度较快,突变结基片的P-N结处的腐蚀形状并不规则。相对于突变结,缓变结基片的P-N结附近两侧的杂质浓度随距离线性变化，因此在初始腐蚀速度较快的情况下,其P-N结处的腐蚀形状良好,较为适合新型高效玻璃钝化芯片的工艺。
2、前期调研的结果显示,现在主流的硅片切割都选择软刀切割。但是通过几次试用发现,软刀与本加工工艺并不匹配,原因在于:本工艺对于刀片的厚度有严格要求,软刀相对硬刀要薄,不符合尺寸要求；为降低损耗率,工艺设计时考虑基片外圈留有一定余量不切割,所以切割时从硅片中间下刀,而软刀断刀的可能性较大。因此后续选择试验均选择硬刀切割,切割效果良好。
3、本工艺中最核心之处在于切割与腐蚀之间的匹配,如何确保切割深度、宽度、腐蚀量之间达到一个完美的平衡点则是该工艺最需要不断磨合的地方。通过不断的试验磨合,切割宽度在60μm左右的效果较佳,在保证腐蚀深度足够的情况下,腐蚀宽度约为200μm,比较理想。
4、传统玻璃钝化工艺是通过光刻产生的图形来进行后续的对位切割,而本工艺则是通过刀片切割出的沟槽来进行对位切割,这对于刀片切割的精确度要求相当高。目前主流激光切割机的转角精度约为0.0001°,因此在刀片切割机的选择上需以此来进行筛选配套。
本工艺利用刀片预切割+少量腐蚀的新工艺取代光刻+腐蚀的传统工艺,使沟槽宽度明显减小,芯片有效面积明显增加。以45milGPP(玻璃钝化)芯片为例,新型高效玻璃钝化芯片(如图3所示)的有效面积比传统玻璃钝化芯片(图2所示)增加30％,在保证了芯片反向击穿电压满足要求的情况下,降低了芯片VF,大大提高了芯片正向浪涌能力；而40mil新型高效玻璃钝化芯片(图4)的电性能参数可与45mil传统玻璃钝化芯片相媲美,与二极管器件的小型化趋势更加契合,低成本的优势使其更具备市场竞争力。在保证电性参数稳定且满足客户要求的前提下,芯片越小成本越低,所以小尺寸芯片的开发是市场竞争的必然趋势。

Claims (2)

1.一种制作高效玻璃钝化芯片工艺,其特征在于,该工艺包括如下步骤,
S1,在做完硼、磷扩散的硅片晶圆的磷面与硼面分别覆上光刻胶,并进行无线条曝光；
S2,选择刀片宽度介于60μm-100μm的金刚石划片刀,并将划片刀装夹到加工设备上,调试好基准高度；
S3,将步骤S1中获得的覆有光刻胶的晶圆硼面朝上,放置在割机加工平台上,设定好刀片切割机留底高度与切割尺寸,等待启动切割指令；
S4,划片刀从晶圆硼面中部下刀,在硅片硼面的横向与纵向进行切割开槽,横向与纵向的沟槽之间围合成单个晶体芯片,所述沟槽的宽度为60-100μm,沟槽的底部靠近P型半导体层的内表面但不穿过P型半导体层的内表面；
S5,采用混合酸腐蚀液对晶圆的P型半导体层进行选择性化学腐蚀,混合酸腐蚀液进入沟槽中进行8分钟以下的腐蚀,将沟槽的宽度腐蚀到190μm—210μm,腐蚀的深度深入P型半导体层与N型半导体层之间的P—N结处20—30μm；混合酸腐蚀液由浓硫酸、浓硝酸、氢氟酸、冰乙酸按照3:11:6:5的比例混合而成；
S6,对步骤S5中获得的晶圆进行去胶清洗、烘干；
S7,在沟槽底部腐蚀出的P—N结处表面涂覆上玻璃粉浆,在750℃—850℃范围内,进行烧结,形成P—N结处的钝化玻璃保护层；
S8,用化学镀镍的方法,在获得的晶圆两表面镀上镍层并进行合金,使镍与硅形成欧姆接触,在P型半导体层与N型半导体层上分别获得金属欧姆接触电极；
S9,用全自动探针测试台对玻璃钝化晶圆中的晶体芯片进行电性能测试,将不合格的晶体芯片打上墨点；
S10,将测试完成后的玻璃钝化晶圆,用激光切割机进行切割并人工分裂成单个晶体芯片。
2.根据权利要求1所述的一种制作高效玻璃钝化芯片工艺,其特征在于,所述激光切割机与切割出的沟槽进行对位切割。
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