專利名稱：整流二極管、專用于制造整流二極管的芯片以及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及整流二極管技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說涉及整流二極管、專用于制造整流二極管的芯片及其制造方法。
背景技術(shù)：
電力半導(dǎo)體器件整流二極管，主要由外殼、芯片、引出線幾部分組成，其核心部分在于芯片，外殼在芯片外面起保護(hù)作用，在芯片的陽極、陰極上設(shè)有兩根引出線。整流二極管的芯片的制造方法一般分為磨角法和單面刻槽方法1、磨角方法由于傳統(tǒng)的磨角方法決定了整流二極管芯片的結(jié)構(gòu)是圓形，生產(chǎn)過程絕大部分只能逐個操作，手工操作的比例很高，生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大，硅片利用率低。
2、單面刻槽方法單面刻槽方法就是在P層上刻槽腐蝕，此種方法生產(chǎn)出來的芯片屬于負(fù)斜角(大于30度)整流二極管結(jié)構(gòu)，由于這種結(jié)構(gòu)的芯片是方形的，所以制造整流二極管時(shí)，生產(chǎn)效率高、硅片利用率高。
但這種結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)是A、由于單面刻槽方法中，刻槽臺面處在濃硼擴(kuò)散區(qū)P+上，而通常情況下，P+面是整流二極管的陽極，N+面是整流二極管的陰極，所以這種芯片在作為順焊(順焊是指P+面朝下焊接)時(shí)，刻槽臺面必須朝下，造成焊接時(shí)焊料與槽型鈍化臺面容易短路，而順焊芯片的用途最廣泛。
B、從單面刻槽結(jié)構(gòu)來看，芯片的刻槽鈍化臺面是P+區(qū)上形成的臺面，是一個大于30度的負(fù)斜角，所以芯片的耐壓低，一般只能做到1400V以下。
單面刻槽方法制成的整流二極管芯片包括長基區(qū)N，擴(kuò)磷區(qū)N+，濃硼擴(kuò)散區(qū)P+，槽型鈍化臺面、陰極K、陽極A。
上述的整流二極管芯片的制作工藝過程(單面刻槽方法)如下N型硅單晶片清洗、磷預(yù)擴(kuò)、單面研磨N+，濃硼主擴(kuò)(P+擴(kuò)散)、一次光刻，臺面造型(在濃硼擴(kuò)散區(qū)P+上造型)、槽內(nèi)鈍化、二次光刻、金屬化、三次光刻、測試、芯片分割。
將分割后的芯片的電極進(jìn)行焊接，再塑封(或金屬封)，成品測試，就制成了整流二極管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種能提高耐壓、性能穩(wěn)定、便于焊接的整流二極管。
整流二極管由外殼、芯片、引出線三部分組成，芯片包括長基區(qū)N、擴(kuò)磷區(qū)N+，濃硼擴(kuò)散區(qū)P+，槽型鈍化臺面，芯片中間為長基區(qū)N，陰極K在磷擴(kuò)散區(qū)N+上，陽極A在濃硼擴(kuò)散區(qū)P+上，其特征在于芯片的周邊設(shè)有隔離墻，在隔離墻平面上設(shè)有垂直穿通的激光孔，激光孔的直徑小于200μm，激光孔的間距40-400μm，槽型鈍化臺面在隔離墻與陰極K之間。
所述的激光孔實(shí)質(zhì)上是一種很小的孔，直徑一般小于200μm，目前申請人只發(fā)現(xiàn)激光能實(shí)現(xiàn)這樣的穿孔效果，所以在此定義為激光孔。
上述的整流二極管芯片與原來單面刻槽方法制造的芯片相比，主要有以下不同1、本發(fā)明的芯片的周邊設(shè)有隔離墻，2、在隔離墻平面上設(shè)有垂直穿通的激光孔，槽型鈍化臺面在隔離墻與陰極K之間。而原來單面刻槽方法制造的芯片沒有隔離墻，濃硼擴(kuò)散區(qū)P+的周邊是槽型鈍化臺面。3、由于采用了隔離墻技術(shù)，使得臺面與陰極K在同一平面上，大大方便了焊接。原來單面刻槽方法制造的芯片由于沒有隔離墻，臺面造型只能在濃硼擴(kuò)散區(qū)P+上。
上述的激光孔的直徑優(yōu)選30-100μm，激光孔的間距優(yōu)選100-300μm。
上述的激光孔的直徑相同，激光孔等間距設(shè)置。這樣做擴(kuò)散形成的隔離墻寬度均勻性好。
本發(fā)明的目的之二是提供一種專用于生產(chǎn)上述整流二極管的芯片。
專用于制造整流二極管的芯片，包括長基區(qū)N、擴(kuò)磷區(qū)N+，濃硼擴(kuò)散區(qū)P+，槽型鈍化臺面，芯片中間為長基區(qū)N，陰極K在磷擴(kuò)散區(qū)N+上，陽極A在濃硼擴(kuò)散區(qū)P+上，其特征在于芯片的周邊設(shè)有隔離墻，在隔離墻平面上設(shè)有垂直穿通的激光孔，激光孔的直徑小于200μm，激光孔的間距40-400μm，槽型鈍化臺面在隔離墻與陰極K之間。
上述的激光孔的直徑優(yōu)選30-100μm，激光孔的間距優(yōu)選100-300μm。
上述的激光孔的直徑相同，激光孔等間距設(shè)置。這樣做擴(kuò)散形成的隔離墻寬度均勻性好。
本發(fā)明的目的之三是提供一種上述的整流二極管芯片的制造方法，該制造方法包括N型硅單晶片清洗、激光穿孔造型，涂源擴(kuò)散(濃硼P+)、拋光、氧化、一次光刻、磷預(yù)擴(kuò)、磷主擴(kuò)、二次光刻、臺面造型、槽內(nèi)鈍化、三次光刻、金屬化、四次光刻、測試、芯片分割，激光穿孔造型步驟是在N型硅片平面上設(shè)計(jì)的單片芯片區(qū)域的周邊位置垂直穿通，激光孔的直徑小于200μm，激光孔的間距40-400μm，涂源擴(kuò)散步驟中對隔離墻和濃硼擴(kuò)散區(qū)P+采用濃硼同步擴(kuò)散。
上述的激光孔為一排，激光孔的中心也就是芯片分割處。
上述的激光孔為兩排，兩排激光孔的中心也就是芯片分割處。
本發(fā)明因?yàn)椴捎昧烁綦x墻技術(shù)，隔離墻的工作原理就是將芯片的陽極(A)電壓通過P型隔離墻的導(dǎo)體作用引至與陰極(K)同一平面上來，用一個槽形臺面來實(shí)現(xiàn)反向耐壓的，也是隔離相鄰芯片之間的公共區(qū)域和分割線區(qū)域。同時(shí)隔離墻采用激光孔，加快了隔離墻擴(kuò)散形成的速度。本發(fā)明與原來單面刻槽方法制造的芯片相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)隔離墻像是保護(hù)墻，使得芯片在焊接時(shí)，由于刻槽臺面是朝上的，不容易短路；由于刻槽臺面在隔離墻上形成的是正斜角，使得反向電壓得到提高(一般可以做到2000V以下)，150℃高溫時(shí)漏電流減小，性能穩(wěn)定。也就是說本發(fā)明不但克服了原來單面刻槽方法制造的芯片的缺點(diǎn)，而且具有原來單面刻槽方法制造的芯片的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是原來單面刻槽方法制成的整流二極管芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例中整流二極管芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例中激光穿孔造型示意圖。
圖4是圖3的I處局部放大圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例中激光穿孔造型示意圖。
圖6是圖5的H處局部放大圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例中整流二極管芯片制造工藝過程方框圖。
圖中101、陽極A，102、濃硼擴(kuò)散區(qū)P+，103、長基區(qū)N，104、磷擴(kuò)散區(qū)N+，105、陰極K，106、槽型鈍化臺面，201、陰極K，202、磷擴(kuò)散區(qū)N+，203、隔離墻，204、激光孔，205、長基區(qū)N，206、濃硼擴(kuò)散區(qū)P+，207、陽極A，208、槽型鈍化臺面，301、單只芯片，302、硅單晶片，401、激光孔，402、虛線，501、單只芯片，502、硅單晶片，601、激光孔，602、分割線。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式原來單面刻槽方法制成的整流二極管芯片的結(jié)構(gòu)，參照圖1，包括長基區(qū)N103，磷擴(kuò)散區(qū)N+104，濃硼擴(kuò)散區(qū)P+102，槽型鈍化臺面106、陰極K105、陽極A101。芯片中間為長基區(qū)N103，上部是濃硼擴(kuò)散區(qū)P+102，下部是磷擴(kuò)散區(qū)N+104，濃硼擴(kuò)散區(qū)P+102的周邊是槽型鈍化臺面106，陰極K105在磷擴(kuò)散區(qū)N+104上，陽極A101在濃硼擴(kuò)散區(qū)P+102上。
實(shí)施例整流二極管由外殼、芯片、引出線三部分組成，其核心部分在于芯片，外殼在芯片外面起保護(hù)作用，在芯片的陽極、陰極上設(shè)有二根引出線。芯片包括長基區(qū)N205、磷擴(kuò)散區(qū)N+202、濃硼擴(kuò)散區(qū)P+206、槽型鈍化臺面208、隔離墻203、激光孔204、陰極K201、陽極A207，芯片中間為長基區(qū)N205，上部是磷擴(kuò)散區(qū)N+202，下部是濃硼擴(kuò)散區(qū)P+206，芯片的周邊設(shè)有隔離墻203，在隔離墻203平面上設(shè)有垂直穿通的激光孔204，陰極K201在磷擴(kuò)散區(qū)N+202上，陽極A207在濃硼擴(kuò)散區(qū)P+206上，槽型鈍化臺面208在隔離墻203與陰極K201之間。
上述的激光孔的直徑相同，直徑大小在30-100μm之間，激光孔等間距設(shè)置，激光孔的間距在100-300μm之間。
上述整流二極管芯片的制造方法，參照圖7，該制造方法包括N型硅單晶片清洗701、激光穿孔造型702，涂源擴(kuò)散703、拋光704、氧化705、一次光刻706、磷預(yù)擴(kuò)707、磷主擴(kuò)708、二次光刻709、、臺面造型710、槽內(nèi)鈍化711、三次光刻712、金屬化713、四次光刻714、測試715、芯片分割716。
激光穿孔造型步驟702是在N型硅片平面上設(shè)計(jì)的單片芯片區(qū)域的周邊位置垂直穿通，激光孔的直徑小于200μm，激光孔的間距40-400μm，涂源擴(kuò)散步驟中對隔離墻和濃硼擴(kuò)散區(qū)采用濃硼同步擴(kuò)散。激光穿孔就是利用激光的極細(xì)高能量光束按照所需隔離墻圖案設(shè)定程序后對N型硅片穿孔。可以參照圖3、圖4，圖3中硅單晶片302是做整流二極管的原始材料，單只芯片區(qū)域301是通過激光穿孔造型后形成的，激光孔401為兩排，兩排激光孔401的中心也就是芯片分割處，虛線402就是芯片分割工序中的分割線，激光孔401就是后道工序涂源擴(kuò)散形成隔離墻的中心位置。激光穿孔用的激光是紫外激光，該激光設(shè)備目前相當(dāng)普及，據(jù)申請人所知，全國已有八家企業(yè)生產(chǎn)這種設(shè)備。
在上述激光穿孔造型步驟中，激光孔也可為一排，參照圖5、圖6，硅單晶片502是做整流二極管的原始材料，單只芯片501區(qū)域是通過激光穿孔造型后形成的，虛線602就是芯片分割工序中的分割線，激光孔601的中心也就是芯片分割處，在后道芯片分割工序中，激光孔601被一分為二。如果芯片的面積大于8×8mm2，一般應(yīng)采用兩排激光孔以適應(yīng)不同的焊接方式。
在上述激光穿孔造型步驟中，如果芯片是方型，激光孔呈平行、等距離排列；如果芯片是圓型，激光孔呈圓周分布。
涂源擴(kuò)散703對隔離墻和濃硼擴(kuò)散區(qū)P+采用濃硼同步擴(kuò)散，就是將激光穿孔造型后的硅片清洗后涂濃硼在1220℃-1280℃主擴(kuò)散8-15小時(shí)后，通過沉積在孔內(nèi)壁的雜質(zhì)源橫向擴(kuò)散，兩孔之間雜質(zhì)相互擴(kuò)散連接后形成寬度200-300μmP型隔離墻，擴(kuò)散后表面方塊電阻0.5-5Ω/□。
拋光氧化704、705涂源擴(kuò)散完成后的硅片用氫氟酸泡除表面的硼硅玻璃后進(jìn)行拋光，拋光要選擇一面將P+全部減薄至N區(qū)，然后進(jìn)行干氧濕氧交替氧化，氧化溫度1150℃-1250℃，時(shí)間10-15小時(shí)。
在一次光刻步驟706中，采用單面光刻需要擴(kuò)磷的區(qū)域。
磷擴(kuò)散707、708采用三氯氧磷(POCl3)液態(tài)源擴(kuò)散，預(yù)擴(kuò)溫度1050℃-1150℃，預(yù)擴(kuò)時(shí)間60分鐘，源溫0℃，磷主擴(kuò)溫度1100℃-1200℃，時(shí)間3-5小時(shí)，方塊電阻0.5-1Ω/□。
臺面造型710及槽內(nèi)鈍化711二次光刻709后形成刻槽臺面，進(jìn)行臺面腐蝕，腐蝕后形成深度80-100μm，寬度可達(dá)400-600μm的臺面，然后進(jìn)行玻璃鈍化保護(hù)。
三次光刻712是對需要進(jìn)行金屬化的部分進(jìn)行光刻。
金屬化713就是在硅片的兩面分別蒸上鉻、鎳、銀多層金屬，鉻要求蒸發(fā)的厚度為500-1000A0m，鎳蒸發(fā)的厚度為4000-5000A0m，銀蒸發(fā)的厚度為6000-6500A0m。
四次光刻714是對隔離墻與槽形臺面不需要金屬層部分進(jìn)行光刻。光刻后，對這幾部分的金屬層進(jìn)行腐蝕剝離，然后對芯片進(jìn)行測試715、分割716。此時(shí)，整個芯片部分就已經(jīng)完成。
將分割后的芯片的進(jìn)行電極焊接，再塑封(或金屬封)，成品測試，就制成了整流二極管。
采用本發(fā)明可以使整流二極管的電參數(shù)、電性能得到提高，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以100A/1600V(11.8×11.8mm2)設(shè)計(jì)為例，申請人已做到通態(tài)電流IT＝100A；反向峰值電壓VRRM＝1600-1700V；通態(tài)峰值電壓VTM≤1.1V；高溫(150℃)漏電流IRRM＝1-3mA(峰值)。
本發(fā)明的保護(hù)范圍不受實(shí)施例的具體參數(shù)的限制，如激光孔的的直徑在小于200μm，激光孔的間距40-400μm內(nèi)都可以實(shí)施本發(fā)明，但效果沒有激光孔的直徑優(yōu)選在30-100μm，激光孔的間距優(yōu)選在100-300μm內(nèi)最佳。如果有人為了實(shí)施本發(fā)明，故意采用周邊多打幾排激光孔的方法，也應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種整流二極管，整流二極管由外殼、芯片、引出線三部分組成，芯片包括長基區(qū)N、擴(kuò)磷區(qū)N+，濃硼擴(kuò)散區(qū)P+，槽型鈍化臺面，芯片中間為長基區(qū)N，陰極K在磷擴(kuò)散區(qū)N+上，陽極A在濃硼擴(kuò)散區(qū)P+上，其特征在于芯片的周邊設(shè)有隔離墻，在隔離墻平面上設(shè)有垂直穿通的激光孔，激光孔的直徑小于200μm，激光孔的間距40-400μm，槽型鈍化臺面在隔離墻與陰極K之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流二極管，其特征在于上述的激光孔的直徑優(yōu)選30-100μm，激光孔的間距優(yōu)選100-300μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的整流二極管，其特征在于上述的激光孔的直徑相同，激光孔等間距設(shè)置。
4.一種專用于制造整流二極管的芯片，包括長基區(qū)N、擴(kuò)磷區(qū)N+，濃硼擴(kuò)散區(qū)P+，槽型鈍化臺面，芯片中間為長基區(qū)N，陰極K在磷擴(kuò)散區(qū)N+上，陽極A在濃硼擴(kuò)散區(qū)P+上，其特征在于芯片的周邊設(shè)有隔離墻，在隔離墻平面上設(shè)有垂直穿通的激光孔，激光孔的直徑小于200μm，激光孔的間距40-400μm，槽型鈍化臺面在隔離墻與陰極K之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的芯片，其特征在于上述的激光孔的直徑優(yōu)選30-100μm，激光孔的間距優(yōu)選100-300μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的芯片，其特征在于上述的激光孔的直徑相同，激光孔等間距設(shè)置。
7.權(quán)利要求4所述的芯片的制造方法，包括以下步驟N型硅單晶片清洗、激光穿孔造型，涂源擴(kuò)散、拋光、氧化、一次光刻、磷預(yù)擴(kuò)、磷主擴(kuò)、二次光刻、臺面造型、槽內(nèi)鈍化、三次光刻、金屬化、四次光刻、測試、芯片分割，激光穿孔造型步驟是在N型硅片平面上設(shè)計(jì)的單片芯片區(qū)域的周邊位置垂直穿通，激光孔的直徑小于200μm，激光孔的間距40-400μm，涂源擴(kuò)散步驟中對隔離墻和濃硼擴(kuò)散區(qū)P+采用濃硼同步擴(kuò)散。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的芯片制造方法，其特征在于上述的激光孔為一排，激光孔的中心也就是芯片分割處。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的芯片制造方法，其特征在于上述的激光孔為兩排，兩排激光孔的中心也就是芯片分割處。
全文摘要
本發(fā)明公開了整流二極管、專用于制造整流二極管的芯片及其制造方法，整流二極管由外殼、芯片、引出線幾部分組成，芯片包括長基區(qū)N、擴(kuò)磷區(qū)N
文檔編號H01L21/329GK1783516SQ20041006539
公開日2006年6月7日 申請日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者王日新 申請人:安徽省祁門縣黃山電器有限責(zé)任公司