CN114420560A - 一种采用蜂窝状光刻版和刀刮法的gpp二极管芯片生产工艺 - Google Patents

一种采用蜂窝状光刻版和刀刮法的gpp二极管芯片生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，涉及半导体器件的制造。本发明相比基于传统图形掩膜版的刀刮法工艺而言，通过采用第一掩膜版和第二掩膜版组成的新型六边形蜂窝状双沟槽光刻掩膜版，并将其应用于GPP玻璃封装刀刮工艺中，从而只需要一台曝光机就可以完成一次曝光及二次套刻曝光，减少了双面曝光机这台设备，同时本发明也相应省去了价格昂贵的背面光刻版和背面刻蚀所需耗材。而且，由于本发明二次套刻后晶片的刻蚀面拥有正面切割道，因此芯片可以直接采用激光进行高速切割，并且直接得到完整的芯粒，不需要增加人工裂片的环节，具有极高的生产效率和成本优势。

Description

一种采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺
技术领域
本发明涉及半导体分立器件(二极管)制造的技术领域，特别是涉及一种采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺。
背景技术
二极管因其具有单向导通的性质，无论是在家用电路还是在特种电路市政电路中，都是必不可少的分立器件之一。我国最早从上世纪50年代便开始了研究与生产。近年来随着国家对于环境保护的重视，各企业的环保意识逐渐增强。传统的Open Junction酸/碱洗开槽生产芯片的工艺(后称OJ工艺)，由于其需要使用大量酸液或碱液，产生大量的污水排放，而逐渐被另外一种更加环保，且产品可靠性更强的生产工艺Glass Passivated玻璃钝化工艺(后称GPP工艺)所取代。
GPP工艺顾名思义，采用耐高电压的钝化玻璃与二极管的PN结合的方式，使得产品在高压、高温、浪涌等情况下更加可靠。但是产品的生产成本是传统OJ工艺的数倍。而其在玻璃与PN结钝化结合工艺上的不同，还可以分为：电泳法、刀刮法和光阻法。由于电泳法生产出的GPP芯片可靠性较差，故现在国内的GPP工艺主要采用刀刮法和光阻法两种。相比而言，刀刮法工序较简单，成本较于光阻法要低许多，因而其在国内的应用非常广泛。
二极管芯片中最常见的芯片形状有两种分别为：正方形和正六边形。正方形的管芯一般较小，应用于手机电脑等对于芯片大小有严格要求的消费电子中。而正六边形的二极管芯片则广泛应用于汽车电子中。
当前工艺下各厂家的刀刮法工艺在基本的图形结构设计上并无太大差别，如图1的传统工艺的H220mil六边形芯片版图所示。图1中从左至右分别为：一次正面曝光，一次背面曝光，二次套刻曝光。其中正面线宽为9mil(微英寸)，圆角弧度为R＝13mil，背面线宽为2mil，二次套刻曝光对版规格为H198mil，芯片出点率为195颗。
传统刀刮法虽然成本较低，但是存在三个劣势：
第一：传统刀刮法生产的芯片无法采用激光正面切割，因此当前对于刀刮工艺的产品，只能采用砂轮正面切割，或者激光背面切割。砂轮正面切割受限于玻璃切割的难度，只能采用低速切割＜10mm/s，效率不到常规激光器(切割速度＞100mm/s)的10％。而激光背面切割，虽然可以保持高速高效，但是需要通过后道工序人工裂片的方式来得到完整的芯粒，这会产生由于人为因素而引起的玻璃损伤，同时也大幅度增加了用工成本。
第二：六边形二极管现在有两种排布方式，一种是平行切割排布，另一种是蜂窝状排布。平行切割的排布方式可以用于任意一种二极管芯片生产工艺，不论是OJ工艺还是GPP工艺，都可以切割获得，但是会损失一个三角形，如图1所示。为了增加芯片的出点率，提高产品的使用率，蜂窝状是一种更加合理的排布方式。OJ工艺可以通过线切割的方式，批量切割蜂窝排布。虽然切割速度慢，但是由于可以几百片堆叠后批量操作，所以生产效率并不受影响。但是传统刀刮法，却无法切割蜂窝排布的芯片，主要是面临两大困难：砂轮切割无法灵活转向；背面激光切割无法继续人工裂取完整的芯片。
第三：传统刀刮法要高效率生产就必须采用激光背面切割，所以在做第一次光刻时，需要双面曝光机进行双面光刻，并增加一步背面刻蚀工序，以便获得激光切割道，同时还需要增加背面保护来保证芯片不因为刻蚀切割道而受损。其中，背面刻蚀的工序增加了5～10％的刻蚀成本，背面保护则增加了近20％的光刻胶成本，此外，一台双面曝光机的成本价要比单面的贵50％以上。
综上所述，当前条件下刀刮法工艺限于图形结构上的阻碍，导致其无法将成本优势发挥到最大。因此，亟需提供一种能够兼具成本优势和生产效率的GPP二极管芯片生产工艺。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，该工艺可以通过光刻和化学腐蚀将晶片生产成所需的蜂窝状芯片，兼具成本优势和生产效率。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，其包括如下步骤：
S1、将光刻胶均匀涂在原始晶片的刻蚀面上，形成第一光刻胶层；
S2、将第一掩膜版置于光刻机中，并通过光刻工艺将第一掩膜版上能够透光的图案印在原始晶片刻蚀面的第一光刻胶层上；所述第一掩膜版包括第一透明基板以及覆盖于第一透明基板表面的第一光刻掩膜层，第一光刻掩膜层中具有由第一正六边形图案单元拼接成的第一蜂窝状图案，且每个第一正六边形图案单元中，六条侧边线处为第一光透性类型线条，六条侧边线围合区域均为第二光透性类型区域；任意两个相邻的第一正六边形图案单元之间保持间隔，使两个第一正六边形图案单元贴近的两条平行第一光透性类型线条之间具有一条第二光透性类型线条；所述第一光透性类型为透光和不透光中的一种，所述第二光透性类型为另一种；
S3、利用显影液对S2中光刻处理后的第一光刻胶层进行处理，去除所有第一光透性类型所映射位置的光刻胶，再采用定影液将含有光刻胶杂质的显影液洗去，烘干；
S4、通过干法刻蚀或湿法刻蚀对经过S3处理后的晶片进行刻蚀，使第一图案化晶片的刻蚀面上没有覆盖光刻胶的区域均形成刻蚀槽，六边形的刻蚀槽之间围合形成六边形的芯片台面，任意相邻的两个芯片台面之间均具有两条间隔的刻蚀槽，两条刻蚀槽之间由一条线条形的切割面分隔；完成刻蚀后，用剥离液去除晶片表面的光刻胶；
S5、使用刀刮法在S4处理后的晶片表面的刻蚀槽内填入玻璃粉末，烧结后在晶片表面以及刻蚀槽中形成玻璃钝化保护；
S6、再次将光刻胶均匀涂在S5处理后的晶片的刻蚀面上，形成第二光刻胶层；
S7、将第二掩膜版置于光刻机中，并通过套刻工艺将第二掩膜版上能够透光的图案印在晶片刻蚀面的第二光刻胶层上；所述第二掩膜版包括第二透明基板以及覆盖于第二透明基板表面的第二光刻掩膜层，所述第二光刻掩膜层中具有由第二正六边形图案单元拼接成的第二蜂窝状图案，且每个第二正六边形图案单元中，六条侧边线处为第二光透性类型线条，六条侧边线围合区域均为第一光透性类型区域；任意两个相邻的第二正六边形图案单元之间保持间隔，使两个第二正六边形图案单元贴近的两条平行第二光透性类型线条之间具有一条第一光透性类型线条；且套刻时所述第二蜂窝状图案中的第二正六边形图案单元与所述第一蜂窝状图案中的第一正六边形图案单元在晶片上的映射区域一一对应重叠，满足套刻要求；
S8、利用显影液对S7中套刻处理后的第二光刻胶层进行处理，去除所有第一光透性类型所映射位置的光刻胶，再采用定影液将含有光刻胶杂质的显影液洗去，烘干；
S9、利用缓冲氧化物刻蚀液对S8处理后的晶片表面进行刻蚀，去除所述芯片台面以及所述切割面上覆盖的玻璃层，露出所述芯片台面以及所述切割面；
S10、将S9处理后的晶片置于蒸发台中，对晶片的两个表面均进行表面金属化，然后利用激光切割设备沿刻蚀面上的所述切割面进行激光切割，形成六边形的GPP二极管芯片颗粒。
作为优选，所述第一光透性类型为不透光，所述第二光透性类型为透光，所述光刻胶为负胶，所述显影液为能去除未被曝光的光刻胶的负性显影液。
作为优选，所述第一光透性类型为透光，所述第二光透性类型为不透光，所述光刻胶为正胶，所述显影液为能去除被曝光的光刻胶的正性显影液。
作为优选，所述原始晶片在涂覆光刻胶之前预先经过清洗并烘干。
作为优选，所述第一光刻胶层和第二光刻胶层的厚度为1.5～1.7μm。
作为优选，所述干法刻蚀采用等离子体进行薄膜刻蚀。
作为优选，所述湿法刻蚀采用硝酸和氢氟酸的混合刻蚀液对晶片表面进行腐蚀。
作为优选，所述缓冲氧化物刻蚀液为含有氟化铵和氢氟酸的刻蚀液。
作为优选，所述切割面的线条宽度为4～5mil。
作为优选，所述激光切割设备在对所述切割面进行激光切割时沿其中线进行切割，使切割面被切割后左右对称。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
本发明相比基于传统图形掩膜版的刀刮法工艺而言，在保持电性参数一致的情况下，通过采用第一掩膜版和第二掩膜版组成的新型六边形蜂窝状双沟槽光刻掩膜版，并将其应用于GPP玻璃封装刀刮工艺中，从而只需要一台曝光机就可以完成一次曝光及二次套刻曝光，减少了双面曝光机这台设备。同时本发明也相应省去了价格昂贵的背面光刻版，大大降低了辅材的成本，同时也省去了背面刻蚀和背面保护时的耗材，降低了污染，减轻了环保压力。
附图说明
图1为传统工艺的六边形芯片版图，从左至右分别为一次正面曝光掩膜版、一次背面曝光掩膜版、二次套刻曝光掩膜版；
图2为六边形蜂窝状双沟槽光刻掩膜版的第一掩膜版示意图；
图3为单个第一正六边形图案单元的结构示意图；
图4为7个第一正六边形图案单元组成的局部区域示意图；
图5为一次曝光刻蚀后得到的晶片结构示意图；
图6为六边形蜂窝状双沟槽光刻掩膜版的第二掩膜版示意图；
图7为7个第二正六边形图案单元组成的局部区域示意图；
图8为采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
传统工艺中，GPP玻璃封装刀刮工艺的版图无法使用蜂窝状的布局形式，主要面临正面砂轮切割无法灵活转向和背面激光切割无法继续裂片的两大困难。其背后的原因是：当晶片结合玻璃后，想要同时切开玻璃和晶片，只能用砂轮机进行慢速切割(激光机的1/10～1/50的速度)切割，且砂轮机切割无法在切割过程中转变方向；如果采用激光切割，则只能从背面切割硅层(由于光散射的原因，单一激光器无法同时切割硅片和玻璃)，再通过人工裂片的方式得到芯片，可蜂窝状的结构会导致各方向受力不均匀，使得裂出的芯片严重崩缺无法应用。为了克服刀刮法GPP工艺生产过程中，受限于图形结构而产生的问题，本发明提供了一种采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，该生产工艺中设计了一种新型的六边形蜂窝状双沟槽光刻掩膜版。通过对光刻掩膜版的改进，使得本发明可以通过该光刻掩膜版进行一次曝光和二次套刻曝光后，相邻两个六边形芯片单元之间还保留有一条用于进行正面激光切割的切割道，从而能够大大提高晶片的利用率和切割速度。
由于光刻胶存在正性光刻胶(即正胶)和负性光刻胶(即负胶)，其中正胶具有很好的对比度，所以生成的图形具有良好的分辨率，其他特性如，台阶覆盖好、对比度好；粘附性差、抗刻蚀能力差、高成本。而负胶具有良好的粘附能力和阻挡作用、感光速度快；显影时发生变形和膨胀，所以通常只用于1μm以上的分辨率。本发明中正负胶都可以使用，但其对应的光刻掩膜版存在差异，具体体现在光刻掩膜上掩膜图案所对应的光透性类型(类型分为透光和不透光)不同。因此本发明中对应提供了两种不同版图极性的光刻掩膜版，下面分别通过实施例对两种光刻掩膜版对应的GPP二极管芯片生产工艺进行说明，其基本流程如图8所示。
实施例1
本实施例中，提供了一种采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，该生产工艺中采用了一种适用于负胶的六边形蜂窝状双沟槽光刻掩膜版，这种六边形蜂窝状双沟槽光刻掩膜版，包括第一掩膜版和第二掩膜版，其中第一掩膜版用于第一次曝光，而第二掩膜版用于第二次套刻时的曝光。该光刻掩膜版可应用于GPP玻璃封装刀刮工艺中，而且只需要一台曝光机就可以完成一次曝光及二次套刻曝光，实现套刻。
为了便于理解本发明后续GPP二极管芯片生产工艺的流程，下面首先对六边形蜂窝状双沟槽光刻掩膜版中第一掩膜版和第二掩膜版的具体结构进行介绍。
如图2所示，为第一掩膜版的结构示意图，第一掩膜版包括第一透明基板1以及覆盖于第一透明基板1表面的第一光刻掩膜层2，而第一光刻掩膜层2中具有由第一正六边形图案单元拼接成的第一蜂窝状图案。所有单个第一正六边形图案单元的结构相同，如图3所示，为单个第一正六边形图案单元的图案示意图，在单个第一正六边形图案单元中，六边形的六条侧边线处均为不透光线条，而六条侧边线围合区域均为透光区域。在图2中，不透光线条由标记201所标识，透光区域由标记202所标识，6条不透光线条实际围成了一个六边形框，而内部的透光区域则为六边形面。另外，在该第一蜂窝状图案，相邻的第一正六边形图案单元之间侧边线并不重叠。如图4所示，示意了7个第一正六边形图案单元组成的局部区域，其中任意两个相邻的第一正六边形图案单元之间均保持间隔，使两个第一正六边形图案单元中相互贴近的两条平行不透光线条之间具有一条透光线条，该透光线条由标记203所标识。因此，在第一蜂窝状图案中，任意一条透光线条的两侧都存在两条不透光线条。在光刻过程中，晶片上涂覆负性光刻胶，第一光刻掩膜层2中透光的区域对应的负性光刻胶被曝光，而不透光的区域对应的负性光刻胶未被曝光，经过显影液处理后保留了被曝光的光刻胶，而未被曝光的光刻胶被定影液去除，即标记201所标识的不透光线条对应的光刻胶被去除形成了刻蚀道。再经过干/湿法刻蚀对刻蚀道进行正面腐蚀，即可在晶片上开出槽道。由此，形成了图5所示的晶片结构，任意相邻两个芯片台面5之间均存在两条槽道6即本发明中所谓的双沟槽，而两条槽道6之间还存在一个切割面7。这个切割面7的形成，即可使得晶片后续直接在正面通过激光切割得到六边形芯片，无需进行背面人工裂片。芯片台面5、槽道6、切割面7在第一掩膜版中分别对应于标记202、标记201和标记203对应的区域。
如图6所示，为第二掩膜版的结构示意图，第二掩膜版包括第二透明基板3以及覆盖于第二透明基板3表面的第二光刻掩膜层4，而第二光刻掩膜层4中具有由第二正六边形图案单元拼接成的第二蜂窝状图案。如图7所示，示意了7个第二正六边形图案单元组成的局部区域，所有单个第二正六边形图案单元的结构相同。与第二正六边形图案单元相反，在单个第二正六边形图案单元中，六条侧边线处均为透光线条，而六条侧边线围合区域均为不透光区域。在图7中，透光线条由标记401所标识，不透光区域由标记402所标识，6条透光线条实际围成了一个六边形框，而内部的不透光区域则为六边形面。另外，在该第二蜂窝状图案，相邻的第二正六边形图案单元之间侧边线并不重叠，任意两个相邻的第二正六边形图案单元之间保持间隔，使两个第二正六边形图案单元中相互贴近的两条平行透光线条之间具有一条不透光线条，该不透光线条由标记403所标识。因此，在第二蜂窝状图案中，任意一条不透光线条的两侧都存在两条透光线条，与第一蜂窝状图案正好相反。
上述第一掩膜版和第二掩膜版是通过套刻工艺通过先后两次曝光实现芯片切割的。图2中每一条黑线在完成光刻开槽处理后便是一条槽，故每一个芯片单元的侧部都会有一个双槽结构，两条黑线间的留白区域是切割面7。图6的二次套刻版图中两个单元之间留有黑线，在二次套刻刻蚀完成后，两个单元之间的黑线对应位置将获得正面的切割道，同时每个单元中心的六边形黑面区域将获得芯片台面，供后续封装过程中进行表面金属化和电极焊接。因此，第一蜂窝状图案中的第一正六边形图案单元能够与第二蜂窝状图案中的第二正六边形图案单元一一对应重叠，只是两者的透光区域和不透光区域正好相反，以便于实现套刻。
需注意的是，上述第一掩膜版和第二掩膜版的材质不限。第一透明基板1和第二透明基板3的材质可以为苏打玻璃、石英玻璃或硼硅玻璃，而第一光刻掩膜层2和第二光刻掩膜层4的材质可以为金属掩膜材料。本实施例中，第一透明基板1和第二透明基板3的材质优选采用石英玻璃，而第一光刻掩膜层2和第二光刻掩膜层4优选采用带有镂空图案的铬层，其中所有不透光区域包括线条形式和六边形面状形式的不透光区域具有连续的铬层，而所有透光区域包括线条形式和六边形面状形式的透光区域均镂空，不含有铬层。一般而言，第一光刻掩膜层2可镀于第一透明基板1的单侧表面，第二光刻掩膜层4可镀于第二透明基板3的单侧表面，优选的掩膜层可镀于两块基板各自的底面。
另外，上述第一掩膜版和第二掩膜版的尺寸参数可以根据实际客户需求以及参数要求而进行芯片尺寸的调整。一般而言，不透光线条和透光线条的线宽可设置为4～5mil，过大将导致材料浪费，过小可能造成切割困难。本实施例的优选设计中，不透光线条和透光线条的线宽可设置为4.5mil，二次套刻曝光对版规格为正六边形H198mil，圆角弧度为R＝13mil，这与常规正六边形H220的芯片最终得到的台面及焊接面是相同的，因此芯片的电性参数(尤其是正向压降及耐浪涌能力)并不会有差异。
上述六边形蜂窝状双沟槽光刻掩膜版的制作工艺可采用现有的光刻掩膜版制作工艺实现，对此不作限制。下面介绍一种常见的工艺流程：
1)绘制生成设备可以识别的掩膜版版图文件。
2)使用无掩模光刻机读取版图文件，对带胶的空白掩膜版进行非接触式曝光，照射掩膜版上所需图形区域，使该区域的光刻胶发生光化学反应。
3)经过显影、定影后，曝光区域的光刻胶溶解脱落，暴露出下面的铬层。
4)使用铬刻蚀液进行湿法刻蚀，将暴露出的铬层刻蚀掉形成透光区域，而受光刻胶保护的铬层不会被刻蚀，形成不透光区域。这样便在掩膜版上形成透光率不同的平面图案结构，即前述第一蜂窝状图案和第二蜂窝状图案。
但需说明的是，上述光刻掩膜版的制作流程仅仅是为了便于理解，并非对本发明的限制。
基于上述第一掩膜版和第二掩膜版的具体结构，下面对本实施例中采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺的具体步骤进行详述：
S1、选择负胶作为光刻胶，使用匀胶设备将光刻胶均匀涂在原始晶片的刻蚀面上，形成第一光刻胶层。
需要注意的是，晶片的刻蚀面可以根据实际需要选择。晶片有硼磷两个面，具体以哪一面为刻蚀面需要根据实际调整。例如，车用的二极管经常会采用部分硼面蚀刻，部分磷面蚀刻，然后再后续的封装过程中叠加使用。
确认好刻蚀面后，可采用全自动排篮设备，将需要生产的晶片排篮，刻蚀面朝上，以便直接进行自动匀胶。原始晶片在涂覆光刻胶之前预先经过清洗并在180℃高温烘干，不仅确保烘干水气，同时还需要保证表面没有游离的-OH氢氧键。第一光刻胶层的厚度可根据实际进行优化，本实施例中涂抹完后的晶片表面第一光刻胶层厚度优选控制在约1.6±0.3μm。
S2、将第一掩膜版置于光刻机中，并通过光刻工艺将第一掩膜版上能够透光的图案印在原始晶片刻蚀面的第一光刻胶层上。
需要说明的是，此处所谓的透光的图案印在原始晶片刻蚀面的第一光刻胶层上，并非是指第一光刻胶层上具有真的图案，而是光刻工艺中按照透光图案对应的映射关系对第一光刻胶层进行了图案化的曝光。由于采用的是负胶，所以被曝光的部分是交联固化的，后续即可采用显影液和定影液将未被曝光部分进行去除。
S3、利用显影液对S2中光刻处理后的第一光刻胶层进行处理，去除未被曝光的光刻胶，再采用定影液将含有光刻胶杂质的显影液洗去，烘干。
本实施例中，由于光刻胶为负胶，因此显影液也对应采用能去除未被曝光的光刻胶的负性显影液。
另外，本发明中除了刻蚀面之外，晶片的另一面即非刻蚀面也可以用光刻胶进行保护，以防止刻蚀过程非刻蚀面被刻蚀液侵蚀。在传统工艺中，由于是用砂轮切割晶片的背面，所以在此处需要双面同时对准曝光，即正面为刻蚀面，背面为切割面。而采用该发明后，最多只需要采用回收胶对背面进行保护即可，其作用仅仅是防酸。经估算，这种做法相对于传统工艺大约可以节约20％的光刻胶成本。而且，由于双面光刻机对于光源，主轴，对称精度要求很高，所以其价格是单面光刻机的1.5倍以上，而在采用本发明后生产中可以以单面光刻机替代双面光刻机，大大降低光刻机的购置成本。
S4、通过干法刻蚀或湿法刻蚀对经过S3处理后的晶片进行刻蚀，使第一图案化晶片的刻蚀面上没有覆盖光刻胶的区域均形成刻蚀槽，六边形的刻蚀槽之间围合形成六边形的芯片台面，任意相邻的两个芯片台面之间均具有两条间隔的刻蚀槽，两条刻蚀槽之间由一条线条形的切割面分隔。完成刻蚀后，用剥离液去除晶片表面的光刻胶。
在本实施例中，干法刻蚀可采用等离子体进行薄膜刻蚀，而湿法刻蚀可采用硝酸HNO3和氢氟酸HF的混合刻蚀液对晶片表面的硅进行腐蚀，两种刻蚀方式均可。总体而言，干法刻蚀的精确度高，而湿法刻蚀的生产成本低。
另外，本发明由于存在双沟槽，需要降低其刻蚀温度，一般在零下10℃以下。在刻蚀的过程中需要将腐蚀台面，去除至PN结，并且保证整颗芯片的PN结都已完全暴露出来，确认后才可以采用剥离液去除光刻胶。
如前所述，传统工艺中，提到需要进行双面曝光，然后在干湿法腐蚀的过程中，需要先浅腐蚀，将背面的切割道开出，随后用光刻胶(可用回收胶)将背面保护后防酸。而本发明工艺中不需要浅腐蚀工艺，可以节约5～10％的刻蚀成本，而且芯片尺寸越小，节约的成本越多。
S5、使用刀刮法在S4处理后的晶片表面的刻蚀槽内填入玻璃粉末，烧结后在晶片表面以及刻蚀槽中形成玻璃钝化保护。
此步骤中，玻璃粉末可制成玻璃浆后用刮刀进行刮涂，使其填入刻蚀槽中。由于本发明中的图形是蜂窝状结构，而玻璃与硅片的固化收缩率不同，在降温过程中容易导致蜂窝状芯片六个方向收缩不均匀而增加断裂应力。为此本发明优选采用耐高压玻璃粉，并与溶剂二乙二醇单丁基醚和塑性粉乙基纤维素混合，得到高压玻璃浆。该高压玻璃浆固化收缩率较小，可以有效防止在刻蚀槽内的玻璃相对于硅晶片的快速收缩。
另外，本发明中的双沟槽相比常规刀刮工艺而言较窄，所以在采用自动刮涂机进行玻璃浆刮涂时，需要将停留时间加长，以便于玻璃浆对刻蚀槽的完整覆盖。
带有玻璃浆的晶片在烧结时可送入高温钝化炉，采用860℃以上的高温，将玻璃与沟槽牢牢结合。
需要注意的是，经过烧结后，除了刻蚀槽内存在玻璃外，晶片表面(包括六边形芯片台面和切割面)上也会有一层玻璃，即晶片表面是玻璃-硅结合体，这种形态无法焊接，也无法采用单一激光源切割。因此后续需要通过二次套刻以及二次刻蚀去除六边形芯片台面和切割面上的玻璃，从而获得焊接面与切割面。
S6、再次将光刻胶均匀涂在S5处理后的晶片的刻蚀面上，形成第二光刻胶层。
本步骤中，光刻胶的类型以及厚度与可与S1一致。
S7、将第二掩膜版置于光刻机中，并通过套刻工艺将第二掩膜版上能够透光的图案印在晶片刻蚀面的第二光刻胶层上。
需要注意的是，第二掩膜版在光刻机中的位置应当与第一掩膜版满足套刻的要求，套刻时第二蜂窝状图案中的第二正六边形图案单元与第一蜂窝状图案中的第一正六边形图案单元在晶片上的映射区域应当一一对应重叠，满足套刻要求。
S8、利用显影液对S7中套刻处理后的第二光刻胶层进行处理，去除未被曝光的光刻胶，再采用定影液将含有光刻胶杂质的显影液洗去，烘干。
本实施例中，由于光刻胶为负胶，因此显影液也对应采用能去除未被曝光的光刻胶的负性显影液。
S9、利用缓冲氧化物刻蚀液对S8处理后的晶片表面进行刻蚀，去除芯片台面以及切割面上覆盖的玻璃层，露出芯片台面以及切割面。
与S4中第一次干/湿法刻蚀的主要目的是刻蚀硅不同，本步骤中二次刻蚀采用带有氟化铵NH4F和氢氟酸HF的缓冲氧化物刻蚀液(即BOE刻蚀液)，其目的是对玻璃-硅进行处理，去除玻璃层，露出硅表面，即露出用于进行表面金属化芯片台面以及用于后续激光切割的切割面。
S10、将S9处理后的晶片置于蒸发台中，对晶片的两个表面均进行表面金属化，然后利用激光切割设备沿刻蚀面上的切割面进行激光切割，整块晶片的所有切割面都被切割后，即可形成一系列六边形的GPP二极管芯片颗粒，无需再人工裂片。
需要注意的是，在利用激光切割设备对切割面进行激光切割时，需要沿其中线进行切割，使切割面被切割后左右对称。
对于本实施例中提供的六边形蜂窝状双沟槽光刻掩膜版，由于在版图中引入了六边形蜂窝状的布局，因此能够大大提高晶片的利用率。传统的光刻掩膜版布局图1中，每个六边形都会带有6个小三角形，因此在裂片后，会产生小三角形废料，是非常严重的损耗和浪费。而蜂窝状布局结构中不会产生小三角形芯片的浪费，可以大大增加一片晶片的利用率。图1所示光刻掩膜版下，正六边形H220mil尺寸芯片出点率为195颗，但是本发明图2和图6所示同尺寸的光刻掩膜版下，正六边形H220mil尺寸芯片出点率为253颗。针对同一片晶片，本发明可增加芯片数量(253-195)/195＝29.7％而且，上述计算中所针对的是正六边形H220mil大尺寸芯片，对于小尺寸正六边形H42mil的芯片来说，芯片出点率增加的更多。经计算，图1所示光刻掩膜版下，正六边形H42芯片出点率为5940颗；但是本发明图2和图6所示同尺寸的光刻掩膜版下，正六边形H42芯片出点率为7956颗，可增加芯片数量33.9％。
而且，由于本发明二次套刻后芯片拥有正面切割道，因此芯片可以直接采用全自动激光器(激光器可以自由切割任意图形，并且可以电脑控制精准地自由转向，而传统切割机只能切直线)，以＞100mm/s的速度迅速切割出蜂窝排布的六边形，并且直接得到完整的芯粒，不需要增加人工裂片的环节，大幅度降低了各项成本。
由此可见，本实施例中将传统OPEN JUNCTION酸洗工艺中才会使用的六边形蜂窝状排布，通过光刻掩膜版的设计，应用于GPP玻璃封装的工艺中，并通过引入双沟槽，使晶片在完成刀刮工艺的玻璃保护后可以使用激光进行切割。该工艺的优点是操作简便，设备辅材投入成本降低，且大大提高晶片的使用效率，增加了产品的切割速度，显著提高了产品的经济效益。
实施例2
在本实施例中，提供了一种采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，该工艺与实施例1的区别在于其适用于正胶，因此其采用的六边形蜂窝状双沟槽光刻掩膜版也应当与正胶进行匹配。
具体而言，在本实施例中，第一掩膜版和第二掩膜版的结构与实施例1基本相同，其区别仅在于第一光刻掩膜层2以及第二光刻掩膜层4中的透光区域和不透光区域的光透性类型与实施例中是正好相反的，也就是说实施例1中两层光刻掩膜层中的透光区域在本实施例中都是不透光区域，而实施例1中两层光刻掩膜层中的不透光区域在本实施例中却是透光区域。本实施例的第一掩膜版和第二掩膜版其余结构均可参见实施例1，此处不再详细展开。
基于上述适用于正胶的六边形蜂窝状双沟槽光刻掩膜版也，本实施例进一步介绍采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，其包括如下步骤：
S1、将光刻胶均匀涂在原始晶片的刻蚀面上，形成第一光刻胶层。
S2、将第一掩膜版置于光刻机中，并通过光刻工艺将第一掩膜版上能够透光的图案印在原始晶片刻蚀面的第一光刻胶层上。
S3、利用显影液对S2中光刻处理后的第一光刻胶层进行处理，去除所有曝光区域的光刻胶，再采用定影液将含有光刻胶杂质的显影液洗去，烘干。
S4、通过干法刻蚀或湿法刻蚀对经过S3处理后的晶片进行刻蚀，使第一图案化晶片的刻蚀面上没有覆盖光刻胶的区域均形成刻蚀槽，六边形的刻蚀槽之间围合形成六边形的芯片台面，任意相邻的两个芯片台面之间均具有两条间隔的刻蚀槽，两条刻蚀槽之间由一条线条形的切割面分隔。完成刻蚀后，用剥离液去除晶片表面的光刻胶。
S5、使用刀刮法在S4处理后的晶片表面的刻蚀槽内填入玻璃粉末，烧结后在晶片表面以及刻蚀槽中形成玻璃钝化保护。
S6、再次将光刻胶均匀涂在S5处理后的晶片的刻蚀面上，形成第二光刻胶层。
S7、将第二掩膜版置于光刻机中，并通过套刻工艺将第二掩膜版上能够透光的图案印在晶片刻蚀面的第二光刻胶层上。
S8、利用显影液对S7中套刻处理后的第二光刻胶层进行处理，去除所有曝光区域的光刻胶，再采用定影液将含有光刻胶杂质的显影液洗去，烘干。
S9、利用缓冲氧化物刻蚀液对S8处理后的晶片表面进行刻蚀，去除所述芯片台面以及所述切割面上覆盖的玻璃层，露出所述芯片台面以及所述切割面。
S10、将S9处理后的晶片置于蒸发台中，对晶片的两个表面均进行表面金属化，然后利用激光切割设备沿刻蚀面上的所述切割面进行激光切割，形成六边形的GPP二极管芯片颗粒。
其中，上述S1～S10中，除了本实施例中的光刻胶为正胶，同时所采用的显影液也应当为能去除被曝光的光刻胶的正性显影液，这两个区别点与实施例1不同之外，其余的具体做法均可参照实施例1的S1～S10步骤来实现。
由于第一光刻掩膜层2以及第二光刻掩膜层4中的透光区域和不透光区域与实施例中是正好相反的，而晶片上涂覆的光刻胶正负性也是反的，因此晶片上依然可以得到与实施例1中相同的结构。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将光刻胶均匀涂在原始晶片的刻蚀面上，形成第一光刻胶层；
S2、将第一掩膜版置于光刻机中，并通过光刻工艺将第一掩膜版上能够透光的图案印在原始晶片刻蚀面的第一光刻胶层上；所述第一掩膜版包括第一透明基板(1)以及覆盖于第一透明基板(1)表面的第一光刻掩膜层(2)，第一光刻掩膜层(2)中具有由第一正六边形图案单元拼接成的第一蜂窝状图案，且每个第一正六边形图案单元中，六条侧边线处为第一光透性类型线条，六条侧边线围合区域均为第二光透性类型区域；任意两个相邻的第一正六边形图案单元之间保持间隔，使两个第一正六边形图案单元贴近的两条平行第一光透性类型线条之间具有一条第二光透性类型线条；所述第一光透性类型为透光和不透光中的一种，所述第二光透性类型为另一种；
S3、利用显影液对S2中光刻处理后的第一光刻胶层进行处理，去除所有第一光透性类型所映射位置的光刻胶，再采用定影液将含有光刻胶杂质的显影液洗去，烘干；
S4、通过干法刻蚀或湿法刻蚀对经过S3处理后的晶片进行刻蚀，使第一图案化晶片的刻蚀面上没有覆盖光刻胶的区域均形成刻蚀槽，六边形的刻蚀槽之间围合形成六边形的芯片台面，任意相邻的两个芯片台面之间均具有两条间隔的刻蚀槽，两条刻蚀槽之间由一条线条形的切割面分隔；完成刻蚀后，用剥离液去除晶片表面的光刻胶；
S5、使用刀刮法在S4处理后的晶片表面的刻蚀槽内填入玻璃粉末，烧结后在晶片表面以及刻蚀槽中形成玻璃钝化保护；
S6、再次将光刻胶均匀涂在S5处理后的晶片的刻蚀面上，形成第二光刻胶层；
S7、将第二掩膜版置于光刻机中，并通过套刻工艺将第二掩膜版上能够透光的图案印在晶片刻蚀面的第二光刻胶层上；所述第二掩膜版包括第二透明基板(3)以及覆盖于第二透明基板(3)表面的第二光刻掩膜层(4)，所述第二光刻掩膜层(4)中具有由第二正六边形图案单元拼接成的第二蜂窝状图案，且每个第二正六边形图案单元中，六条侧边线处为第二光透性类型线条，六条侧边线围合区域均为第一光透性类型区域；任意两个相邻的第二正六边形图案单元之间保持间隔，使两个第二正六边形图案单元贴近的两条平行第二光透性类型线条之间具有一条第一光透性类型线条；且套刻时所述第二蜂窝状图案中的第二正六边形图案单元与所述第一蜂窝状图案中的第一正六边形图案单元在晶片上的映射区域一一对应重叠，满足套刻要求；
S8、利用显影液对S7中套刻处理后的第二光刻胶层进行处理，去除所有第一光透性类型所映射位置的光刻胶，再采用定影液将含有光刻胶杂质的显影液洗去，烘干；
S9、利用缓冲氧化物刻蚀液对S8处理后的晶片表面进行刻蚀，去除所述芯片台面以及所述切割面上覆盖的玻璃层，露出所述芯片台面以及所述切割面；
S10、将S9处理后的晶片置于蒸发台中，对晶片的两个表面均进行表面金属化，然后利用激光切割设备沿刻蚀面上的所述切割面进行激光切割，形成六边形的GPP二极管芯片颗粒。
2.如权利要求1所述的采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，其特征在于，所述第一光透性类型为不透光，所述第二光透性类型为透光，所述光刻胶为负胶，所述显影液为能去除未被曝光的光刻胶的负性显影液。
3.如权利要求1所述的采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，其特征在于，所述第一光透性类型为透光，所述第二光透性类型为不透光，所述光刻胶为正胶，所述显影液为能去除被曝光的光刻胶的正性显影液。
4.如权利要求1所述的采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，其特征在于，所述原始晶片在涂覆光刻胶之前预先经过清洗并烘干。
5.如权利要求1所述的采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，其特征在于，所述第一光刻胶层和第二光刻胶层的厚度为1.5～1.7μm。
6.如权利要求1所述的采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，其特征在于，所述干法刻蚀采用等离子体进行薄膜刻蚀。
7.如权利要求1所述的采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，其特征在于，所述湿法刻蚀采用硝酸和氢氟酸的混合刻蚀液对晶片表面进行腐蚀。
8.如权利要求1所述的采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，其特征在于，所述缓冲氧化物刻蚀液为含有氟化铵和氢氟酸的刻蚀液。
9.如权利要求1所述的采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，其特征在于，所述切割面的线条宽度为4～5mil。
10.如权利要求1所述的采用蜂窝状光刻版和刀刮法的GPP二极管芯片生产工艺，其特征在于，所述激光切割设备在对所述切割面进行激光切割时沿其中线进行切割，使切割面被切割后左右对称。
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