CN111370301A - 超大功率光阻玻璃芯片生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超大功率光阻玻璃芯片生产工艺，包括匀胶、一次光刻、沟槽腐蚀、HCl清洁、SIPOS、二次匀胶、二次光刻、玻璃钝化、LTO、三次匀胶、三次光刻、去氧化层和金属化、锯片裂片制得。采用该方法生产的尺寸为100—135mil的玻璃芯片工作功率大，工作稳定性好，反向漏电小，使用寿命长；采用HCl清洁，酸性气体可以有效去除沟槽腐蚀残留的金属离子，且避免后续SIPOS操作时需要升温，节能降耗，有利于环保。
Description
技术领域
本发明属于芯片加工技术领域，具体涉及一种超大功率光阻玻璃芯片生产工艺。
背景技术
GPP(玻璃钝化)芯片作为电力电子设备中必不可少的器件，随着现代设备设计性能的提升，对大功率的GPP芯片性能要求也越来越高。芯片的功率越大，反向电流越大，且发热越大，对其高温工作的稳定性越高。
而现有技术中的发功率芯片对应的芯粒尺寸大，传统刀刮工艺GPP芯片在封装过程中玻璃钝化层容易受损，工作在大电流条件时，受损的区域容易击穿导致二极管失效，因此一般尺寸不超过84mil，正向电流不超过3A；且刀刮工艺芯片只能稳定工作在125℃环境，随着工作时间的加长，高温漏电会逐步增大，存在安全隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述缺陷，本发明提供一种超大功率光阻玻璃芯片生产工艺，生产出的光阻玻璃芯片工作功率大，大功率工作条件下，工作稳定性好；增加掺氧多晶硅膜的保护，提高高温性能和可靠性；多层保护，可以对凹槽上边沿形成的鸟嘴及P-N结保护更加充分，沟槽中不存在玻璃，有利于切割裂片；在焊接面以外沉积二氧化硅，焊接时焊锡不会进入玻璃缝隙中，提高产品的可靠性。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：该超大功率光阻玻璃芯片生产工艺包括以下步骤：
S1，匀胶：采用光刻胶将硅片P、N面进行涂覆保护；
S2，一次光刻：通过对硅片P面表面设置尺寸为100—135mil的光刻板对光刻胶进行曝光显影，完成一次光刻，外表面形成光刻图形，硅片上形成无光刻胶保护的沟槽腐蚀区；
S3，沟槽腐蚀：将硅片在低温混合酸中进行腐蚀，在光刻胶的保护下，硅片的P面进行选择性化学腐蚀，无光刻胶保护的沟槽腐蚀区会将P-N结刻蚀穿，P-N结表面腐蚀成镜面；
S4，HCl清洁：对腐蚀后的硅片通入HCl气体清洁，HCl气体冲刷沟槽腐蚀时引入的杂质离子，反应时气体压强为150—500mtorr，温度为500—650℃，时间为30—60min；
S5，SIPOS：在500—800℃，气压为100—750mtorr条件下，先向体系中通入SiH4，通入1—5min后向体系中同时通入SiH4与N2O，通入时间为60min—120min，硅片P+面沉积生成氧化层；
S6，二次匀胶：将光刻胶和玻璃粉混合的光阻玻璃均匀覆盖在完成SIPOS沉积后的硅片P+面和沟槽中；
S7，二次光刻：通过高精密定位的自动曝光机和喷淋式显定影，清除芯粒表面窗口面与沟槽中央残留的光阻玻璃；
S8，玻璃钝化：在400—600℃时烧去光刻胶；在750—900℃时，玻璃粉烧成玻璃，形成二极管芯片P-N结与鸟嘴的钝化保护层；
S9，LTO：在气压为100—750mtorr条件下，向体系中通入SiH4与O2，两者在硅片表面生成SiO2保护膜，所述SiO2保护膜覆盖在硅片P面和沟槽中；
S10，三次匀胶、三次光刻：烧结后形成的玻璃层和沟槽再次用光刻胶涂覆，再通过曝光显影实现光刻胶保护；
S11，去氧化层和金属化：去除芯粒窗口表面氧化层，然后在其表面金属化，即在硅片P+面和N+面镀上镍层，然后经过合金手段，使镍与硅反应形成欧姆接触，形成P+面和N+面的欧姆接触电电极。
S12，锯片裂片：在沟槽的中心线进行切割，切割后分裂成单个的玻璃钝化芯片。
该超大功率光阻玻璃芯片生产过程中，首次提出制备100—135mil的玻璃芯片，由于芯片尺寸越大，其高温性能越差，常规的光阻工艺稳定性能差，上述工艺采用HCl清洁，避免了采用水清洗后再用氮气烘干、排片造成的在常温水洗后续持续升温烘干造成的能源浪费，而且排片增加了人工成本，又不能洗去金属杂质；采用HCl清洁，酸性气体可以有效去除沟槽腐蚀残留的金属离子，且避免后续SIPOS操作时需要升温，节能降耗，有利于环保；增加掺氧多晶硅膜的保护，提高高温性能和可靠性；多层保护，可以对凹槽上边沿形成的鸟嘴及P-N结保护更加充分，沟槽中不存在玻璃，有利于切割裂片；采用连续通气的方式控制保护膜的成分和厚度，调整灵活，可以实现连续化生产；在焊接面以外沉积二氧化硅，焊接时焊锡不会进入玻璃缝隙中，提高产品的可靠性。
进一步的，所述S7二次光刻时喷淋式显定影所用的喷淋头与基片垂直，喷淋时的压强为15～20psi；流量为30～40mL/min，控制喷淋头喷淋角度、压强和流量，可以保证显定影时角度，提高产品的质量，保证在大功率工作条件下的高稳定性和可靠性。
进一步的，所述S11去氧化层和金属化中合金手段为在氮气保护下，反应温度为550—750℃，镀在硅上的镍层与硅反应生成镍硅合金。采用该条件的合金手段形成的镍硅合金，焊接结合紧密，欧姆接触电极的稳定性好，生产的超大功率光阻玻璃芯片可靠性好。
进一步的，所述S11去氧化层和金属化后，还包括S10-1，芯片测试，对金属化的硅片进行电性能测试，不合格的硅片打上墨点标记。
进一步的，所述S1匀胶、S6二次匀胶及S10三次匀胶采用的光刻胶颗粒为0.5μm—200μm。采用该目数的光刻胶，颗粒小，流动性能好，混合后的光阻玻璃能够均匀覆盖在整个硅片上，并将沟槽全部填充，同时曝光清晰度好
进一步的，所述S3沟槽腐蚀中的混合酸为氢氟酸和硝酸与冰乙酸、硫酸中的一种或两种混合。
本发明的有益效果是：
(1)增加芯片工作功率，增加芯片尺寸增大，正向工作电流达15A，可以保证大功率工作条件下的稳定性，采用的新型光阻工艺生产出的产品稳定性好；采用HCl清洁，避免了采用水清洗后再用氮气烘干、排片造成的在常温水洗后续持续升温烘干造成的能源浪费，而且排片增加了人工成本，又不能洗去金属杂质；采用HCl清洁，酸性气体可以有效去除沟槽腐蚀残留的金属离子，且避免后续SIPOS操作时需要升温，节能降耗，有利于环保；增加掺氧多晶硅膜的保护，使其常规电性良好的情况下，提高高温性能与其他可靠性，并采用光阻玻璃进行保护，可以对凹槽上边沿形成的鸟嘴及P-N结保护更加充分，沟槽中不存在玻璃，有利于切割裂片；在焊接面以外沉积二氧化硅层，使得其在焊接时焊锡不会流进玻璃缝隙中，具有更高的可靠性。
2、控制喷淋头喷淋角度、压强和流量，可以保证显定影时角度，提高产品的质量，保证在大功率工作条件下的高稳定性和可靠性；采用该条件的合金手段形成的镍硅合金，焊接结合紧密，欧姆接触电极的稳定性好，生产的超大功率光阻玻璃芯片可靠性好。
3、采用该目数的光刻胶，颗粒小，流动性能好，混合后的光阻玻璃能够均匀覆盖在整个硅片上，并将沟槽全部填充，同时曝光清晰度好，便于生产，操作简便。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
超大功率光阻玻璃芯片生产工艺包括以下步骤：
S1，匀胶：采用光刻胶将硅片P、N面进行涂覆保护；
S2，一次光刻：通过对硅片P面表面设置尺寸为100mil的光刻板对光刻胶进行曝光显影，完成一次光刻，外表面形成光刻图形，硅片上形成无光刻胶保护的沟槽腐蚀区；
S3，沟槽腐蚀：将硅片在低温条件下，氢氟酸、硝酸、冰乙酸与硫酸制成的混合酸中进行腐蚀，在光刻胶的保护下，硅片的P面进行选择性化学腐蚀，无光刻胶保护的沟槽腐蚀区会将P-N结刻蚀穿，P-N结表面腐蚀成镜面；
S4，HCl清洁：对腐蚀后的硅片通入HCl气体清洁，HCl气体冲刷沟槽腐蚀时引入的杂质离子，反应时气体压强为200mtorr，温度为550℃，时间为30min；
S5，SIPOS：在550℃，气压为200mtorr条件下，先向体系中通入SiH4，通入2min后向体系中同时通入SiH4与N2O，通入时间为60min，硅片P+面沉积生成氧化层；
S6，二次匀胶：将光刻胶和玻璃粉混合的光阻玻璃均匀覆盖在完成SIPOS沉积后的硅片P+面和沟槽中；
S7，二次光刻：通过高精密定位的自动曝光机和喷淋式显定影，清除芯粒表面窗口面与沟槽中央残留的光阻玻璃；喷淋式显定影所用的喷淋头与基片垂直，喷淋时的压强为15psi；流量为30mL/min；
S8，玻璃钝化：在500℃时烧去光刻胶；在750℃时，玻璃粉烧成玻璃，形成二极管芯片P-N结与鸟嘴的钝化保护层；
S9，LTO：在气压为200mtorr条件下，向体系中通入SiH4与O2，两者在硅片表面生成SiO2保护膜，所述SiO2保护膜覆盖在硅片P面和沟槽中；
S10，三次匀胶、三次光刻：烧结后形成的玻璃层和沟槽再次用光刻胶涂覆，再通过曝光显影实现光刻胶保护；
S11，去氧化层和金属化：去除芯粒窗口表面氧化层，然后在其表面金属化，即在硅片P+面和N+面镀上镍层，然后经过合金手段，具体反应条件为，氮气氛围下，反应温度550℃，镀在硅上的镍层与硅反应生成镍硅合金使镍与硅反应形成欧姆接触，形成P+面和N+面的欧姆接触电电极；
S11-1，芯片测试，对金属化的硅片进行电性能测试，不合格的硅片打上墨点标记；
S12，锯片裂片：在沟槽的中心线进行切割，切割后分裂成单个的玻璃钝化芯片。
其中，所述S1匀胶、S5二次匀胶及S9三次匀胶采用的光刻胶颗粒为10μm。
实施例2
超大功率光阻玻璃芯片生产工艺包括以下步骤：
S1，匀胶：采用光刻胶将硅片P、N面进行涂覆保护；
S2，一次光刻：通过对硅片P面表面设置尺寸为120mil的光刻板对光刻胶进行曝光显影，完成一次光刻，外表面形成光刻图形，硅片上形成无光刻胶保护的沟槽腐蚀区；
S3，沟槽腐蚀：将硅片在低温条件下，氢氟酸、硝酸、冰乙酸与硫酸制成的混合酸中进行腐蚀，在光刻胶的保护下，硅片的P面进行选择性化学腐蚀，无光刻胶保护的沟槽腐蚀区会将P-N结刻蚀穿，P-N结表面腐蚀成镜面；
S4，HCl清洁：对腐蚀后的硅片通入HCl气体清洁，HCl气体冲刷沟槽腐蚀时引入的杂质离子，反应时气体压强为300mtorr，温度为600℃，时间为45min；
S5，SIPOS：在550℃，气压为300mtorr条件下，先向体系中通入SiH4，通入3min后向体系中同时通入SiH4与N2O，通入时间为80min，硅片P+面沉积生成氧化层；
S6，二次匀胶：将光刻胶和玻璃粉混合的光阻玻璃均匀覆盖在完成SIPOS沉积后的硅片P+面和沟槽中；
S7，二次光刻：通过高精密定位的自动曝光机和喷淋式显定影，清除芯粒表面窗口面与沟槽中央残留的光阻玻璃；喷淋式显定影所用的喷淋头与基片垂直，喷淋时的压强为18psi；流量为35mL/min；
S8，玻璃钝化：在500℃时烧去光刻胶；在800℃时，玻璃粉烧成玻璃，形成二极管芯片P-N结与鸟嘴的钝化保护层；
S9，LTO：在气压为300mtorr条件下，向体系中通入SiH4与O2，两者在硅片表面生成SiO2保护膜，所述SiO2保护膜覆盖在硅片P面和沟槽中；
S10，三次匀胶、三次光刻：烧结后形成的玻璃层和沟槽再次用光刻胶涂覆，再通过曝光显影实现光刻胶保护；
S11，去氧化层和金属化：去除芯粒窗口表面氧化层，然后在其表面金属化，即在硅片P+面和N+面镀上镍层，然后经过合金手段，具体反应条件为，氮气氛围下，反应温度600℃，镀在硅上的镍层与硅反应生成镍硅合金使镍与硅反应形成欧姆接触，形成P+面和N+面的欧姆接触电电极；
S11-1，芯片测试，对金属化的硅片进行电性能测试，不合格的硅片打上墨点标记；
S12，锯片裂片：在沟槽的中心线进行切割，切割后分裂成单个的玻璃钝化芯片。
其中，所述S1匀胶、S6二次匀胶及S10三次匀胶采用的光刻胶颗粒为100μm。
实施例3
超大功率光阻玻璃芯片生产工艺，包括以下步骤：
S1，匀胶：采用光刻胶将硅片P、N面进行涂覆保护；
S2，一次光刻：通过对硅片P面表面设置尺寸为135mil的光刻板对光刻胶进行曝光显影，完成一次光刻，外表面形成光刻图形，硅片上形成无光刻胶保护的沟槽腐蚀区；
S3，沟槽腐蚀：将硅片在低温条件下，氢氟酸、硝酸、冰乙酸与硫酸制成的混合酸中进行腐蚀，在光刻胶的保护下，硅片的P面进行选择性化学腐蚀，无光刻胶保护的沟槽腐蚀区会将P-N结刻蚀穿，P-N结表面腐蚀成镜面；
S4，HCl清洁：对腐蚀后的硅片通入HCl气体清洁，HCl气体冲刷沟槽腐蚀时引入的杂质离子，反应时气体压强为400mtorr，温度为650℃，时间为60min；
S5，SIPOS：在600℃，气压为400mtorr条件下，先向体系中通入SiH4，通入3min后向体系中同时通入SiH4与N2O，通入时间为90min，硅片P+面沉积生成氧化层；
S6，二次匀胶：将光刻胶和玻璃粉混合的光阻玻璃均匀覆盖在完成SIPOS沉积后的硅片P+面和沟槽中；
S7，二次光刻：通过高精密定位的自动曝光机和喷淋式显定影，清除芯粒表面窗口面与沟槽中央残留的光阻玻璃；喷淋式显定影所用的喷淋头与基片垂直，喷淋时的压强为20psi；流量为40mL/min；
S8，玻璃钝化：在500℃时烧去光刻胶；在800℃时，玻璃粉烧成玻璃，形成二极管芯片P-N结与鸟嘴的钝化保护层；
S9，LTO：在气压为400mtorr条件下，向体系中通入SiH4与O2，两者在硅片表面生成SiO2保护膜，所述SiO2保护膜覆盖在硅片P面和沟槽中；
S10，三次匀胶、三次光刻：烧结后形成的玻璃层和沟槽再次用光刻胶涂覆，再通过曝光显影实现光刻胶保护；
S11，去氧化层和金属化：去除芯粒窗口表面氧化层，然后在其表面金属化，即在硅片P+面和N+面镀上镍层，然后经过合金手段，具体反应条件为，氮气氛围下，反应温度750℃，镀在硅上的镍层与硅反应生成镍硅合金使镍与硅反应形成欧姆接触，形成P+面和N+面的欧姆接触电电极；
S11-1，芯片测试，对金属化的硅片进行电性能测试，不合格的硅片打上墨点标记；
S12，锯片裂片：在沟槽的中心线进行切割，切割后分裂成单个的玻璃钝化芯片。
其中，所述S1匀胶、S6二次匀胶及S10三次匀胶采用的光刻胶颗粒为50μm。
上述实施例1—实施例3生产的玻璃芯片尺寸大，尺寸可以达到110mil—135mil，正向电流可达到10A—18A，工作功率大，同时具有良好的工作稳定性，反向漏电小，使用寿命长，产品合格率高。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.超大功率光阻玻璃芯片生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，匀胶：采用光刻胶将硅片P、N面进行涂覆保护；
S2，一次光刻：通过对硅片P面表面设置尺寸为100—135mil的光刻板对光刻胶进行曝光显影，完成一次光刻，外表面形成光刻图形，硅片上形成无光刻胶保护的沟槽腐蚀区；
S3，沟槽腐蚀：将硅片在低温混合酸中进行腐蚀，在光刻胶的保护下，硅片的P面进行选择性化学腐蚀，无光刻胶保护的沟槽腐蚀区会将P-N结刻蚀穿，P-N结表面腐蚀成镜面；
S4，HCl清洁：对腐蚀后的硅片通入HCl气体清洁，HCl气体冲刷沟槽腐蚀时引入的杂质离子，反应时气体压强为150—500mtorr，温度为500—650℃；时间为30—60min。
S5，SIPOS：在500—800℃，气压为100—750mtorr条件下，先向体系中通入SiH4，通入1—5min后向体系中同时通入SiH4与N2O，通入时间为60min—120min，硅片P+面沉积生成氧化层；
S6，二次匀胶：将光刻胶和玻璃粉混合的光阻玻璃均匀覆盖在完成SIPOS沉积后的硅片P+面和沟槽中；
S7，二次光刻：通过高精密定位的自动曝光机和喷淋式显定影，清除芯粒表面窗口面与沟槽中央残留的光阻玻璃；
S8，玻璃钝化：在400—600℃时烧去光刻胶；在750—900℃时，玻璃粉烧成玻璃，形成二极管芯片P-N结与鸟嘴的钝化保护层；
S9，LTO：在气压为100—750mtorr条件下，向体系中通入SiH4与O2，两者在硅片表面生成SiO2保护膜，所述SiO2保护膜覆盖在硅片P面和沟槽中；
S10，三次匀胶、三次光刻：烧结后形成的玻璃层和沟槽再次用光刻胶涂覆，再通过曝光显影实现光刻胶保护；
S11，去氧化层和金属化：去除芯粒窗口表面氧化层，然后在其表面金属化，即在硅片P+面和N+面镀上镍层，然后经过合金手段，使镍与硅反应形成欧姆接触，形成P+面和N+面的欧姆接触电电极；
S12，锯片裂片：在沟槽的中心线进行切割，切割后分裂成单个的玻璃钝化芯片。
2.如权利要求1所述的超大功率光阻玻璃芯片生产工艺，其特征在于：所述S7二次光刻时喷淋式显定影所用的喷淋头与基片垂直，喷淋时的压强为15～20psi；流量为30～40mL/min。
3.如权利要求1所述的超大功率光阻玻璃芯片生产工艺，其特征在于：所述S11去氧化层和金属化中合金手段为在氮气保护下，反应温度为550—750℃，镀在硅上的镍层与硅反应生成镍硅合金。
4.如权利要求1所述的超大功率光阻玻璃芯片生产工艺，其特征在于：所述S11去氧化层和金属化后，还包括S11-1，芯片测试，对金属化的硅片进行电性能测试，不合格的硅片打上墨点标记。
5.如权利要求1所述的超大功率光阻玻璃芯片生产工艺，其特征在于：所述S1匀胶、S6二次匀胶及S10三次匀胶采用的光刻胶颗粒为0.5μm—200μm。
6.如权利要求1所述的超大功率光阻玻璃芯片生产工艺，其特征在于：所述S3沟槽腐蚀中的混合酸为氢氟酸和硝酸与冰乙酸、硫酸中的一种或两种混合。
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