專利名稱：：全切面結(jié)玻璃鈍化的硅半導(dǎo)體二極管芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種硅半導(dǎo)體二極管芯片及其制造方法。尤其涉及一種具有P-N結(jié)全切面玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體整流二極管芯片及其制造方法。這種P-N結(jié)全切面護(hù)封硅半導(dǎo)體二極管芯片使用通過標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散工藝制成的整流二極管硅圓片，經(jīng)切割成為單獨(dú)的二極管芯片，對切割面進(jìn)行化學(xué)蝕磨和氧化處理后，附著鈍化玻璃護(hù)封劑，并燒成玻璃護(hù)封膜而制成。工業(yè)界一向采用最經(jīng)濟(jì)有效的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散工藝，通過先制成整流二極管圓片的方式來達(dá)到制造半導(dǎo)體整流二極管的目的。一般采用的方法是在低濃度雜質(zhì)的單晶圓片的兩面，分別擴(kuò)散五價元素雜質(zhì)(如磷，砷等)及三價元素雜質(zhì)(如硼，鋁等)，以制成具P-N結(jié)及低表面電阻系數(shù)的正、負(fù)電極面的圓片。之后在圓片適當(dāng)表面形成具有歐姆接觸的金屬膜(如鎳，鋁等)，用來和電氣導(dǎo)接件連接。不同的金屬膜分別適用于不同方式的焊接加工，例如鎳或鎳銀、鎳金鍍膜適用于軟焊加工的錫鉛類焊材，鋁鍍膜適用于硬焊方式的鋁熔接加工。將硅圓片依所需整流二極管芯片規(guī)格，切割成一定大小及形狀的芯片，并對切割面進(jìn)行化學(xué)蝕磨，以除去切割所造成的機(jī)械性損傷及污染。在硅晶體表面形成二氧化硅膜，以獲得良好的逆向電氣特性。對處理完的切割面上的P-N結(jié)區(qū)域及其附近進(jìn)行鈍化護(hù)封，即完成芯片部分的加工。對二極管芯片P-N結(jié)裸露切面的護(hù)封，現(xiàn)在主要有三種設(shè)計(jì)及加工方法1.以電氣導(dǎo)接件軟焊構(gòu)接完成的半成品進(jìn)行加工的方式將二極管圓片切割成芯片，將芯片與電氣導(dǎo)接件焊接，成為焊成的半成品，再進(jìn)行芯片切斷面的化學(xué)處理以及用樹脂型護(hù)封劑進(jìn)行鈍化護(hù)封。如西屋公司早期開發(fā)的圓片電極整流二極管芯片包(Sand-wichCellConstruction)、軸向?qū)Ь€塑料鑄模封裝(AxialLeadPlasticMoldedPackage)等均屬于這種方式。這種方式屬于較傳統(tǒng)的制造方法。2.玻璃護(hù)封型二極管圖1.示出了這種玻璃護(hù)封型二極管制造方法的流程圖。這種設(shè)計(jì)為美國通用電器公司所開發(fā)，并獲得了專利。制備完成P-N結(jié)擴(kuò)散的圓片(101)，對圓片作鍍膜加工(102)，將鍍好鋁膜的整流二極管圓片，以噴砂磨切等方式，切成圓錐臺形芯片。再用氫氟酸與硝酸為主的混合液，于低溫下進(jìn)行化學(xué)蝕磨，并在晶片表面形成二氧化硅膜(103)。經(jīng)化學(xué)處理完成的芯片，與電氣導(dǎo)接件進(jìn)行焊接，制成半成品(104)。如果使用鎢或鉬等熱膨脹系數(shù)匹配的材料制成的電極，則以鋁膜為焊材，作硬焊連接；而一般使用銅的電氣導(dǎo)接件，則可使用銅、銀、磷合金焊材，與電極作硬焊連接。之后進(jìn)行芯片切面的二次化學(xué)處理(105)，并涂著鈍化玻璃護(hù)封劑(106)，再燒結(jié)成護(hù)封層，即完成玻璃護(hù)封型二極管的制作(107)。這種方式是以玻璃作為鈍化及護(hù)封材料，屬于較先進(jìn)的傳統(tǒng)制法。3.溝形P-N結(jié)半切面玻璃護(hù)封型二極管芯片圖2示出了半切面玻璃護(hù)封型二極管芯片的制造方法流程圖。如圖所示，制備完成P-N型擴(kuò)散的硅半導(dǎo)體圓片(201)，對圓片作氧化處理后(202)，再以光刻膠涂布圓片(203)。以顯影及清洗除去各芯片邊緣部分的光刻膠(204)，并對未涂敷有光刻膠的區(qū)域進(jìn)行選擇性局部化學(xué)刻蝕(205)，形成P面帶有溝槽，P-N結(jié)面露出，單個芯片處于半切形態(tài)的半成品，多個芯片基部仍然相連呈圓片形態(tài)，在此半切型圓片的P-N結(jié)面裸露部位進(jìn)行鈍化處理及玻璃護(hù)封(206)，燒結(jié)玻璃(207)，完成芯片半切面的護(hù)封加工。最后在電極面鍍金屬膜(208)并將芯片分離切割(209)，制成玻璃護(hù)封整流二極管芯片。這種方式通稱玻璃護(hù)封片(GlassPassivatedPellet)，簡稱GPP。因在制作過程中僅在P-N結(jié)溝形切面部分施以鈍化玻璃護(hù)封，故亦可稱為“溝形P-N結(jié)切面玻璃護(hù)封型”芯片。圖3表示經(jīng)GPP法制成芯片的縱切面結(jié)構(gòu)示意圖。GPP具有更好的二次加工適用性，因此廣為各型整流二極管組件制造者所采用。例如整流電橋等。此外，小外形二極管(SmallOutlinediode簡稱SOD)整流二極管也多采用這種芯片經(jīng)二次加工封裝來制作。眾所周知，因GPP成本不高，且能制成符合一般用途的芯片，因而成為目前最優(yōu)良的具有護(hù)封硅整流二極管芯片的制造方法，但其缺點(diǎn)仍然多。例如，由于GPP切面是P面開口的半切形態(tài)，因而其P-N結(jié)面的切角屬負(fù)切角型。這種結(jié)構(gòu)在施加逆向電壓的情形下，形成的耗盡區(qū)會導(dǎo)致切面邊緣處逆向電場的擴(kuò)展。在設(shè)計(jì)上，必須保留足夠大的耗盡區(qū)空間。其結(jié)果是必須使用較大面積的芯片，其正向負(fù)載功率才能與以垂直切割法或正角切割法制成的芯片相當(dāng)。如此將提高芯片的制作成本。實(shí)際上，使用一般GPP法制成的一安培方形芯片，P面面積為38mil×38mil，N面面積為55mil×55mil，其有效面積為(38×38)/(55×55)，約為47％。同時，GPP法制成的芯片，還有不易獲得較高逆向耐壓性能的缺點(diǎn)。此外，使用GPP法，對圓片需多次涂布光刻膠、顯影及去光刻膠、顯影的程序，且無法利用傳統(tǒng)的切割技術(shù)對芯片進(jìn)行切割，導(dǎo)致所需設(shè)備昂貴，運(yùn)轉(zhuǎn)成本高，以致其制造成本也高。舉例而言，在溝槽加工(205)完成后，對溝槽部位施以護(hù)封玻璃劑(206)時，較可行的方式是用光刻膠涂布溝槽內(nèi)各芯片間的切割線，而在未涂布光刻膠的溝槽部分涂敷玻璃護(hù)封劑，之后，去除光刻膠以便進(jìn)行切割。此外，在電極面鍍金屬膜(209)的工藝過程中，最好的方法也是用光刻膠遮蔽溝槽部位。為制成高性能的GPP芯片，需要進(jìn)行多次光刻膠涂布過程。最后，用這種方法制成的芯片，在分離切割時，難免選成玻璃膜的機(jī)械損傷，形成微裂縫并導(dǎo)致應(yīng)力集中。這在使用時會成為十分嚴(yán)重的工作故障源。雖然經(jīng)過多年努力，對以上所述缺點(diǎn)的改進(jìn)，成效仍然非常有限。本發(fā)明的目的在于提供一種新穎的硅半導(dǎo)體二極管芯片，該芯片具有自N電極表面至P電極表面的護(hù)封的裸露P-N結(jié)全切面。本發(fā)明的目的還在于提供一種新穎的硅半導(dǎo)體二極管芯片的制造方法，在對硅半導(dǎo)體二極管進(jìn)行全部的P-N結(jié)全切面護(hù)封的前提下，仍能節(jié)省芯片面積，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的另一個目的還在于提供一種簡化的具有護(hù)封P-N結(jié)全切面的硅半導(dǎo)體二極管芯片的制造方法，對硅半導(dǎo)體二極管進(jìn)行全切面護(hù)封，能獲得良好的電氣性能。本發(fā)明的目的尤其在于提供一種P-N結(jié)全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體整流二極管芯片，可使用簡單價廉的設(shè)備，進(jìn)行大批量生產(chǎn)；利用成本低廉的原料，簡單的工藝步驟，制成多種金屬化電極面且性能高于現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品。依據(jù)本發(fā)明所揭示的P-N結(jié)全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片及其制造方法，可使用鈍化玻璃護(hù)封層，覆著于芯片P-N結(jié)的全部切面，并且對每一芯片制備一單獨(dú)的玻璃護(hù)封層體，單獨(dú)燒結(jié)，避免如GPP法芯片在分離切割時所造成的玻璃護(hù)封層的損傷，并能獲得更高的逆向電氣性能。本發(fā)明還提供了一種大量制造這種新穎結(jié)構(gòu)的硅半導(dǎo)體二極管芯片的方法。本發(fā)明所述的具有P-N結(jié)全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片，其切面可以是正切角，可有助于逆向耐壓性能的提高以及漏電流的降低。參照附圖通過以下說明，可以更清楚地看到本發(fā)明的上述及其他的目的和優(yōu)點(diǎn)。圖1示出了傳統(tǒng)的玻璃護(hù)封型二極管芯片的工藝流程。圖2示出了溝形P-N結(jié)切面玻璃護(hù)封型二極管芯片(GPP)的工藝流程。圖3示出了經(jīng)GPP法制成的芯片的縱切面的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4示出了本發(fā)明具有P-N結(jié)全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片的縱切面的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5示出了本發(fā)明具有P-N結(jié)全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片的工藝流程。圖6示出了在顯微鏡下所觀察到的放大40倍的本發(fā)明所述的實(shí)施例實(shí)物的外觀圖。本發(fā)明所述的具有P-N結(jié)全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片，是按照現(xiàn)有工藝，完成了五價及三價元素?cái)U(kuò)散的半導(dǎo)體整流二極管圓片。圓片經(jīng)切割后，其切面處于自N面至P面的全切斷形態(tài)。切割后的芯片經(jīng)化學(xué)蝕磨和氧化處理，再在芯片的全切斷面上，即自N面至P面的全切斷面上施著鈍化玻璃護(hù)封劑，并進(jìn)行熱處理，使玻璃護(hù)封劑覆蓋層燒結(jié)，即可獲得。具有歐姆接觸，用于與電氣連接件相連的金屬鍍膜可以有多種選擇，如鋁、鎳、銀及金等。金屬膜可于芯片切割之前鍍于圓片的兩個電極表面，也可于芯片護(hù)封玻璃制成后再鍍著。圖4即表示按本發(fā)明所述方法制成的具有P-N結(jié)全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片的縱切面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，所述芯片的切面處于自N面至P面的全切斷形態(tài)，而全部P-N結(jié)面均為一單獨(dú)燒結(jié)的鈍化玻璃體所護(hù)封。圖5表示本發(fā)明所述的具有P-N結(jié)全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片的工藝流程。下面依據(jù)圖2說明本發(fā)明所述的具有全部P-N結(jié)面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片的制造方法。首先，先用現(xiàn)有的工藝，制備一個完成P-N結(jié)擴(kuò)散的整流二極管圓片(501)，再對該整流二極管圓片進(jìn)行正負(fù)電極鍍膜加工(502)。其中正負(fù)電極面的金屬鍍膜可以是鋁鍍膜，鎳、銀鍍膜或金二次鍍膜，以適應(yīng)不同需要。對完成金屬化鍍膜的圓片，用噴砂切割或化學(xué)刻蝕等合適方式制成芯片(503)。芯片可切割成圓錐臺形、圓角方錐臺形或圓角六邊錐臺形，以及其他合適的形狀。其錐臺底部為P電極面。非正切角的切割也同樣適用于本發(fā)明。再對切好的芯片進(jìn)行化學(xué)蝕磨及氧化處理(504)。在應(yīng)用上，如果是鉻—鎳—銀鍍膜的芯片，則用煮沸的10％的氫氧化鉀水溶液作為蝕磨劑進(jìn)行堿性化學(xué)蝕磨，并在切面形成二氧化硅膜。對芯片進(jìn)行化學(xué)蝕磨及氧化處理后，制備一種在攝氏500度可以完全燒除的熱可塑型粘合劑(Binder)來調(diào)配鈍化玻璃粉，形成護(hù)封層的調(diào)劑(505)。用定位器將芯片定位，對每一單獨(dú)芯片P-N結(jié)的整個切面部位，施以鈍化玻璃調(diào)和糊劑(506)。施加玻璃調(diào)劑的方式，可利用現(xiàn)有的熱塑型膠射出成形工藝，在各芯片的整個周邊切面，鑄出一玻璃調(diào)劑型件。作燒除及玻璃化燒成熱處理(507)，形成鈍化玻璃護(hù)封層。這樣便完成了本發(fā)明所述的具有P-N結(jié)全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體整流二極管芯片的制作。在本發(fā)明中，芯片的護(hù)封層可覆著于芯片的整個P-N結(jié)切面，并對每一芯片制備一單獨(dú)的玻璃護(hù)封層體。在本發(fā)明所述的實(shí)施例中，施于P-N結(jié)切面部位的鈍化玻璃護(hù)封劑，可以是鈍化玻璃粉與水或承載劑(VehicleAgent)的調(diào)合糊劑，或其他合適的材料。經(jīng)上述方法制成的芯片，可經(jīng)后續(xù)的檢測、分類、封裝而制成工業(yè)規(guī)格品。其外形可以是圓片形、圓錐臺形、圓角方錐臺形、圓角六邊錐臺形或其他合適的形狀。完成的成品具有圓滑的玻璃護(hù)封層，有利于后續(xù)加工，如自動進(jìn)料、定位器定位等。經(jīng)護(hù)封玻璃燒成后的芯片，其整個P-N結(jié)切面均為一層鈍化玻璃所護(hù)封。經(jīng)顯微鏡觀察，這一玻璃層無機(jī)械損傷、無缺角及微裂縫。圖6表示在顯微鏡下所觀察到的放大40倍的本發(fā)明所述的具有全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體整流二極管芯片的實(shí)物外觀圖。本發(fā)明所述的硅半導(dǎo)體二極管芯片，整個P-N結(jié)切面均以鈍化玻璃護(hù)封，且其切面處于自N面至P面的全切斷狀態(tài)，具有極佳的電氣特性與機(jī)械特性。在制作過程中，由于是對整個P-N結(jié)切面涂布鈍化玻璃，因此芯片上P或N的方向并不影響其制作，適合大批量生產(chǎn)。而且，本發(fā)明實(shí)施例所述的方法，適合大批量制造。其他類似方法，也可適用于本發(fā)明。本發(fā)明所述的具有全切面護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片，其切面可制成正切角，有助于逆向耐壓性能的提高及漏電流的降低。實(shí)際測量表明，本發(fā)明所述的二極管芯片，對逆向耐壓性能的提高及漏電流的降低，有顯著的效果。其逆向電氣特性如表1所示。表中顯示，所有試樣的逆向耐壓均在1200V以上，平均值為1400V。本發(fā)明所述的二極管芯片因使用玻璃護(hù)封層，而且是單獨(dú)燒結(jié)件，因此可避免使用GPP法所造成的機(jī)械損傷及微裂縫。同時具有應(yīng)力殘留極少一大優(yōu)點(diǎn)。</tables><tablesid="table2"num="002"><tablewidth="663">2345678910145016001600125014001450145013001300121314151617181920125014501300140016001300145012001600</table></tables>本發(fā)明所述的具有全切面護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片，由于制造方法比現(xiàn)有技術(shù)大為簡化，可使用簡單價廉的設(shè)備大量生產(chǎn)，足以降低成本，制成多種金屬化電極表面及較現(xiàn)有的更為高性能的產(chǎn)品。因其具有光滑的玻璃護(hù)封層，對于后續(xù)加工，如自動進(jìn)料、定位器定位等也特別方便。本發(fā)明所述的方法及制成的芯片元件，由于僅包括芯片本身、護(hù)封玻璃及必要的金屬膜，結(jié)構(gòu)簡單，可廣泛應(yīng)用于各種類型的整流二極管及整流二極管組件，例如整流電橋等。以上是對本發(fā)明所述的具有全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片及其制造方法的實(shí)施例的說明，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員不難由上述說明，了解本發(fā)明的精神，并據(jù)此衍生出不同的變化。但只要不脫離本發(fā)明的精神，均在本發(fā)明的專利范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體二極管芯片組件，包括一硅半導(dǎo)體二極管芯片；及一鈍化玻璃護(hù)封件；其特征在于該半導(dǎo)體二極管芯片的周緣是自N電極面至P電極面，含P-N結(jié)層面，為完全切斷狀態(tài)；且該鈍化玻璃護(hù)封件覆蓋于該半導(dǎo)體二極管芯片周緣的全部。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體二極管芯片組件，其中芯片的形狀為圓錐臺形，方錐臺形或六邊錐臺形。3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體二極管芯片組件，其中該芯片的切斷面與其N型層的夾角約為90°。4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體二極管芯片組件，還含有一個在P電極表面的金屬鍍膜及一個在N電極表面的金屬鍍膜。5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體二極管芯片組件，其中芯片P面或N面的鍍膜可以是鋁鍍膜、鎳、銀或金二次鍍膜。6.一種制造半導(dǎo)體二極管芯片的方法，包括將完成P-N結(jié)擴(kuò)散的半導(dǎo)體二極管圓片依需要的尺寸切成單個芯片，使其P型層、P-N結(jié)及N型層裸露于切口斷面；蝕磨處理芯片的P-N結(jié)全切面，使其適合進(jìn)行護(hù)封；在其P-N結(jié)全切面部位涂上鈍化玻璃護(hù)封劑；以及對該玻璃護(hù)封劑進(jìn)行燒結(jié)處理，形成護(hù)封件；其特征在于該玻璃護(hù)封件形成于芯片的裸露的P-N結(jié)及切斷面的全部。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中芯片的形狀為圓錐臺形，方錐臺形或六邊錐臺形。8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中芯片的切割面與芯片N型層的夾角約為90°。9.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括在芯片的P面及N面各形成一個金屬鍍膜。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該P(yáng)面或N面的鍍膜可以是鋁鍍膜、鎳、銀或金二次鍍膜。全文摘要一種具有P-N結(jié)全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片，使用鈍化玻璃護(hù)封層，覆著于芯片的整個P-N結(jié)切面，且對每一芯片制備一單獨(dú)的玻璃護(hù)封層體，單獨(dú)燒結(jié)。這種具有P-N結(jié)全切面護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片，其P-N結(jié)全切面全部為鈍化玻璃所護(hù)封，因而容易獲得良好的正向及逆向電氣特性、較高的可靠性以及有利于再次加工成型。本發(fā)明也提供了一種大量生產(chǎn)具有P-N結(jié)全切面鈍化玻璃護(hù)封的硅半導(dǎo)體二極管芯片的方法。文檔編號H01L29/861GK1167342SQ9610799公開日1997年12月10日申請日期1996年6月5日優(yōu)先權(quán)日1996年6月5日發(fā)明者戴超智,鐘宇鵬,蔡輝正申請人:智威科技股份有限公司