CN100405615C - 整合式晶片型二极管 - Google Patents

Abstract

一种整合式晶片型二极管，利用扩散技术，在一半导体晶圆的顶部及底部，分别形成一预定厚度的p+及n+型半导体(或n+及p+型半导体)，再利用雕像、蚀刻、布植及烧结等半导体制作技术，于该晶圆上分别制作出复数个二极管，各该二极管的侧缘以绝缘玻璃予以封合，其二端面的p+及n+型半导体上，则分别形成有一导电金属层，其中的一导电金属层的局部表面上，并披覆有一绝缘材料，使该另一导电金属层可通过该绝缘玻璃上所烧结的又一导电金属层，导通至另端的该绝缘材料上；本发明的晶片型二极管，无需后续封装程序，可直接安装于相关的电子线路上，还可有效改善二极管的热传导特性，确保其可承受较大的工作温度，并大幅缩小其体积。

Description

整合式晶片型二极管

技术领域

本发明涉及二极管的结构，尤指一种可在二极管晶粒的制作过程中，直接以玻璃封装制作二焊接导电端位于同一端面(顶部或底部)的晶片型二极管，使有效改善二极管的热传导特性，并大幅缩小其体积。

背景技术

一般市面上习见的二极管元件，其基本结构包含一硅晶粒，该硅晶粒的二端面分别焊接有一导电金属片，该等导电金属片的另一侧面再分别焊接一导线，使藉该等导线与其它电子线脚连接。在该种习见的二极管元件的制作过程中，当该硅晶粒与导电金属片结合成一体后，需对该硅晶粒进行蚀刻处理，待完成蚀刻处理后，需再通过封装处理程序，于该硅晶粒及导电金属片周缘，封装一绝缘胶体，即制成一般的二极管元件。

在该等习用二极管元件的制程中，当硅晶粒完成蚀刻处理后，均是以树脂或其它胶体，对其进行封装，由于，该等树脂或胶体的耐热温度不高，故当其被用作高功率输入电流的整流元件，或被使用于高温环境时，极易因高热而受损，致相关的电子设备无法正常使用，严重影响电子设备的使用寿命及品质，并造成维修保养上的诸多困扰，此外，由于该等树脂或胶体所形成的封装壳体，必需占用一定大小的空间，故令该等习用二极管元件的体积，始终无法进一步缩小。

发明内容

有鉴于现有二极管上所存在的诸多问题，发明人为秉持从事该项行业多年的经验，通过不断努力研究与实验，研发出一种整合式晶片型二极管。

本发明的一目的，是在每一个二极管的同一端(顶部或底部)上，形成二独立的焊接导电端，使各该焊接导电端可分别与各该二极管的p+及n+型半导体相导通，令所制作出的晶片型二极管，具备一可表面安装(surfacemounting)型元件的特性，可直接安装于相关的电子线路上。

本发明的另一目的，是在制作过程中，可利用玻璃烧结处理，直接将绝缘玻璃披覆在该晶粒周缘，以有效改善二极管的热传导特性，确保其可承受较大的工作温度，并大幅缩小其体积。

本发明的又一目的，是无需后续封装程序的处理下，即可制作出可供表面安装(SMD)的二极管成品。

为达成上述目的，本发明的整合式晶片型二极管，主要是利用扩散(diffusion)技术，在一半导体晶圆(wafer)的顶部及底部，分别形成一预定厚度的p+及n+型半导体(或n+及p+型半导体)，再利用雕像、蚀刻、布植及烧结等半导体制作技术，于该晶圆(Wafer)上分别制作出复数个二极管，各该二极管的侧缘以绝缘玻璃予以封合，其二端面的p+及n+型半导体上，则分别形成有一导电金属层，其中的一导电金属层的局部表面上，并披覆有一绝缘材料，使该另一导电金属层可通过该绝缘玻璃上所烧结的又一导电金属层，导通至另端的该绝缘材料上。

本发明的晶片型二极管，无需后续封装程序，可直接安装于相关的电子线路上，还可有效改善二极管的热传导特性，确保其可承受较大的工作温度，并大幅缩小其体积。

为能更具体且清楚地表达本发明的设计理念、结构特征及制造程序，兹列举数个腑的实施例，并配合图示，详细说明如下：

附图说明

图1所示为在本发明的一较佳实施例中，在晶圆上扩散出p+型半导体层后的剖面示意图；

图2a及2b所示为在该较佳实施例中，利用雕像及蚀刻沟渠技术于晶圆上形成复数个长方形凹槽后的X-X及Y-Y剖面结构示意图；

图3a及3b所示为在该较佳实施例中，在晶圆上扩散出n+型半导体层后的X-X及Y-Y剖面结构示意图；

图4a及4b所示为在该较佳实施例中，于该等凹槽内填入金属膏，并对其进行烧结后的X-X及Y-Y剖面结构示意图；

图5所示为在该较佳实施例中，于横断面X-X上，位于二相邻第一金属层间的位置处，沿Y轴方向，利用雕像及蚀刻沟渠技术，开设一槽道后的X-X剖面结构示意图；

图6a及6b所示为在该较佳实施例中，以磊晶或布植技术，于该晶圆的底部，磊晶或布植出一二氧化硅层后的X-X及Y-Y剖面结构示意图；

图7所示为在该较佳实施例中，利用雕像及蚀刻沟渠技术，于相邻的二槽道间，沿Y轴方向，开设一沟槽后的X-X剖面结构示意图；

图8所示为在该较佳实施例中，于该等槽道及沟槽的位置内，填入金属膏，并对其进行烧结，形成第二及第三金属层后的X-X剖面结构示意图；

图9a及9b所示为在该较佳实施例中，利用雕像及蚀刻沟渠技术，沿Y轴方向，于该晶圆上方开设另一槽道及另一沟槽后的X-X及Y-Y剖面结构示意图；

图10a及10b所示为在该较佳实施例中，将玻璃浆，填入该槽道及沟槽内，并对其进行烧结处理后的X-X及Y-Y剖面结构示意图；

图11所示为在该较佳实施例中，由该晶圆顶面，沿Y轴方向，对各该槽道内的玻璃，进行挖孔作业后的X-X剖面结构示意图；

图12a及12b所示为在该较佳实施例中，于该晶圆顶面，对应于该p+型半导体的上表面至该等槽孔的范围内，形成第四金属层后的X-X及Y-Y剖面结构示意图；

图13a及13b所示为在该较佳实施例中，于该晶圆顶面，对应于该p+型半导体的位置，烧结出一层绝缘玻璃后的X-X及Y-Y剖面结构示意图；

图14a及14b所示为在该较佳实施例中，对该晶圆进行切割分粒后，该晶片型二极管成品的X-X及Y-Y剖面结构示意图；

图15a及15b所示为在本发明的另一较佳实施例中，该晶片型二极管成品的X-X及Y-Y剖面结构示意图。

具体实施方式

本发明是一种整合式晶片型二极管及其制法，主要是利用扩散技术，在一半导体晶圆的顶部及底部，分别形成一预定厚度的不同型半导体，再于该晶圆上分别制作出复数个二极管，各该二极管的侧缘以绝缘玻璃予以封合，其二端面的不同型半导体表面上，分别形成有一导电金属层，其中的一导电金属层的局部表面上，并披覆有一绝缘材料，使该另一导电金属层可通过该绝缘玻璃上所烧结的又一导电金属层，导通至与另端的该绝缘材料上，而与该导电金属层，在该二极管的同一端面上，形成二独立的焊接导电端，使各该焊接导电端可分别与各该二极管上的不同型半导体相导通，令其在无需后封装程序的处理下，即可制作出供表面安装的二极管成品。本发明在后续的描述中，将其称之为整合式晶片型二极管(IntegratedChip Diode，简称ICD)。

由于，在该整合式晶片型二极管的制程中，沿前述半导体材料的X-X及Y-Y剖面所制作出结构，并不相同，故本发明在以下的各实施例说明中，将特别指明其在X及Y轴剖面结构上的差异。

在本发明的一较佳实施例中，可先在一n型半导体的晶圆10(wafer)上方，参阅图1所示，离子扩散入该n型晶圆10的上层，形成一预定厚度的p+型半导体11；再利用雕像及蚀刻沟渠技术，于n型晶圆10底部，依所需的实际尺寸，蚀刻出复数个长方形凹槽20，参阅图2a所示，为制作四个晶片型二极管所需的晶圆的X-X横剖面示意图，其中显示在X-X横剖面上开设有2个长方形凹槽20，参阅图2b所示，为制作一晶片型二极管所需的晶圆的Y-Y纵剖面示意图，其中显示在Y-Y纵剖面上开设有4个长方形凹槽20；然后，本发明再将磷离子扩散入该n型晶圆10的底部，形成一预定厚度的n+型半导体12，参阅图3a、3b所示的X-X及Y-Y剖面结构示意图；然后，再于该等凹槽20内填入金属膏(如铜膏、银膏、金膏...等材料)，并对其进行烧结，参阅图4a、4b所示的X-X及Y-Y剖面结构示意图，以别在各该凹槽20内形成一第一金属层13；待本发明再于断面X-X上，位于二相邻第一金属层13间的位置处，沿Y轴方向，利用雕像及蚀刻沟渠技术，开设一槽道21，参阅图5所示的X-X剖面结构示意图，该槽道21的深度需穿过该n+型半导体12，到达该晶圆10的n型半导体部位；然后，再以CVD(Chemical Vapor Deposition)磊晶法(在本明的其它实施例中，亦可利用PVD(Physical Vapor Deposition)或PCVD(Photon-induce Chemical Vapor Deposition)等磊晶法)或布植技术，于该晶圆10的底部，即该金属层13及该槽道21表面上磊晶(或布植)出一二氧化硅层14，参阅图6a、6b所示的X-X及Y-Y剖面结构示意图，以该二氧化硅层14作为该晶片型二极管的第一绝缘层。

在此尤需注意的，是在该实施例中，虽是以离子扩散法，在一n型半导体晶圆10的顶部及底部，形成一预定厚度的P+型半导体11及n+型半导体12，但本发明所主张的权利范围，并不局限于此，按凡熟悉该项技艺人士，依据本发明所揭露的技术内容，利用其它扩散法或布植技术，于一n型或p型半导体的晶圆10(wafer)顶部及底部(或底部及顶部)，形成一预定厚度的n+型半导体及p+型半导体(或p+型半导体及n+型半导体)，应仍属本发明所称的半导体晶圆，合先陈明。

然后，在该实施例中，再利用雕像及蚀刻沟渠技术，于相邻的二槽道间21，沿Y轴方向，开设一沟槽22，参阅图7所示的X-X剖面结构示意图，该沟槽22的深度是穿过绝缘材料层14(即二氧化硅层)而到达第一金属层13；然后，再分别于该等槽道21及沟槽22的位置内，填入金属膏(如：铜膏、银膏、金膏...等材料)，并对其进行烧结，以分别形成第二及第三金属层15及16，参阅图8所示的X-X剖面结构示意图，使该第三金属层16恰可通过该第一金属层13，与该n+型半导体12相导通，而作为本发明的晶片型二极管上用以导通该n+型半导体12的一焊接金属层。

然后，在该实施例中，再利用雕像及蚀刻沟渠技术，沿Y轴方向，于该晶圆10上方对应于第二及第三金属层15及16的位置，分别开设另一槽道31及另一沟槽32，参阅图9a所示的X-X剖面结构示意图，其中该另一槽道31的深度恰到达该二氧化硅层14，该另一沟槽32的深度则穿过该n+型半导体12，到达该第一金属层13，而沿X轴方向，则于该晶圆10上方对应于相邻该第一金属层13间的位置，分别开设一沟槽33，参阅图9b所示的Y-Y剖面结构示意图，该沟槽33的深度恰到达该二氧化硅层14。

然后，本发明再将由玻璃粉末及胶液均匀调制混合而成的玻璃浆，填入该等沟槽32、33内，参阅图10a、10b所示的X-X及Y-Y剖面结构示意图，并对其进行烧结处理，使完成烧结的玻璃34、35及36，恰可披覆在本发明晶片型二极管的侧缘，完成对该晶片型二极管侧缘的封装；然后，再由该晶圆10顶面，沿Y轴方向，对各该槽道31内的玻璃34，进行挖孔作业，挖除多余的玻璃，仅保留足以封装该晶片型二极管侧缘的部份，参阅图11所示的X-X剖面结构示意图，并令所开挖的槽孔40深度，恰可到达该第二金属层15；然后，再分别于该晶圆10顶面，对应于该p+型半导体12的上表面至该等槽孔40的范围内，填入低温金属膏(如铜膏、银膏、金膏...等材料)，并对其进行烧结，参阅图12a、12b所示的X-X及Y-Y剖面结构示意图，以形成第四金属层41，使该第二金属层15恰可通过该第四金属层41，与该p+型半导体11相导通，而令该第二金属层15可作为本发明的晶片型二极管上用以导通该P+型半导体11的另一焊接金属层。

最后，再于该晶圆10顶面，对应于该P+型半导体11的位置，涂布一层绝缘玻璃浆，并对其进行烧结处理，参阅图13a、13b所示的X-X及Y-Y剖面结构示意图，以于该p+型半导体11上形成一绝缘玻璃层42，完成对该晶片型二极管顶面的封装；然后，再分别沿X及Y轴，对应于该另一槽道31、另一沟槽32及沟槽33的位置，对该晶圆10进行切割分粒，即可制作出复数颗已完成封装的晶片型二极管50，参阅图14a、14b所示的X-X及Y-Y剖面结构示意图。在该实施例中，各该晶片型二极管50的同一端面(底部)上，形成有二独立的焊接金属层(即第二及第三金属层15及16)，使各该焊接金属层可分别与各该二极管的p+及n+型半导体相导通，作为表面安装(SMD)时的焊接导电端。

本发明为保护该晶片型二极管50上的各该金属层，令其不易氧化，可再对其进行电镀，以在各该金属层上，形成保护层；然后，再依序对各该晶片型二极管进行测试及包装，如此，即可在无需后续封装程序处理的情形下，制作出可供表面安装(SMD)的晶片型二极管成品，不仅可大幅缩小其体积，并可有效改善二极管的关导特性。

在本发明的另一实施例中，其成品60的X-X及Y-Y剖面结构，如图15a、15b所示，与前述实施例相同，亦是利用扩散技术及蚀刻沟渠技术，在一半导体晶圆10的顶部及底部，分别形成一预定厚度的p+及n+型半导体11及12，再于该n+型半导体12底部所形成的凹槽内填入金属膏，并对其进行烧结，以分别在各该凹槽内形成一第一金属层13；再于该金属层13表面上磊晶(或布植)出-二氧化硅层14，使以该二氧化硅层14作为该晶片型二极管的第一绝缘层。然后，再利用雕像及蚀刻沟渠技术，在该二氧化硅层14上对应于相邻第一金属层13间的位置，沿Y轴方向，开设一沟槽，该沟槽的深度恰到达第一金属层13，再于该等沟槽内，填入金属膏，并对其进行烧结，以形成一第二金属层61，使该第二金属层61恰可通过该第一金属层13，与该n+型半导体12相导通。

然后，在该另一实施例中，再利用雕像及蚀刻沟渠技术，分别沿X及Y轴方向，于该晶圆10上方对应于相邻第一金属层13间的位置，开设一沟槽62，该沟槽62的深度则穿过该n+型半导体12，到达该第一金属层13，并在X-X断面上，于相邻的二沟槽62间，沿Y轴方向，另开设一槽道63，该槽道63的深度恰到达该n+型半导体12，使该P+型半导体11在X-X断面上，被区隔成两部份。

然后，该另一实施例再将由玻璃粉末及胶液均匀调制混合而成的玻璃浆，填入该等槽道63、沟槽62内及一部份P+型半导体11的上表面，并对其断烧结处理，使完成烧结的玻璃74、75及76，恰可披覆在本发明馄片型二极管的侧缘，完成对该晶片型二极管侧缘的封装；然后，再由该晶圆顶面，沿Y轴方向，对第二金属层61所对应的沟槽62内的玻璃74，进行挖孔作业，挖除多余的玻璃，仅保留足以封装该晶片型二极管侧缘的部份，并令所开挖的槽孔80深度，恰可到达该第二金属层61；然后，再分别于该晶圆顶面，对应于未披覆玻璃的该++型半导体12的上表面及该等槽孔80内，填入低温金属膏，并对其进行烧结，以分别形成一第三金属层64及第四金属层65，使该第四金属层65可依序通过该第二金属层及该第一金属层61及13，与该n+型半导体12相导通，而令该第四金属层65可作为本发明的晶片型二极管上用以导通该n+型半导体12的一焊接金属层，而该第三金属层64则可与该p+型半导体11相导通，作为本发明的晶片型二极管上用以导通该P+型半导体11的另一焊接金属层。如此，该另一实施例可在各该晶片型二极管60的同一端面(顶部)上，形成二独立的焊接金属层(即第三及第四金属层64及65)，使各该焊接金属层可分别与各该二极管的p+及n+型半导体11及12相导通，作为表面安装(SMD)时的焊接导电端。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明之保护范围当视权利要求书范围所界定者为准。

Claims (2)

1.一种整合式晶片型二极管，其特征是：利用扩散技术，在一半导体晶圆的二端面，分别形成一预定厚度的不同型的第一半导体和第二半导体，再于该晶圆上分别制作出多个二极管，各该二极管的侧缘以绝缘玻璃予以封合，其中一端面的第一半导体表面上形成有第一金属层，在位于相邻第一金属层间的位置处设置有第一沟槽，在该第一金属层和该沟槽的表面上披覆有一绝缘材料层，在第一沟槽内绝缘材料层上设置第二金属层，所述各该二极管的侧缘中的一侧绝缘玻璃从第二半导体端面到达该绝缘材料层，第三金属层位于第二金属层一侧并穿过绝缘材料层与第一金属层接触，在该一侧绝缘玻璃中设置穿过绝缘材料层到达该第二金属层的第四金属层，该二极管另一端面的第二半导体通过该第四金属层穿过绝缘材料层与该第二金属层导通，在该二极管的第一半导体端面上，由第二金属层和第三金属层形成二独立的焊接导电端，使各该焊接导电端可分别与各该二极管上不同型的第一和第二半导体相导通。

2.一种整合式晶片型二极管，其特征是：利用扩散技术，在一半导体晶圆的二端面，分别形成一预定厚度的不同型的第一和第二半导体，再于该晶圆上分别制作出多个二极管，各该二极管上开设有一槽道，该槽道穿过一端面的第二半导体，其深度恰到达另一端面的第一半导体，使该第二半导体被区隔成两部份，各该二极管的侧缘及该槽道以绝缘玻璃予以封合，其中第一半导体端面的表面上形成有第一金属层，第一金属层上设置有绝缘材料层，在相邻绝缘材料层间设置第二金属层穿过绝缘材料层与第一金属层接触，所述各该二极管的侧缘中的一侧绝缘玻璃从第二半导体端面到达第二金属层，在该一侧绝缘玻璃中设置到达该第二金属层的第四金属层，在第二半导体端面设置第三金属层，在该二极管的第二半导体端面上，由第三金属层和第四金属层形成二独立的焊接导电端，使各该焊接导电端可分别与各该二极管上不同型的半导体相导通。

Images