CN107403844A - 一种整流二极管芯片结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种整流二极管芯片结构及其制备方法，该整流二极管芯片结构包括长基区N，设置在长基区N上表面的N+层，设置在长基区N下表面的P和P+层，所述N+层向下延伸至P层设有电压槽，所述电压槽位于芯片的周边，为单边槽结构；在P层平面上设置有P型凸台，所述P型凸台位于电压槽的下方；所述P型凸台的宽度大于电压槽底部的宽度。所述电压槽斜边的长度大于N型基区的厚度，以利于耗尽层的展宽。该整流二极管芯片具有机械强度好，且不容易崩边，能够有效提高了合格率和电特性。可广泛应用于整流二极管芯片领域。
Description
技术领域
本发明涉及半导体功率器件领域，尤其是涉及一种整流二极管芯片结构及其制备方法。
背景技术
目前流行的正方形、长方形整流二极管芯片均从阳极面(P)开电压槽，电压槽内填有玻璃粉然后烧结成型，该结构芯片不足之处在于芯片阳极面朝下与散热板焊接时，因开槽后阳极面变小，阳极面的导热面积缩小，通电流后产生的热量散热慢，易造成热击穿(如图1所示)。而阳极朝下，且在阴极面开电压槽的结构(如图2)，虽然阳极面面积较阴极面大，与散热片焊接后通电时利于热传导，但由于电压槽时必须从N+(阴极面)刻蚀过P层，刻蚀后电压槽距阳极面仅有50um左右，由于硅材料机械强度不够，晶圆划片分离后，单个芯片边缘薄，在后道工序操作中容易崩边损伤，造成芯片的耐压软击穿，产品合格率低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种整流二极管芯片结构及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种整流二极管芯片结构，包括长基区N，设置在长基区N上表面的N+层，设置在长基区N下表面的掺淡硼扩散层P和掺浓硼扩散层P+，还设置有电压槽，所述电压槽从掺浓磷扩散层N+的上表面向下延伸，所述电压槽位于芯片的周边，为单边槽结构；所述掺淡硼扩散层P向长基区N扩散设置有P型凸台，所述P型凸台位于电压槽的下方且电压槽的底部经过P型凸台；所述P型凸台的宽度大于电压槽底部的宽度。所述P型凸台的下方设置有至少一圈盲孔，盲孔的深度与P型凸台的高度相适配。所述盲孔设置有两圈或三圈，相邻两圈盲孔间的距离为 100～160um。所述凸台的高度大于50um，盲孔的直径为60～100um，为了确保激光盲孔间的P型杂质扩散形成P型凸棱，同一圈中相邻两盲孔的距离为40～120um。所述电压槽斜边的长度大于N型基区的厚度，以利于耗尽层(电场)的展宽。
为了实现在掺淡硼扩散层P上按芯片面积大小在电压槽的下方形成P型凸台，做法如下：按芯片大小在电压槽的下方N型基区上实行激光打盲孔或刻蚀的方法获得盲孔，由于盲孔和N型基区的表面有一定的高度差，通过P 型杂质的扩散后就形成了掺淡硼扩散层P和在盲孔位置处的P型凸台，该P 型凸台的高度取决于盲孔的深度。
一种整流二极管芯片结构的制备方法，包括以下步骤：1)在N型硅片的一面扩磷得N+；2)在N型硅片的另一面上进行激光打盲孔或刻蚀的方法获得盲孔；3)在盲孔的一面进行P型杂质扩散得到掺淡硼扩散层P、掺浓硼扩散层P+和P型凸台；4)在掺浓磷扩散层N+和掺浓硼扩散层P+上涂覆一层光刻胶；5)对掺浓磷扩散层N+进行光刻，形成所需的图形；6)对形成的图形进行腐蚀后形成电压槽；7)去除光刻胶，8)在电压槽内进行玻璃钝化；9) 在掺浓磷扩散层N+和掺浓硼扩散层P+上做二氧化硅保护膜；10)光刻，去除电压槽外的二氧化硅保护膜；11)表面金属化：在掺浓磷扩散层N+和掺浓硼扩散层P+表面进行镀镍金；12)划片，将硅片划分成单个二极管芯片。所述步骤4到12为现有技术，即按照传统制造工艺制备。为了获得P型凸台，还可以通过在N型硅片的表面通过光刻腐蚀刻槽的方法获得图形，然后再进行P型杂质扩散得到P型凸台，但是该方法获得的芯片机械强度低，在开槽的位置易折断，破片率高，产品合格率低。所述盲孔至少设置有1圈，也可以设置多圈结构。
本发明的有益效果：本发明通过在掺淡硼扩散层P上设置P型凸台，从而局部增加P层的厚度，使电压槽底部到P+层表面的厚度增大，在后道工序操作中不容易崩边损伤，提高芯片的合格率和电特性，减少了制造成本。所述P型凸台采用激光打孔或刻蚀的方式获得盲孔，方法简单，易于实现，且不会影响芯片本身的机械强度。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
图1为现有整流二极管芯片从阳极面(P)开电压槽的结构示意图。
图2为现有整流二极管芯片从阴极面(N+)开电压槽的结构示意图。
图3为本发明的俯视图。
图4为本发明激光打孔的仰视图。
图5为本发明刻蚀槽的仰视图。
图6为本发明整流二极管芯片的剖视图。
图7为图6中A-A的剖视图
图8为本发明的整流二极管芯片在划片前电压槽的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：如图3至7所示，一种整流二极管芯片结构，包括长基区N，设置在长基区N上表面的掺浓磷扩散层N+，设置在长基区N下表面的掺淡硼扩散层P和掺浓硼扩散层P+，所述掺浓磷扩散层N+向下延伸设有电压槽1，所述电压槽1位于整流二极管芯片的四周，为单边槽结构且为正斜角结构。电压槽1上覆盖有玻璃钝化层2。电压槽1斜边的长度L大于N型基区的厚度H。在掺淡硼扩散层P上向长基区N内扩散形成P型凸台3，所述P型凸台3位于电压槽1的下方且电压槽1的底部经过P型凸台3，由于P型杂质的扩散原理，P型凸台3顶部的直径略小于底部的直径，且顶部的浓度比底部的浓度淡。所述P型凸台3的宽度要求大于电压槽1底部的宽度。所述P型凸台3沿整流二极管芯片的四周设置有一圈从而形成一圈凸棱4，使得整个电压槽1的底部均可以与P型凸台3接触。
所述P型凸台3的下方设置有至少一圈盲孔5，盲孔5的深度与P型凸台 3的高度相适配。所述P型凸台3的高度大于50um，盲孔5的直径为60～ 100um，同一圈中相邻两盲孔5的距离为40～120um。所述盲孔5通过激光打孔或者刻蚀的方法获得。当一圈盲孔5所获得的P型凸台宽度不能满足电场的展宽时，还可以设置两圈或是更多圈的盲孔，以增加凸台的宽度，所述相邻两圈盲孔间的距离优选100～160um。
所述P型凸台3的下方还可以是一圈刻蚀槽6，刻蚀槽6的深度与P型凸台3的高度相适配。
以耐压2000V的芯片为例，所述P层和P+层的总厚度为100，盲孔深优选在50～60um，使得P型凸台3高出掺淡硼扩散层P50～60um，该P型凸台 3在经过P型杂质纵向和横向扩散后，宽度为120um左右，所述电压槽1的底部经过P型凸台3，刻蚀后该处的P型杂质浓度足以让空间电荷区展宽，只要刻蚀到P型凸台3后，过刻10-20um即可，无需刻蚀到P+层。即电压槽1 底部到掺淡硼扩散层P的距离约30～50um，再加上掺淡硼扩散层P和掺浓硼扩散层P+原来的厚度100um，使得电压槽1底部到P+层下表面的距离为130～ 150um，从而有效增加了电压槽1底部到P+层下表面的厚度，且该电压槽1 又是正斜角结构，有利于耗尽层的展宽，有利于提高芯片的耐压。同时厚度厚，机械强度好，在后道工序加工中不容易崩边，提高了合格率和电特性。芯片设计的电压越高，硅片越厚，孔深可以相应的提高，从而可以进一步加大电压槽底1部到P+层下表面的厚度。
实施例2：
上述整流二极管芯片结构的制备方法，包括以下步骤：1)在N型硅片的一面扩磷得N+；2)在N型硅片的另一面上进行激光打盲孔或刻蚀的方法获得盲孔；3)在盲孔的一面进行P型杂质扩散得到掺淡硼扩散层P、掺浓硼扩散层P+和P型凸台；4)在掺浓磷扩散层N+和掺浓硼扩散层P+上涂覆一层光刻胶；5)对掺浓磷扩散层N+进行光刻，形成所需的图形；6)对形成的图形进行对获得的图形进行腐蚀，形成双边的电压槽，如图8所示；7)用等离子设备去除光刻胶，8)在双边电压槽内进行玻璃钝化；9)在掺浓磷扩散层N+ 和掺浓硼扩散层P+上采用LPCVD工艺做二氧化硅保护膜；10)光刻，去除电压槽外的二氧化硅保护膜；11)表面金属化，在掺浓磷扩散层N+和掺浓硼扩散层P+表面进行镀镍金；12)划片，在双边电压槽的中间位置划开，将硅片划分成单个二极管芯片。所述步骤4到12为现有技术，即按照传统制造工艺制备。所述盲孔至少设置有1圈，也可以根据P型凸台宽度的要求，并排设置多圈盲孔。
实施例3：
一种整流二极管芯片结构的制备方法，包括以下步骤：1)在N型硅片的一面扩磷得N+；2)在N型硅片的另一面上进行刻蚀，形成一圈刻蚀槽；3) 在刻蚀槽的一面进行P型杂质扩散得到掺淡硼扩散层P、掺浓硼扩散层P+和 P型凸台；4)在掺浓磷扩散层N+和掺浓硼扩散层P+上涂覆一层光刻胶；5) 对掺浓磷扩散层N+进行光刻，形成所需的图形；6)对形成的图形进行对获得的图形进行腐蚀，形成双边的电压槽，如图8所示；7)用等离子设备去除光刻胶，8)在双边电压槽内进行玻璃钝化；9)在掺浓磷扩散层N+和掺浓硼扩散层P+上采用LPCVD工艺做二氧化硅保护膜；10)光刻，去除电压槽外的二氧化硅保护膜；11)表面金属化，在掺浓磷扩散层N+和掺浓硼扩散层P+ 表面进行镀镍金；12)划片，在双边电压槽的中间位置划开，将硅片划分成单个二极管芯片。但是该方法获得的芯片由于刻蚀槽内没有加强筋结构支撑，在刻蚀槽位置处容易折断，因此存在芯片的机械强度大大降低，破片率高，产品合格率低的问题。
Claims (10)
1.一种整流二极管芯片结构，包括长基区N，设置在长基区N上表面的掺浓磷扩散层N+，设置在长基区N下表面的掺淡硼扩散层P和掺浓硼扩散层P+，还设置有电压槽，所述电压槽从掺浓磷扩散层N+的上表面向下延伸；其特征在于：所述掺淡硼扩散层P向长基区N扩散设置有P型凸台，所述P型凸台位于电压槽的下方且电压槽的底部经过P型凸台；所述P型凸台的宽度大于电压槽底部的宽度。
2.如权利要求1所述的整流二极管芯片结构，其特征在于：所述电压槽位于整流二极管芯片的四周且为单边槽结构，所述P型凸台沿整流二极管芯片的四周设置有一圈从而形成一圈凸棱。
3.如权利要求1所述的整流二极管芯片结构，其特征在于：所述P型凸台的下方设置有至少一圈盲孔，盲孔的深度与P型凸台的高度相适配。
4.如权利要求3所述的整流二极管芯片结构，其特征在于：所述盲孔为激光孔或刻蚀孔。
5.如权利要求3所述的整流二极管芯片结构，其特征在于：所述盲孔设置有两圈或三圈，相邻两圈盲孔间的距离为100～160um。
6.如权利要求3所述的整流二极管芯片结构，其特征在于：所述凸台的高度大于50um，盲孔的直径为60～100um，同一圈中相邻两盲孔的距离为40～120um。
7.如权利要求1所述的整流二极管芯片结构，其特征在于：所述P型凸台的下方设置有一圈刻蚀槽，刻蚀槽的深度与P型凸台的高度相适配。
8.如权利要求1至7任意一项所述的整流二极管芯片结构，其特征在于：所述电压槽斜边的长度大于N型基区的厚度。
9.一种整流二极管芯片结构的制备方法，包括以下步骤：1)在N型硅片的一面扩磷得N+；2)在N型硅片的另一面上进行激光打盲孔或刻蚀的方法获得盲孔；3)在盲孔的一面进行P型杂质扩散得到掺淡硼扩散层P、掺浓硼扩散层P+和P型凸台；4)在掺浓磷扩散层N+和掺浓硼扩散层P+上涂覆一层光刻胶；5)对掺浓磷扩散层N+进行光刻，形成所需的图形；6)对形成的图形进行腐蚀后形成电压槽；7)去除光刻胶，8)在电压槽内进行玻璃钝化；9)在掺浓磷扩散层N+和掺浓硼扩散层P+上做二氧化硅保护膜；10)光刻，去除电压槽外的二氧化硅保护膜；11)表面金属化：在掺浓磷扩散层N+和掺浓硼扩散层P+表面进行镀镍金；12)划片，将硅片划分成单个二极管芯片。
10.如权利要求9所述的整流二极管芯片结构的制备方法，其特征在于：所述步骤2)为在N型硅片的另一面上进行刻蚀，形成一圈刻蚀槽，所述步骤3)为在刻蚀槽的一面进行P型杂质扩散得到掺淡硼扩散层P、掺浓硼扩散层P+和P型凸台。
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