CN104078353B - 一种汽车模组中反向gpp高压二极管芯片及生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车模组中反向GPP高压二极管芯片及生产工艺，其工艺具有如下步骤：氧化前处理→氧化→光刻→去除单面氧化层→扩散前处理→硼扩散预沉积→硼扩散→磷源/硼源一次全扩散→扩散后处理→N+面台面腐蚀→电泳→烧结→去氧化层→镀镍、镀金→芯片切割，所得芯片结构为P++‑P+‑N‑N+型。该发明改善轴向二极管对管漏电大的缺陷，同时避免GPP对管中反向二极管焊接时对玻璃钝化保护的损伤，并增加焊接的有效面积，增强对管整体散热功能。同时使用N型衬底片代替P型衬底片，并在N+面腐蚀深沟槽制作反向GPP高压二极管，这种汽车模组中反向GPP高压二极管的发明填补了国内汽车模组技术领域的空白。

Description

一种汽车模组中反向GPP高压二极管芯片及生产工艺
技术领域
本发明涉及汽车模组中对称高压二极管的生产技术领域，尤其是涉及一种汽车模组中反向GPP高压二极管芯片及生产工艺。
背景技术
应用于汽车控制器件上起整流保护作用的模组，通常由方向相反的两个二极管连接组成，电路图如图4所示。目前半导体行业内的汽车用模组一般由轴向的两个二极管组成，轴向的二极管存在弊病：台面通常采用酸腐工艺形成，这种工艺会造成二极管漏电流大；并且后续组装复杂，过程中容易产生沾污，造成性能变差。GPP二极管具有漏电小，后续组装简单，对性能影响小的特点，于是行业内希望使用GPP二极管代替轴向二极管制作模组，但是由GPP二极管组成的对管，需要方向相反焊接在框架上，如图5所示，这样连接会造成反向二极管的玻璃钝化保护被损伤，影响性能，同时焊接面积减小，会造成散热不良。一般行业内会有人想到使用P型衬底片制作模组中反向GPP二极管，但是制作高电压的反向GPP二极管，需要电阻率很高的P型衬底片，但是P型高电阻率衬底片制作工艺复杂，难度大，成本太高，市场上很难采购。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种汽车模组中反向GPP高压二极管芯片及生产工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种汽车模组中反向GPP高压二极管芯片的生产工艺，其特征在于，具有如下步骤：
a.氧化前处理：分别利用电子清洗剂、去离子水对硅片表面进行化学处理，得到原始硅片；
b.氧化：将原始硅片在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层做掩膜，阻挡硼扩散源进入N+面、开沟槽；
c.光刻：对氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影工序，形成台面图形；
d.去除单面氧化层：利用硅刻蚀液、去离子水去除硅片单面氧化层；
e.扩散前处理：通过电子清洗剂、去离子水超声溢水对去氧化层后的硅片进行化学处理；
f.硼扩散预沉积：采用在硅片无氧化层面涂覆液态硼液，将涂源后的硅片放入1100～1150℃的扩散炉中进行硼源预沉积；
g.硼扩散：对预沉积后的硅片在1200～1250℃的扩散炉进行扩散深结推进，形成深的P+层；
h.磷源/硼源一次全扩散：对硼扩散后的硅片，在硼扩散面叠加高纯度(XEC 级)/高浓度(30％)硼纸源，在另一面叠加高纯度(XTO级)磷纸源，放入1200～ 1250℃的扩散炉中进行一次全扩散，形成N+/P++；
i.扩散后处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使硅片分离，并去除表面氧化层；
j.N+面台面腐蚀：使用氢氟酸、硝酸、冰乙酸，按照8∶3∶3的比例刻蚀N+面台面沟槽，沟槽深度到达P+层，混酸温度控制在8～12℃，并用去离子水冲净；
k.电泳：把硅片放在配置好的电泳液中，根据台面沟槽需沉积的玻璃重量设置时间，进行玻璃电泳；
l.烧结：把电泳后的硅片在800～820℃的烧结炉中进行烧结；
m.去氧化层：用稀释的氢氟酸浸泡、去离子水超声清洗去除烧结后硅片表面氧化层；
n.镀镍、镀金：将去氧化层后的硅片在专用镀槽中进行镀镍、镀金、干燥；
o.芯片切割：用划片机把镀金后的硅片从台面沟槽处划成单个芯片。
该反向GPP高压二极管芯片结构为P++-P+-N-N+型；
反向GPP高压二极管芯的正面截层结构依次为腐蚀沟槽，钝化玻璃，金属层；
反向GPP高压二极管芯的剖面截层结构依次为腐蚀沟槽，钝化玻璃，金属层，N+区，基区N，P+区，高浓度P++区。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明的汽车模组中反向GPP高压二极管的芯片生产工艺，通过采用低浓度液态硼源长时间扩散形成较深硼扩散结，减小了基区宽度，降低了体压降，降低了功率损耗。
2、采用高纯度(XEC级)/高浓度(30％)硼纸源扩散，形成平坦性、均一性良好的高浓度硼扩散结，增强了电压的稳定性及抗浪涌能力，同时增强了与金属的欧姆接触。
3、采用在N+面腐蚀深沟槽工艺形成台面，解决了反向GPP高压二极管玻璃保护被损伤的问题，同时增加了反向GPP二极管的焊接面积，加强了模组的散热性。
4、采用电泳的玻璃钝化工艺，提高了二极管的击穿电压的稳定性，减小了漏电。
5、这种GPP高压二极管具有对称性好、可靠性高、散热快、功耗小等优势，解决了汽车模组GPP对称二极管中反向二极管无法焊接的技术瓶颈。
附图说明
图1为汽车模组中反向GPP高压二极管芯片结构平面图。
图2为汽车模组中反向GPP高压二极管芯片结构剖面图。
图3为汽车模组中反向GPP高压二极管的制备工艺流程图。
图4为背景技术中用于汽车控制器件上起整流保护作用的模组电路图。
图5为背景技术中使用GPP二极管代替轴向二极管制作模组的结构图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
一种汽车模组中反向GPP高压二极管芯片的生产工艺，参见图3，其具有如下步骤：
(1)氧化前处理：通过电子清洗剂、去离子水清洗等工序对硅片表面进行化学处理，得到洁净的原始硅片。
(2)氧化：将清洗干净的原始硅片在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层做掩膜，阻挡硼扩散源进入N+面、开沟槽。
(3)光刻：对氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影工序，形成台面图形。
(4)去除单面氧化层：通过硅刻蚀液、去离子水工序去除硅片单面氧化层。
(5)扩散前处理：通过电子清洗剂、去离子水超声溢水对去氧化层后的硅片进行化学处理；
(6)硼扩散预沉积：采用在硅片无氧化层面涂覆液态硼液，将涂源后的硅片放入1100～1150℃的扩散炉中进行硼源预沉积；
(7)硼扩散：对预沉积后的硅片在1200～1250℃的扩散炉进行扩散深结推进，形成深的P+层；
(8)磷源/硼源一次全扩散：对硼扩散后的硅片，在硼扩散面叠加高纯度(XEC 级)/高浓度(30％)硼纸源，在另一面叠加高纯度(XTO级)磷纸源，放入1200～ 1250℃的扩散炉中进行一次全扩散，形成N+/P++；
(9)扩散后处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使硅片分离，并去除表面氧化层；
(10)N+面台面腐蚀：使用氢氟酸、硝酸、冰乙酸，按照8∶3∶3的比例刻蚀 N+面台面沟槽，沟槽深度到达P+层，混酸温度控制在8～12℃，并用去离子水冲净；
(11)电泳：把硅片放在配置好的电泳液中，根据台面沟槽需沉积的玻璃重量设置时间，进行玻璃电泳；
(12)烧结：把电泳后的硅片在800～820℃的烧结炉中进行烧结；
(13)去氧化层：用稀释的氢氟酸浸泡、去离子水超声清洗去除烧结后硅片表面氧化层；
(14)镀镍、镀金：将去氧化层后的硅片在专用镀槽中进行镀镍、镀金、干燥；
(15)芯片切割：用划片机把镀金后的硅片从台面沟槽处划成单个芯片。
硼纸源 纯度：XEC级；
浓度：30％；
磷纸源 纯度：XTO级；
参见图1，2，该反向GPP高压二极管芯片结构为P++-P+-N-N+型；
反向GPP高压二极管芯的正面截层结构依次为腐蚀沟槽1，钝化玻璃2，金属层3；反向GPP高压二极管芯的剖面截层结构依次为腐蚀沟槽1，钝化玻璃2，金属层3，N+区4，基区N5，P+区6，高浓度P++区7。
工艺测试参数：
该发明改善轴向二极管对管漏电大的缺陷，同时避免GPP对管中反向二极管焊接时对玻璃钝化保护的损伤，并增加焊接的有效面积，增强对管整体散热功能。同时使用N型衬底片代替P型衬底片，并在N+面腐蚀深沟槽制作反向GPP 高压二极管，这种汽车模组中反向GPP高压二极管的发明填补了国内汽车模组技术领域的空白。
文中略去对公知技术的描述。

Claims (2)

1.一种汽车模组中反向GPP高压二极管芯片的生产工艺，其特征在于，具有如下步骤：
a.氧化前处理：分别利用电子清洗剂、去离子水对硅片表面进行化学处理，得到原始硅片；
b.氧化：将原始硅片在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层做掩膜，阻挡硼扩散源进入N+面、开沟槽；
c.光刻：对氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影工序，形成台面图形；
d.去除单面氧化层：利用硅刻蚀液、去离子水去除硅片单面氧化层；
e.扩散前处理：通过电子清洗剂、去离子水超声溢水对去氧化层后的硅片进行化学处理；
f.硼扩散预沉积：采用在硅片无氧化层面涂覆液态硼液，将涂源后的硅片救入1100～1150℃的扩散炉中进行硼源预沉积；
g.硼扩散：对预沉积后的硅片在1200～1250℃的扩散炉进行扩散深结推进，形成深的P+层；
h.磷源/硼源一次全扩散：对硼扩散后的硅片，在硼扩散面叠加XEC级纯度/30％浓度硼纸源，在另一面叠加XTO级纯度磷纸源，放入1200～1250℃的扩散炉中进行一次全扩散，形成N+/P++；
i.扩散后处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使硅片分离，并去除表面氧化层；
j.N+面台面腐蚀：使用氢氟酸、硝酸、冰乙酸，按照8∶3∶3的比例刻蚀N+面台面沟槽，沟槽深度到达P+层，混酸温度控制在8～12℃，并用去离子水冲净；
k.电泳：把硅片放在配置好的电泳液中，根据台面沟槽需沉积的玻璃重量设置时间，进行玻璃电泳；
l.烧结：把电泳后的硅片在800～820℃的烧结炉中进行烧结；
m.去氧化层：用稀释的氢氟酸浸泡、去离子水超声清洗去除烧结后硅片表面氧化层；
n.镀镍、镀金：将去氧化层后的硅片在专用镀槽中进行镀镍、镀金、干燥；
o.芯片切割：用划片机把镀金后的硅片从台面沟槽处划成单个芯片。
2.利用如权利要求1所述的生产工艺制得的反向GPP高压二极管芯片，其特征在于，该反向GPP高压二极管芯片结构为P++-P+-N-N+型；
反向GPP高压二极管芯的正面截层结构依次为腐蚀沟槽，钝化玻璃，金属层；
反向GPP高压二极管芯的剖面截层结构依次为腐蚀沟槽，钝化玻璃，金属层，N+区，基区N，P+区，高浓度P++区。
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