CN109755209A - 一种高可靠光阻玻璃钝化芯片及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高可靠光阻玻璃钝化芯片及其加工方法，属于芯片加工技术领域，其中芯片包括芯片本体和均匀设于芯片本体上的沟槽，沟槽内设有保护层，保护层包括依次设于沟槽表面的硅原子薄膜、掺氧多晶硅薄膜、下二氧化硅薄膜、玻璃钝化层和上二氧化硅薄膜，玻璃钝化层在沟槽中央处不相连，沟槽的中心线处设有切割线；加工方法包括步骤：一次光刻、沟槽腐蚀与去光阻、清洗、硅原子薄膜沉积、掺氧多晶硅薄膜沉积、二氧化硅薄膜沉积、光阻玻璃涂覆与二次光刻、光阻玻璃烧结、二氧化硅薄膜沉积和后处理。本发明所提供的加工方法所制备出的芯片，可靠性高，不易失效，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于芯片加工技术领域，具体涉及一种高可靠光阻玻璃钝化芯片及其加工方法。
背景技术
传统的整流二极管芯片为玻璃钝化芯片，在芯片本体2的沟槽中充满玻璃钝化层1(如图1所示)，经过切割、裂片后，玻璃受外力在沟槽中间位置断开，难免存在微小的裂纹。由于微小裂纹的存在，在恶劣环境下工作时，芯片容易失效。此外，现有的玻璃钝化芯片，在沟槽表面容易发生击穿的风险，造成芯片的使用寿命短。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可靠性高，不易失效，使用寿命长的高可靠光阻玻璃钝化芯片及其加工方法。
本发明提供了如下的技术方案：
一种高可靠光阻玻璃钝化芯片，包括芯片本体和均匀设于所述芯片本体上的沟槽，所述沟槽内设有保护层，所述保护层包括硅原子薄膜、掺氧多晶硅薄膜、下二氧化硅薄膜、玻璃钝化层和上二氧化硅薄膜，所述硅原子薄膜、掺氧多晶硅薄膜和下二氧化硅薄膜自下而上依次设于所述沟槽表面，所述下二氧化硅薄膜表面设有所述玻璃钝化层且所述玻璃钝化层在沟槽中央处不相连，所述玻璃钝化层的表面设有所述上二氧化硅薄膜，所述沟槽的中心线处设有切割线。
一种高可靠光阻玻璃钝化芯片的加工方法，包括以下步骤：
S1、一次光刻：在扩散好的芯片本体上进行涂胶、烘烤、曝光、显定影，完成一次光刻，在芯片本体上形成无光刻胶保护的沟槽腐蚀区；
S2、沟槽腐蚀与去光阻：在低温混合酸中进行腐蚀，沟槽腐蚀区经腐蚀后得到所需深度的沟槽，然后将芯片本体表面的光阻去除；
S3、清洗：用高纯水清洗芯片本体，然后进行氮气烘干和排片；
S4、硅原子薄膜沉积：在芯片本体表面沉积一层硅原子，硅原子首先会填充沟槽表面硅不完整的区域，然后再在表面沉积一层硅原子层，经高温处理后，沉积的硅原子层与芯片本体表面的硅紧密键合，形成厚度为4-8纳米的硅原子薄膜；
S5、掺氧多晶硅薄膜沉积：在硅原子薄膜表面通入氧，经过高温反应，可生成掺氧多晶硅，在掺氧多晶硅表面继续通入含氧与含硅气体，反应生成的掺氧多晶硅不断沉积，经过高温键合，最终在硅原子薄膜表面沉积一层400-600纳米的掺氧多晶硅薄膜；
S6、二氧化硅薄膜沉积：继续通入含氧与含硅气体，在掺氧多晶硅薄膜表面沉积一层4-8纳米的下二氧化硅薄膜；
S7、光阻玻璃涂覆与二次光刻：通过旋转涂覆在下二氧化硅薄膜表面均匀涂覆光阻玻璃，进行二次光刻，将沟槽表面需要保护的区域进行曝光，而芯片本体和沟槽中央处不曝光，以有机溶剂浸泡或喷淋可将未曝光处的光阻玻璃去除；
S8、光阻玻璃烧结：通过高温烧结使沟槽表面的光阻玻璃形成玻璃钝化层，紧密包裹沟槽表面；
S9、二氧化硅薄膜沉积：在玻璃钝化层的表面会再沉积一层二氧化硅，形成厚度为500-1000纳米的上二氧化硅薄膜；
S10、经后处理即可获得高可靠光阻玻璃钝化芯片。
优选的，所述S10中的后处理包括步骤：
D1、三次光刻与去光阻：将芯片本体除去沟槽以外的两个侧面部分所沉积的各层薄膜蚀刻去除，然后再将光阻去除；
D2、金属化：在芯片本体表面进行金属化，使芯片本体的P+面和N+面表面覆盖金属层；
D3、测试：进行电性测试，在不良芯粒上打墨点标记；
D4、切割与裂片：在沟槽的中心线处进行切割形成切割线，然后顺着切割线进行裂片，形成一颗颗独立的芯粒。
优选的，所述S2中低温混合酸的温度≤-4℃。
优选的，自所述S3中的清洗步骤开始，作业环境需要达到万级以上的净化水平。
优选的，所述S4中高温处理的温度范围为600-700℃。
优选的，所述S5中硅原子与氧原子的比例在0.2-0.5之间。
优选的，所述S5中高温反应的温度范围为550-650℃。
优选的，所述D2中的金属层为镍层或镍、金层。
本发明的有益效果是：
(1)在沟槽表面与光阻玻璃形成的玻璃钝化层间沉积硅原子薄膜、掺氧多晶硅薄膜和下二氧化硅薄膜，降低了芯片的沟槽与玻璃钝化层之间的应力，可提高芯片的可靠性能。
(2)掺氧多晶硅薄膜具有一定的导电性，沟槽表面的可动离子在外电场的作用下，可在掺氧多晶硅薄膜层进行重新排布，避免可动离子在沟槽表面某处大量聚集，降低了芯片在沟槽表面发生击穿的风险，使用寿命长。
(3)传统的玻璃钝化芯片在封装过程中的焊接工序，熔融的焊料可能会流淌到钝化玻璃层上，若有少量焊料从钝化玻璃表面流淌到芯粒侧面及底面，则可能导致芯片短路，在后续使用中被击穿而失效。本发明中在玻璃钝化层的表面沉积一层二氧化硅薄膜，因为熔融的焊料与二氧化硅薄膜层不浸润，且二氧化硅薄膜层比玻璃钝化层宽，焊料在流淌至二氧化硅薄膜边界时便开始收缩，不会流到玻璃钝化层上，最大限度降低了芯片失效的风险。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是传统芯片的结构示意图；
图2是本发明中一次光刻后芯片的结构示意图；
图3是本发明中芯片的结构示意图；
图4是本发明中芯粒的结构示意图；
图5是本发明的工艺流程图。
图中标记为：1、玻璃钝化层；2、芯片本体；3、硅原子薄膜；4、掺氧多晶硅薄膜；5、下二氧化硅薄膜；6、上二氧化硅薄膜；7、切割线；8、金属层；9、沟槽腐蚀区；10、光刻胶。
具体实施方式
如图2至图5所示，一种高可靠光阻玻璃钝化芯片，包括芯片本体2和均匀设于芯片本体2上的沟槽，沟槽内设有保护层，保护层包括硅原子薄膜3、掺氧多晶硅薄膜4、下二氧化硅薄膜5、玻璃钝化层1和上二氧化硅薄膜6，硅原子薄膜3、掺氧多晶硅薄膜4和下二氧化硅薄膜5自下而上依次设于沟槽表面，下二氧化硅薄膜5表面设有玻璃钝化层1且玻璃钝化层1在沟槽中央处不相连，形成一空缺，玻璃钝化层1的表面设有上二氧化硅薄膜6，沟槽的中心线处设有切割线7。
实施例1
一种高可靠光阻玻璃钝化芯片的加工方法，包括以下步骤：
S1、一次光刻：在扩散好的芯片本体上进行涂胶、烘烤、曝光、显定影，完成一次光刻，在芯片本体上形成无光刻胶10保护的沟槽腐蚀区；
S2、沟槽腐蚀与去光阻：在-4℃的低温混合酸中进行腐蚀，沟槽腐蚀区9经腐蚀后得到所需深度的沟槽，然后将芯片本体表面的光阻去除；
S3、清洗：用高纯水清洗芯片本体，然后进行氮气烘干和排片，自本步骤开始，作业环境需要达到万级以上的净化水平；
S4、硅原子薄膜沉积：在芯片本体表面沉积一层硅原子，硅原子首先会填充沟槽表面硅不完整的区域，然后再在表面沉积一层硅原子层，经650℃高温处理后，沉积的硅原子层与芯片本体表面的硅紧密键合，形成厚度为5纳米的硅原子薄膜3；
S5、掺氧多晶硅薄膜沉积：在硅原子薄膜表面通入氧，经过600℃高温反应，可生成掺氧多晶硅，在掺氧多晶硅表面继续通入含氧与含硅气体，硅原子与氧原子的比例在0.2-0.5之间，含氧量不同会导致该薄膜层的导电性能发生变化，反应生成的掺氧多晶硅不断沉积，经过高温键合，最终在硅原子薄膜表面沉积一层500纳米的掺氧多晶硅薄膜4；
S6、二氧化硅薄膜沉积：继续通入含氧与含硅气体，在掺氧多晶硅薄膜表面沉积一层5纳米的下二氧化硅薄膜5，该层可与光阻玻璃良好结合；
S7、光阻玻璃涂覆与二次光刻：通过旋转涂覆在下二氧化硅薄膜表面均匀涂覆光阻玻璃，进行二次光刻，将沟槽表面需要保护的区域进行曝光，而芯片本体和沟槽中央处不曝光，光阻玻璃曝光后会产生铰链反应，可以耐酸腐蚀，不溶于有机溶剂，因此以有机溶剂浸泡或喷淋可将未曝光处的光阻玻璃去除；
S8、光阻玻璃烧结：通过高温烧结使沟槽表面的光阻玻璃形成玻璃钝化层1，紧密包裹沟槽表面，与传统玻璃钝化芯片相比，本实施例中的玻璃钝化层在沟槽中央不相连，经过切割、裂片工序时，玻璃钝化层不受力，不会出现微小裂纹，在后续的封装及使用过程中，不会出现裂纹延伸而产生的失效；
S9、二氧化硅薄膜沉积：在玻璃钝化层的表面会再沉积一层二氧化硅，形成厚度为700纳米的上二氧化硅薄膜6，避免焊接工序的焊料不慎流到玻璃钝化层表面形成通路，导致芯片失效，该厚度的上二氧化硅薄膜，在一定程度上可以减小封装过程中塑封料对玻璃钝化层的应力影响；
S10、三次光刻与去光阻：由于芯片本体的表面沉积了多层薄膜，为使芯片两面能够进行金属化，需要进行第三次光刻，将芯片本体除去沟槽以外的两个侧面部分所沉积的各层薄膜蚀刻去除，然后再将光阻去除；
S11、金属化：为使芯片在后续的封装过程中能够顺利焊接，在芯片本体表面进行金属化，使芯片本体的P+面和N+面表面覆盖金属层8，为Ni层；
S12、测试：进行电性测试，在不良芯粒上打墨点标记；
S13、切割与裂片：在沟槽的中心线处进行切割形成切割线7，然后顺着切割线进行裂片，形成一颗颗独立的芯粒。
实施例2
一种高可靠光阻玻璃钝化芯片的加工方法，包括以下步骤：
S1、一次光刻：在扩散好的芯片本体上进行涂胶、烘烤、曝光、显定影，完成一次光刻，在芯片本体上形成无光刻胶10保护的沟槽腐蚀区；
S2、沟槽腐蚀与去光阻：在-8℃的低温混合酸中进行腐蚀，沟槽腐蚀区9经腐蚀后得到所需深度的沟槽，然后将芯片本体表面的光阻去除；
S3、清洗：用高纯水清洗芯片本体，然后进行氮气烘干和排片，自本步骤开始，作业环境需要达到万级以上的净化水平；
S4、硅原子薄膜沉积：在芯片本体表面沉积一层硅原子，硅原子首先会填充沟槽表面硅不完整的区域，然后再在表面沉积一层硅原子层，经600℃高温处理后，沉积的硅原子层与芯片本体表面的硅紧密键合，形成厚度为4纳米的硅原子薄膜3；
S5、掺氧多晶硅薄膜沉积：在硅原子薄膜表面通入氧，经过550℃高温反应，可生成掺氧多晶硅，在掺氧多晶硅表面继续通入含氧与含硅气体，硅原子与氧原子的比例在0.2-0.5之间，含氧量不同会导致该薄膜层的导电性能发生变化，反应生成的掺氧多晶硅不断沉积，经过高温键合，最终在硅原子薄膜表面沉积一层400纳米的掺氧多晶硅薄膜4；
S6、二氧化硅薄膜沉积：继续通入含氧与含硅气体，在掺氧多晶硅薄膜表面沉积一层4纳米的下二氧化硅薄膜5，该层可与光阻玻璃良好结合；
S7、光阻玻璃涂覆与二次光刻：通过旋转涂覆在下二氧化硅薄膜表面均匀涂覆光阻玻璃，进行二次光刻，将沟槽表面需要保护的区域进行曝光，而芯片本体和沟槽中央处不曝光，光阻玻璃曝光后会产生铰链反应，可以耐酸腐蚀，不溶于有机溶剂，因此以有机溶剂浸泡或喷淋可将未曝光处的光阻玻璃去除；
S8、光阻玻璃烧结：通过高温烧结使沟槽表面的光阻玻璃形成玻璃钝化层1，紧密包裹沟槽表面，与传统玻璃钝化芯片相比，本实施例中的玻璃钝化层在沟槽中央不相连，经过切割、裂片工序时，玻璃钝化层不受力，不会出现微小裂纹，在后续的封装及使用过程中，不会出现裂纹延伸而产生的失效；
S9、二氧化硅薄膜沉积：在玻璃钝化层的表面会再沉积一层二氧化硅，形成厚度为500纳米的上二氧化硅薄膜6，避免焊接工序的焊料不慎流到玻璃钝化层表面形成通路，导致芯片失效，该厚度的上二氧化硅薄膜，在一定程度上可以减小封装过程中塑封料对玻璃钝化层的应力影响；
S10、三次光刻与去光阻：由于芯片本体的表面沉积了多层薄膜，为使芯片两面能够进行金属化，需要进行第三次光刻，将芯片本体除去沟槽以外的两个侧面部分所沉积的各层薄膜蚀刻去除，然后再将光阻去除；
S11、金属化：为使芯片在后续的封装过程中能够顺利焊接，在芯片本体表面进行金属化，使芯片本体的P+面和N+面表面覆盖金属层8，为Ni、Au层；
S12、测试：进行电性测试，在不良芯粒上打墨点标记；
S13、切割与裂片：在沟槽的中心线处进行切割形成切割线7，然后顺着切割线进行裂片，形成一颗颗独立的芯粒。
实施例3
一种高可靠光阻玻璃钝化芯片的加工方法，包括以下步骤：
S1、一次光刻：在扩散好的芯片本体上进行涂胶、烘烤、曝光、显定影，完成一次光刻，在芯片本体上形成无光刻胶10保护的沟槽腐蚀区；
S2、沟槽腐蚀与去光阻：在-10℃的低温混合酸中进行腐蚀，沟槽腐蚀区9经腐蚀后得到所需深度的沟槽，然后将芯片本体表面的光阻去除；
S3、清洗：用高纯水清洗芯片本体，然后进行氮气烘干和排片，自本步骤开始，作业环境需要达到万级以上的净化水平；
S4、硅原子薄膜沉积：在芯片本体表面沉积一层硅原子，硅原子首先会填充沟槽表面硅不完整的区域，然后再在表面沉积一层硅原子层，经700℃高温处理后，沉积的硅原子层与芯片本体表面的硅紧密键合，形成厚度为8纳米的硅原子薄膜3；
S5、掺氧多晶硅薄膜沉积：在硅原子薄膜表面通入氧，经过650℃高温反应，可生成掺氧多晶硅，在掺氧多晶硅表面继续通入含氧与含硅气体，硅原子与氧原子的比例在0.2-0.5之间，含氧量不同会导致该薄膜层的导电性能发生变化，反应生成的掺氧多晶硅不断沉积，经过高温键合，最终在硅原子薄膜表面沉积一层600纳米的掺氧多晶硅薄膜4；
S6、二氧化硅薄膜沉积：继续通入含氧与含硅气体，在掺氧多晶硅薄膜表面沉积一层8纳米的下二氧化硅薄膜5，该层可与光阻玻璃良好结合；
S7、光阻玻璃涂覆与二次光刻：通过旋转涂覆在下二氧化硅薄膜表面均匀涂覆光阻玻璃，进行二次光刻，将沟槽表面需要保护的区域进行曝光，而芯片本体和沟槽中央处不曝光，光阻玻璃曝光后会产生铰链反应，可以耐酸腐蚀，不溶于有机溶剂，因此以有机溶剂浸泡或喷淋可将未曝光处的光阻玻璃去除；
S8、光阻玻璃烧结：通过高温烧结使沟槽表面的光阻玻璃形成玻璃钝化层1，紧密包裹沟槽表面，与传统玻璃钝化芯片相比，本实施例中的玻璃钝化层在沟槽中央不相连，经过切割、裂片工序时，玻璃钝化层不受力，不会出现微小裂纹，在后续的封装及使用过程中，不会出现裂纹延伸而产生的失效；
S9、二氧化硅薄膜沉积：在玻璃钝化层的表面会再沉积一层二氧化硅，形成厚度为1000纳米的上二氧化硅薄膜6，避免焊接工序的焊料不慎流到玻璃钝化层表面形成通路，导致芯片失效，该厚度的上二氧化硅薄膜，在一定程度上可以减小封装过程中塑封料对玻璃钝化层的应力影响；
S10、三次光刻与去光阻：由于芯片本体的表面沉积了多层薄膜，为使芯片两面能够进行金属化，需要进行第三次光刻，将芯片本体除去沟槽以外的两个侧面部分所沉积的各层薄膜蚀刻去除，然后再将光阻去除；
S11、金属化：为使芯片在后续的封装过程中能够顺利焊接，在芯片本体表面进行金属化，使芯片本体的P+面和N+面表面覆盖金属层8，为Ni层；
S12、测试：进行电性测试，在不良芯粒上打墨点标记；
S13、切割与裂片：在沟槽的中心线处进行切割形成切割线7，然后顺着切割线进行裂片，形成一颗颗独立的芯粒。
可靠性能测试
分别取实施例1-3和传统芯片制成的二极管各20个，进行高温反偏试验，实验条件为：温度150℃，反向偏置电压800V，试验时间：24小时。
在室温条件下，对高温反偏试验前和试验后的二极管进行电性测试，主要测试正向压降VF、反向击穿电压VR及反向漏电流IR，计算其实验前后的变化率；若IR过程数据开始快速增大，某一刻突然变为＜2微安的数值，则判定该颗二极管失效；VF、VR、IR的变化率以及二极管失效数量如下表1所示。
表1可靠性能测试数据表
由表1可知，实施例1-3二极管在高温反偏试验前后的VF和VR变化率≤20％，判定可靠性试验合格，IR变化率≤500％，判定可靠性试验合格；传统芯片二极管的VF和VR的变化率存在>20％的现象，判定可靠性试验不合格；此外，在高温反偏试验的过程中，实施例1-3二极管并未出现失效现象，而传统芯片二极管失效5个，不合格率占25％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高可靠光阻玻璃钝化芯片，其特征在于，包括芯片本体和均匀设于所述芯片本体上的沟槽，所述沟槽内设有保护层，所述保护层包括硅原子薄膜、掺氧多晶硅薄膜、下二氧化硅薄膜、玻璃钝化层和上二氧化硅薄膜，所述硅原子薄膜、掺氧多晶硅薄膜和下二氧化硅薄膜自下而上依次设于所述沟槽表面，所述下二氧化硅薄膜表面设有所述玻璃钝化层且所述玻璃钝化层在沟槽中央处不相连，所述玻璃钝化层的表面设有所述上二氧化硅薄膜，所述沟槽的中心线处设有切割线。
2.一种高可靠光阻玻璃钝化芯片的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、一次光刻：在扩散好的芯片本体上进行涂胶、烘烤、曝光、显定影，完成一次光刻，在芯片本体上形成无光刻胶保护的沟槽腐蚀区；
S2、沟槽腐蚀与去光阻：在低温混合酸中进行腐蚀，沟槽腐蚀区经腐蚀后得到所需深度的沟槽，然后将芯片本体表面的光阻去除；
S3、清洗：用高纯水清洗芯片本体，然后进行氮气烘干和排片；
S4、硅原子薄膜沉积：在芯片本体表面沉积一层硅原子，硅原子首先会填充沟槽表面硅不完整的区域，然后再在表面沉积一层硅原子层，经高温处理后，沉积的硅原子层与芯片本体表面的硅紧密键合，形成厚度为4-8纳米的硅原子薄膜；
S5、掺氧多晶硅薄膜沉积：在硅原子薄膜表面通入氧，经过高温反应，可生成掺氧多晶硅，在掺氧多晶硅表面继续通入含氧与含硅气体，反应生成的掺氧多晶硅不断沉积，经过高温键合，最终在硅原子薄膜表面沉积一层400-600纳米的掺氧多晶硅薄膜；
S6、二氧化硅薄膜沉积：继续通入含氧与含硅气体，在掺氧多晶硅薄膜表面沉积一层4-8纳米的下二氧化硅薄膜；
S7、光阻玻璃涂覆与二次光刻：通过旋转涂覆在下二氧化硅薄膜表面均匀涂覆光阻玻璃，进行二次光刻，将沟槽表面需要保护的区域进行曝光，而芯片本体和沟槽中央处不曝光，以有机溶剂浸泡或喷淋可将未曝光处的光阻玻璃去除；
S8、光阻玻璃烧结：通过高温烧结使沟槽表面的光阻玻璃形成玻璃钝化层，紧密包裹沟槽表面；
S9、二氧化硅薄膜沉积：在玻璃钝化层的表面会再沉积一层二氧化硅，形成厚度为500-1000纳米的上二氧化硅薄膜；
S10、经后处理即可获得高可靠光阻玻璃钝化芯片。
3.根据权利要求2所述的一种高可靠光阻玻璃钝化芯片的加工方法，其特征在于，所述S10中的后处理包括步骤：
D1、三次光刻与去光阻：将芯片本体除去沟槽以外的两个侧面部分所沉积的各层薄膜蚀刻去除，然后再将光阻去除；
D2、金属化：在芯片本体表面进行金属化，使芯片本体的P+面和N+面表面覆盖金属层；
D3、测试：进行电性测试，在不良芯粒上打墨点标记；
D4、切割与裂片：在沟槽的中心线处进行切割形成切割线，然后顺着切割线进行裂片，形成一颗颗独立的芯粒。
4.根据权利要求2所述的一种高可靠光阻玻璃钝化芯片的加工方法，其特征在于，所述S2中低温混合酸的温度≤-4℃。
5.根据权利要求2所述的一种高可靠光阻玻璃钝化芯片的加工方法，其特征在于，自所述S3中的清洗步骤开始，作业环境需要达到万级以上的净化水平。
6.根据权利要求2所述的一种高可靠光阻玻璃钝化芯片的加工方法，其特征在于，所述S4中高温处理的温度范围为600-700℃。
7.根据权利要求2所述的一种高可靠光阻玻璃钝化芯片的加工方法，其特征在于，所述S5中硅原子与氧原子的比例在0.2-0.5之间。
8.根据权利要求2所述的一种高可靠光阻玻璃钝化芯片的加工方法，其特征在于，所述S5中高温反应的温度范围为550-650℃。
9.根据权利要求3所述的一种高可靠光阻玻璃钝化芯片的加工方法，其特征在于，所述D2中的金属层为镍层或镍、金层。
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