CN2757336Y

CN2757336Y - 整流二极管、专用于制造整流二极管的芯片

Info

Publication number: CN2757336Y
Application number: CN 200420109301
Authority: CN
Inventors: 王日新
Original assignee: HUANGSHAN ELECTRIC APPLIANCE CO Ltd QIMEN COUNTY ANHUI PROV
Current assignee: HUANGSHAN ELECTRIC APPLIANCE CO Ltd QIMEN COUNTY ANHUI PROV
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2014-11-30

Abstract

本实用新型公开了整流二极管、专用于制造整流二极管的芯片及其制造方法，整流二极管由外壳、芯片、引出线几部分组成，芯片包括长基区N、扩磷区N⁺，浓硼扩散区P⁺，槽型钝化台面，芯片中间为长基区N，阴极K在磷扩散区N⁺上，阳极A在浓硼扩散区P+上，上部是磷扩散区N⁺，下部是浓硼扩散区P⁺，芯片的周边设有隔离墙，在隔离墙上设有垂直穿通的激光孔，激光孔的直径小于200μm，激光孔的间距40－400μm，槽型钝化台面在隔离墙与阴极K之间。由于采用激光穿孔隔离墙扩散工艺制造整流二极管芯片，耐压提高，性能稳定。也就是说本实用新型不但克服了原来单面刻槽方法制造的芯片的缺点，而且具有原来单面刻槽方法制造的芯片的优点。

Description

整流二极管、专用于制造整流二极管的芯片

技术领域

本实用新型涉及整流二极管技术领域，更具体地说涉及整流二极管、专用于制造整流二极管的芯片。

背景技术

电力半导体器件整流二极管，主要由外壳、芯片、引出线几部分组成，其核心部分在于芯片，外壳在芯片外面起保护作用，在芯片的阳极、阴极上设有两根引出线。整流二极管的芯片的制造方法一般分为磨角法和单面刻槽方法：

1、磨角方法：由于传统的磨角方法决定了整流二极管芯片的结构是圆形，生产过程绝大部分只能逐个操作，手工操作的比例很高，生产效率低，劳动强度大，硅片利用率低。

2、单面刻槽方法：单面刻槽方法就是在P层上刻槽腐蚀，此种方法生产出来的芯片属于负斜角(大于30度)整流二极管结构，由于这种结构的芯片是方形的，所以制造整流二极管时，生产效率高、硅片利用率高。

但这种结构缺点是：

A、由于单面刻槽方法中，刻槽台面处在浓硼扩散区P⁺上，而通常情况下，P⁺面是整流二极管的阳极，N⁺面是整流二极管的阴极，所以这种芯片在作为顺焊(顺焊是指P⁺面朝下焊接)时，刻槽台面必须朝下，造成焊接时，焊料与槽型钝化台面容易短路，而顺焊芯片的用途最广泛。

B、从单面刻槽结构来看，芯片的刻槽钝化台面是一个大于30度的负斜角，而且是在P⁺上形成的台面，所以芯片的耐压低，一般只能做到1400V以下。

单面刻槽方法制成的整流二极管芯片包括长基区N，扩磷区N⁺，浓硼扩散区P⁺，槽型钝化台面、阴极K、阳极A。

上述的整流二极管芯片的制作工艺过程(单面刻槽方法)如下：N型硅单晶片清洗、磷预扩、单面研磨N⁺，浓硼主扩(P⁺扩散)、一次光刻，台面造型(在浓硼扩散区P⁺上造型)、槽内钝化、二次光刻、金属化、三次光刻、测试、芯片分割。

将分割后的芯片的电极进行焊接，再塑封(或金属封)，成品测试，就制成了整流二极管。

实用新型内容

本实用新型的目的之一是提供一种能提高耐压、性能稳定、便于焊接的整流二极管。

整流二极管由外壳、芯片、引出线三部分组成，芯片包括长基区N、扩磷区N⁺，浓硼扩散区P⁺，槽型钝化台面，芯片中间为长基区N，阴极K在磷扩散区N⁺上，阳极A在浓硼扩散区P₊上，其特征在于：芯片的周边设有隔离墙，在隔离墙平面上设有垂直穿通的激光孔，激光孔的直径小于200μm，激光孔的间距40-400μm，槽型钝化台面在隔离墙与阴极K之间。

所述的激光孔实质上是一种很小的孔，直径一般小于200μm，目前申请人只发现激光能实现这样的穿孔效果，所以在此定义为激光孔。

上述的整流二极管芯片与原来单面刻槽方法制造的芯片相比，主要有以下不同：1、本实用新型的芯片的周边设有隔离墙，2、在隔离墙平面上设有垂直穿通的激光孔，槽型钝化台面在隔离墙与阴极K之间。而原来单面刻槽方法制造的芯片没有隔离墙，浓硼扩散区P⁺的周边是槽型钝化台面。3、由于采用了隔离墙技术，使得台面与阴极K在同一平面上，大大方便了焊接。原来单面刻槽方法制造的芯片由于没有隔离墙，台面造型只能在浓硼扩散区P⁺上。

上述的激光孔的直径优选30-100μm，激光孔的间距优选100-300μm。

上述的激光孔的直径相同，激光孔等间距设置。这样做扩散形成的隔离墙宽度均匀性好。

本实用新型的目的之二是提供一种专用于生产上述整流二极管的芯片。

专用于制造整流二极管的芯片，包括长基区N、扩磷区N⁺，浓硼扩散区P⁺，槽型钝化台面，芯片中间为长基区N，阴极K在磷扩散区N⁺上，阳极A在浓硼扩散区P+上，其特征在于：芯片的周边设有隔离墙，在隔离墙平面上设有垂直穿通的激光孔，激光孔的直径小于200μm，激光孔的间距40-400μm，槽型钝化台面在隔离墙与阴极K之间。

本实用新型因为采用了隔离墙技术，隔离墙的工作原理就是将芯片的阳极(A)电压通过P型隔离墙的导体作用引至与阴极(K)同一平面上来，用一个槽形台面来实现反向耐压的，也是隔离相邻芯片之间的公共区域和分割线区域。同时隔离墙采用激光孔，加快了隔离墙扩散形成的速度。本实用新型与原来单面刻槽方法制造的芯片相比，具有以下优点：隔离墙像是保护墙，使得芯片在焊接时，由于刻槽台面是朝上的，不容易短路；由于刻槽台面在隔离墙上形成的是正斜角，使得反向电压得到提高(一般可以做到2000V以下)，150℃高温时漏电流减小，性能稳定。也就是说本实用新型不但克服了原来单面刻槽方法制造的芯片的缺点，而且具有原来单面刻槽方法制造的芯片的优点。

附图说明：

图1是原来单面刻槽方法制成的整流二极管芯片结构示意图。

图1是本实用新型实施例中整流二极管芯片结构示意图。

图3是本实用新型实施例中激光穿孔造型示意图。

图4是图3的I处局部放大图。

图5是本实用新型实施例中激光穿孔造型示意图。

图6是图5的H处局部放大图。

图7是本实用新型实施例中整流二极管芯片制造工艺过程方框图。

图中：101、阳极A，102、浓硼扩散区P⁺，103、长基区N，104、磷扩散区N⁺，105、阴极K，106、槽型钝化台面，201、阴极K，202、磷扩散区N⁺，203、隔离墙，204、激光孔，205、长基区N，206、浓硼扩散区P⁺，207、阳极A，208、槽型钝化台面，301、单只芯片，302、硅单晶片，401、激光孔，402、虚线，501、单只芯片，502、硅单晶片，601、激光孔，602、分割线。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

原来单面刻槽方法制成的整流二极管芯片的结构，参照图1，包括长基区N103，磷扩散区N⁺104，浓硼扩散区P⁺102，槽型钝化台面106、阴极K105、阳极A101。芯片中间为长基区N103，上部是浓硼扩散区P⁺102，下部是磷扩散区N⁺104，浓硼扩散区P⁺102的周边是槽型钝化台面106，阴极K105在磷扩散区N⁺104上，阳极A101在浓硼扩散区P⁺102上。

实施例

整流二极管由外壳、芯片、引出线三部分组成，其核心部分在于芯片，外壳在芯片外面起保护作用，在芯片的阳极、阴极上设有二根引出线。芯片包括长基区N205、磷扩散区N⁺202、浓硼扩散区P⁺206、槽型钝化台面208、隔离墙203、激光孔204、阴极K201、阳极A207，芯片中间为长基区N205，上部是磷扩散区N⁺202，下部是浓硼扩散区P⁺206，芯片的周边设有隔离墙203，在隔离墙203平面上设有垂直穿通的激光孔204，阴极K201在磷扩散区N⁺202上，阳极A207在浓硼扩散区P+206上，槽型钝化台面208在隔离墙203与阴极K201之间。

上述的激光孔的直径相同，直径大小在30-100μm之间，激光孔等间距设置，激光孔的间距在100-300μm之间。

上述整流二极管芯片的制造方法，参照图7，该制造方法包括N型硅单晶片清洗701、激光穿孔造型702，涂源扩散703、抛光704、氧化705、一次光刻706、磷预扩707、磷主扩708、二次光刻709、、台面造型710、槽内钝化711、三次光刻712、金属化713、四次光刻714、测试715、芯片分割716。

激光穿孔造型步骤702是在N型硅片平面上设计的单片芯片区域的周边位置垂直穿通，激光孔的直径小于200μm，激光孔的间距40-400μm，涂源扩散步骤中对隔离墙和浓硼扩散区采用浓硼同步扩散。激光穿孔就是利用激光的极细高能量光束按照所需隔离墙图案设定程序后对N型硅片穿孔。可以参照图3、图4，图3中硅单晶片302是做整流二极管的原始材料，单只芯片区域301是通过激光穿孔造型后形成的，激光孔401为两排，两排激光孔401的中心也就是芯片分割处，虚线402就是芯片分割工序中的分割线，激光孔401就是后道工序涂源扩散形成隔离墙的中心位置。激光穿孔用的激光是紫外激光，该激光设备目前相当普及，据申请人所知，全国已有八家企业生产这种设备。

在上述激光穿孔造型步骤中，激光孔也可为一排，参照图5、图6，硅单晶片502是做整流二极管的原始材料，单只芯片501区域是通过激光穿孔造型后形成的，虚线602就是芯片分割工序中的分割线，激光孔601的中心也就是芯片分割处，在后道芯片分割工序中，激光孔601被一分为二。如果芯片的面积大于8×8mm²，一般应采用两排激光孔以适应不同的焊接方式。

在上述激光穿孔造型步骤中，如果芯片是方型，激光孔呈平行、等距离排列；如果芯片是圆型，激光孔呈圆周分布。

涂源扩散703对隔离墙和浓硼扩散区P⁺采用浓硼同步扩散，就是将激光穿孔造型后的硅片清洗后涂浓硼在1220℃-1280℃主扩散8-15小时后，通过沉积在孔内壁的杂质源横向扩散，两孔之间杂质相互扩散连接后形成宽度200-300μmP型隔离墙，扩散后表面方块电阻0.5-5Ω/□。

抛光氧化704、705：涂源扩散完成后的硅片用氢氟酸泡除表面的硼硅玻璃后进行抛光，抛光要选择一面将P⁺全部减薄至N区，然后进行干氧湿氧交替氧化，氧化温度1150℃-1250℃，时间10-15小时。

在一次光刻步骤706中，采用单面光刻需要扩磷的区域。

磷扩散707、708：采用三氯氧磷(POCl₃)液态源扩散，预扩温度1050℃-1150℃，预扩时间60分钟，源温0℃，磷主扩温度1100℃-1200℃，时间3-5小时，方块电阻0.5-1Ω/□。

台面造型710及槽内钝化711：二次光刻709后形成刻槽台面，进行台面腐蚀，腐蚀后形成深度80-100μm，宽度可达400-600μm的台面，然后进行玻璃钝化保护。

三次光刻712是对需要进行金属化的部分进行光刻。

金属化713就是在硅片的两面分别蒸上铬、镍、银多层金属，铬要求蒸发的厚度为500-1000A⁰m，镍蒸发的厚度为4000-5000A⁰m，银蒸发的厚度为6000-6500A⁰m。

四次光刻714是对隔离墙与槽形台面不需要金属层部分进行光刻。光刻后，对这几部分的金属层进行腐蚀剥离，然后对芯片进行测试715、分割716。此时，整个芯片部分就已经完成。

将分割后的芯片的进行电极焊接，再塑封(或金属封)，成品测试，就制成了整流二极管。

采用本实用新型可以使整流二极管的电参数、电性能得到提高，达到设计要求，以100A/1600V(11.8×11.8mm²)设计为例，申请人已做到：通态电流I_T＝100A；反向峰值电压V_RRM＝1600-1700V；通态峰值电压V_TM≤1.1V；；高温(150℃)漏电流I_RRM＝1-3mA(峰值)。

本实用新型的保护范围不受实施例的具体参数的限制，如：激光孔的的直径在小于200μm，激光孔的间距40-400μm内都可以实施本实用新型，但效果没有激光孔的直径优选在30-100μm，激光孔的间距优选在100-300μm内最佳。如果有人为了实施本实用新型，故意采用周边多打几排激光孔的方法，也应落入本实用新型的保护范围。

Claims

1、一种整流二极管，整流二极管由外壳、芯片、引出线三部分组成，芯片包括长基区N、扩磷区N⁺，浓硼扩散区P⁺，槽型钝化台面，芯片中间为长基区N，阴极K在磷扩散区N⁺上，阳极A在浓硼扩散区P+上，其特征在于：芯片的周边设有隔离墙，在隔离墙平面上设有垂直穿通的激光孔，激光孔的直径小于200μm，激光孔的间距40-400μm，槽型钝化台面在隔离墙与阴极K之间。

2、根据权利要求1所述的整流二极管，其特征在于：上述的激光孔的直径优选30-100μm，激光孔的间距优选100-300μm。

3、根据权利要求1或2所述的整流二极管，其特征在于：上述的激光孔的直径相同，激光孔等间距设置。

4、一种专用于制造整流二极管的芯片，包括长基区N、扩磷区N⁺，浓硼扩散区P⁺，槽型钝化台面，芯片中间为长基区N，阴极K在磷扩散区N⁺上，阳极A在浓硼扩散区P+上，其特征在于：芯片的周边设有隔离墙，在隔离墙平面上设有垂直穿通的激光孔，激光孔的直径小于200μm，激光孔的间距40-400μm，槽型钝化台面在隔离墙与阴极K之间。

5、根据权利要求4所述的芯片，其特征在于：上述的激光孔的直径优选30-100μm，激光孔的间距优选100-300μm。

6、根据权利要求4或5所述的芯片，其特征在于：上述的激光孔的直径相同，激光孔等间距设置。