一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺的制作方法

1.本发明半导体器件制造技术领域，具体涉及一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺。


背景技术：

2.二极管因其具有单向导通的性质，无论是在家用电路还是在特种电路或其他电路中，都是必不可少的分立器件之一。芯片作为二极管参数的核心部件，其性能直接决定了产品的应用。随着客户需求的逐步提高，产品的可靠性也越发重要，对此在二极管gpp产品应用中，可靠性的提高成为一项关键指标。目前，市场对高压gpp芯片的需求量越来越大，gpp工艺的发展方向为pn结的多层保护。现有的pn结制造工艺一般采用深槽湿法腐蚀，通过gpp工艺(gpp工艺：glass passivation process chip，为玻璃钝化工艺)进行保护。现有的玻璃钝化工艺有刀刮法、电泳玻璃法等，但是存在可靠性差的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对现有玻璃钝化工艺的不足，而提出一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺；通过本发明工艺制备的高压产品能够在长时间高温严苛的条件下保证整体的稳定性和高可靠性。
4.本发明是通过如下技术方案实现的：
5.一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺，其特征在于，该工艺依次包括如下步骤：
6.s1、配制磷源：所述的磷源由去离子水、磷酸二氢铵和无水乙醇组成；
7.s2、磷预扩散：将上述配制的磷源与氧化铝混合，形成用于磷预扩散的涂磷液；然后将所述的涂磷液涂覆于制绒后的硅片上，然后置于扩散炉中进行扩散，在所述硅片的一面形成磷结；
8.s3、磷/硼一次全扩散：对经过磷预扩散后的所述硅片进行磷/硼一次全扩散，其扩散过程为：在所述硅片上形成有磷结的一面叠加磷纸，在另一面叠加硼纸，然后在扩散炉中进行一次全扩散，经高温扩散后，得到增厚的磷结和硼结；
9.s4、一次光刻：在所述硅片的硼面上涂布负光刻胶，然后烘烤，进行一次光刻硼面，形成沟槽；
10.s5、sipos沉积：将所述硅片置于sipos沉积用设备中进行sipos沉积，在所述硅片的正面、背面以及所述沟槽中沉积sipos；
11.s6、电泳玻璃：对sipos沉积完成的硅片进行电泳，然后烧结，在所述沟槽中以及沟槽边沿处，形成具有钝化保护作用的电泳玻璃；
12.s7、一次刀刮玻璃：在完成电泳玻璃的硅片上滴玻璃浆，然后用刮刀将所述玻璃浆刮涂到所述沟槽中，待玻璃浆沉淀，然后烧结，形成刀刮玻璃层，以增加沟槽中玻璃的厚度；
13.s8、二次刀刮玻璃：对经过步骤s7的硅片进行抽真空处理，利用负压压实所述沟槽中的刀刮玻璃层；然后继续在硅片上滴玻璃浆，重复上述刀刮，沉淀，烧结步骤，以进一步增
加沟槽中玻璃的厚度；
14.s9、lto沉积：将所述硅片置于lto沉积用设备中进行lto沉积，在所述硅片的正面、背面以及所述沟槽中沉积lto；
15.s10、二次光刻：利用光刻工艺去除沟槽区域以外部分沉积的sipos和lto；
16.s11、表面金属化：对所述硅片的表面进行金属化处理，然后激光切割，获得新型高压玻璃保护芯片。
17.具体的，本发明工艺中所述的芯片相对偏厚，约为320-350μm。
18.本发明提供的新型高压玻璃保护芯片制程工艺，是通过对pn结三层保护(sipos/玻璃/lto),上玻璃粉方法由传统的刀刮法改善为电泳玻璃 刀刮，可以把沟槽内结构保护的更加全面，从而可以保障高压的击穿电压，同时提高产品的可靠性和稳定性。因高压产品的晶圆相对偏厚(320-350μm)，开沟槽偏深(170-190μm)，刀刮法上玻璃做高压产品玻璃要求较厚(120-150μm)，后续划片、裂片难度较大，玻璃层容易损伤。而电泳法的玻璃厚度只需35μm左右，能够大大减轻划片、裂片的难度。
19.通过本发明工艺的开发，以此保障高压产品电压，同时保证在长时间高温严苛条件下的整体稳定性和可靠性更好。
20.具体的，在本发明的工艺中通过先对硅片进行磷预扩散，以达到一面有预先的磷结在表面，然后在有磷结的一面叠加磷纸，能够达到继续增加磷浓度和进一步推升磷元素深度的目的。
21.进一步的，一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺：步骤s1、配制磷源：所述的磷源由去离子水、磷酸二氢铵和无水乙醇组成；其中：所述的磷酸二氢铵与所述去离子水的质量体积比为0.35-0.45g/ml；所述无水乙醇与所述去离子水的体积比为(25-35)：(290-310)。
22.具体的，上述步骤s1中所述磷源的配制步骤为：
23.(1)将所述去离子水加热，然后按比例将所述去离子水与所述磷酸二氢铵搅拌混合，形成混合溶液；其中：所述去离子水的加热温度为60-80℃；
24.(2)然后向所述混合溶液加入所述无水乙醇，搅拌均匀，即可获得磷源。
25.进一步的，一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺：步骤s2、磷预扩散：将上述配制的磷源与氧化铝按质量体积比0.005-0.015g/ml进行混合，形成用于磷预扩散的涂磷液；然后将所述的涂磷液涂覆于制绒后的硅片上，然后置于扩散炉中在1230-1240℃下进行2-5小时的扩散，在所述硅片的一面形成磷结。
26.具体的，在步骤s2中所述涂磷液在硅片上的涂覆量为：每50ml的涂磷液涂覆3寸硅片450-500片，或者每50ml的涂磷液涂覆4寸硅片200-250片。
27.进一步的，一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺：步骤s3、磷/硼一次全扩散：对经过磷预扩散后的所述硅片进行磷/硼一次全扩散，其扩散过程为：在所述硅片上形成有磷结的一面叠加磷纸，在另一面叠加硼纸，然后在扩散炉中1260-1270℃下进行30-35小时的一次全扩散，经高温扩散后，得到增厚的磷结和硼结；其中：所述的磷纸为p75磷纸，所述的硼纸为b40硼纸；增厚的磷结和硼结的厚度分别为80
±
5μm和130
±
10μm。
28.进一步的，一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺：步骤s4、一次光刻：在所述硅片的硼面上涂布负光刻胶，然后在90-110℃下烘烤1-3分钟，进行一次光刻硼面，形成深度170-190μm的沟槽。
29.进一步的，一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺：步骤s5、sipos沉积：沉积sipos膜层的厚度为0.5-1.5μm。具体的，沉积工艺流程为：氯化氢吹扫40分钟
‑‑
sipos沉积90分钟(硅烷210sccm，一氧化氮60sccm)
‑‑
800℃/30分钟致密化
‑‑
mto沉积(硅烷100sccm，一氧化氮270sccm)。
30.进一步的，一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺：步骤s6、电泳玻璃：对sipos沉积完成的硅片进行电泳，然后在800-830℃下烧结15-25分钟，在所述沟槽中以及沟槽边沿处，形成厚度不超过35μm且具有钝化保护作用的电泳玻璃；(在所述沟槽中以及沟槽边沿处形成电泳玻璃层，意思是在沟槽中覆盖一层电泳玻璃层和在沟槽与硅片台面交界处形成有局部的电泳玻璃，通过该处的电泳玻璃进行包括)；
31.其中：电泳条件为：将玻璃粉与丙酮混合形成电泳液，将硅片置于装有所述电泳液的电泳设备内，在电压150-180v的条件下电泳80-100秒。
32.具体的，在步骤s6中选用的玻璃粉的型号为gp-200w020，并且所述玻璃粉与所述丙酮的质量体积比为7-8g/l。
33.进一步的，一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺：步骤s7、一次刀刮玻璃：在完成电泳玻璃的硅片上滴玻璃浆，然后用刮刀将所述玻璃浆轻柔刮涂到所述沟槽中，待玻璃浆沉淀6-12分钟，然后在800-850℃下烧结10-20分钟，形成刀刮玻璃层，在电泳玻璃上覆盖一层刀刮玻璃层，以增加沟槽中玻璃的厚度。
34.进一步的，一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺：步骤s9、lto沉积：中沉积lto的厚度为0.1-0.5μm。
35.进一步的，一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺：步骤s11、表面金属化：对所述硅片的两面进行化学镀镍处理(金属化处理)，然后进行激光切割，获得新型高压玻璃保护芯片。
36.本发明提供的一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺，在沟槽内沉积sipos膜厚，利用电泳方法上玻璃浆，将沟槽结构用玻璃完全保护。本发明的工艺改变传统的刀刮玻璃方法，由原来的刀刮法上玻璃浆，改为电泳法 多次刀刮法上玻璃，从而可以把沟槽内完全保护，保证1600-2000v高压产品电压得到保障，减轻划片和裂片难度，同时可靠性及稳定性得到提高。
37.本发明的有益效果：
38.(1)本发明所选用的硅片厚度较厚，且腐蚀深，p结深，本发明的工艺在sipos膜层和lto氧化硅膜层外先增加了电泳玻璃层，电泳玻璃层的好处是能够全面包裹结区到硅片的台面上，有电性保证；缺点是电泳玻璃的厚度有限制，不能无限厚，因电场限制电泳玻璃一般只能做到35微米厚，因此在本发明的工艺中还增加了刀刮玻璃钝化层，这个能增加约60微米厚度，能将沟槽进一步填充，利于改善漏电情况，增加硬特性。本发明的工艺是先电泳玻璃包裹再多次刀刮玻璃填充，这样使得沟槽中和沟槽边沿处的玻璃都比较充分，实现较好的钝化保护效果。
39.(2)在本发明的工艺中采用了一次刀刮玻璃
→
抽真空
→
二次刀刮玻璃的工艺，能够使产品反向电压比较稳定，电压硬实，可靠性好。在本发明的工艺中还进行抽真空压实处理，这样的好处是能够将沟槽中填充的刀刮玻璃层压实紧密，总体提升钝化保护效果。
40.(3)本发明工艺中采用电泳玻璃工艺在沟槽和台面形成厚度不超过35μm且具有钝
化保护作的电泳玻璃，形成的电泳玻璃层能够保护台面和尖角，减少电性漏电ir变大；若电泳玻璃层过厚了在后期划片裂片操作时会崩角，在半导体管封装筛芯时容易划伤碰撞掉落。通过刀刮玻璃工艺使沟槽里的玻璃厚度较厚，能够保护好pn结，提高产品可靠性，在高温热测150度，1500v，500小时以上极限试验时仍能保证稳定的电性。
41.(4)在本发明的新型高压玻璃保护芯片制程工艺中，通过将传统工艺磷、硼二次扩散工艺合并为磷/硼同步一次扩散工艺，使得工艺流程简单，成本低，生产周期短，良品率高；本发明开发的扩散工艺尤其适于在生产gpp芯片的硅片扩散过程中使用，其能够增加pn结的深度，进一步提高扩散硅片的性能。
42.(5)在本发明的新型高压玻璃保护芯片制程工艺中，其扩散工艺分为两步，将低磷和高磷分开，该工艺先是涂磷源(液体)，这个可以控制磷的浓度，目的是先进行低磷浓度的预扩散，然后二次磷扩散时再增加的是高浓度的磷源(磷纸)，这样可以使得深处的磷结是低磷，在表面的是高磷；深处结区的低磷有利于电性好，vf(正向电压会小一些)。这产品，反向电压vb越高越好,正向电压vf越小越好。
具体实施方式
43.下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.实施例1
45.一种新型高压玻璃保护芯片制程工艺，包括如下具体步骤：
46.s1、配制磷源：所述的磷源由300ml去离子水、120g磷酸二氢铵和30ml无水乙醇组成；其中：所述磷源的配制过程为：(1)首先，将300ml去离子水水浴加热至70℃，然后将去离子水与120g的磷酸二氢铵搅拌混合，形成混合溶液；(2)再向上述混合溶液中加入30ml的无水乙醇，搅拌均匀，即可获得所述磷源；
47.s2、磷预扩散：取上述步骤s1中配制的磷源50ml，将其再与0.5g的氧化铝(al2o3粉)混合，形成用于磷扩散的涂磷液；然后将所述的涂磷液涂覆于制绒后的硅片上，然后置于扩散炉中在1230℃下高温扩散3小时，以达到在所述硅片的一面形成磷结的目的；在该步骤中：控制涂磷液的涂覆量为：每50ml的涂磷液涂覆3寸硅片500片，或50ml的涂磷液涂覆4寸硅片250片；本发明中采用的硅片厚度为320-350μm；
48.s3、磷/硼一次全扩散：对经过步骤s2磷预扩散后的所述硅片进行磷/硼一次全扩散，其扩散过程为：在所述硅片上形成有磷结的一面叠加p75磷纸，在另一面叠加b40硼纸，然后在扩散炉中进行一次全扩散，经1260℃高温扩散30小时后，得到增厚的磷结和硼结(其中磷结厚80μm、硼结130μm)；
49.s4、一次光刻硼面：在所述硅片的硼面上涂布负光刻胶，然后在100℃下烘烤1分钟，进行一次光刻硼面，形成深度185μm的沟槽；
50.s5、sipos沉积：将所述硅片置于sipos沉积的专用设备中进行sipos沉积，在所述硅片的正面、背面以及所述沟槽中沉积厚度1.0μm的sipos膜层；
51.s6、电泳玻璃：对sipos沉积完成的硅片进行电泳，然后在820℃下烧结25分钟，在所述沟槽中以及沟槽边沿处的硅片台面上，形成厚度约35μm且具有钝化保护作用的电泳玻璃层；其中：电泳条件为：将60.0g的玻璃粉(玻璃粉型号gp-200w020)与8l的丙酮混合形成电泳液，将硅片置于装有所述电泳液的电泳设备内，在电压160v的条件下电泳90秒；
52.s7、一次刀刮玻璃：在完成电泳玻璃的硅片上滴玻璃浆，然后用刮刀将所述玻璃浆轻柔刮涂到所述沟槽中，待玻璃浆沉淀10分钟，然后在820℃下烧结15分钟，形成刀刮玻璃层，在电泳玻璃上覆盖一层刀刮玻璃层，以增加沟槽中玻璃的厚度；
53.s8、二次刀刮玻璃：对经过步骤s7的硅片进行抽真空处理，利用负压压实所述沟槽中的刀刮玻璃层；然后继续在硅片上滴玻璃浆，然后再用刮刀将所述玻璃浆轻柔刮涂到所述沟槽中，待玻璃浆沉淀10分钟，然后在820℃下烧结15分钟，继续形成刀刮玻璃层，以进一步增加沟槽中玻璃的厚度(厚度增加约60微米)；
54.s9、lto沉积：将所述硅片置于lto沉积用设备中进行lto沉积，在所述硅片的正面、背面以及沟槽中沉积厚度0.3μm的lto膜层；
55.s10、二次光刻：利用光刻工艺去除沟槽区域以外部分沉积的sipos膜层和lto膜层；
56.s11、表面金属化：对所述硅片的两面进行化学镀镍(金属化)处理，然后激光切割，获得新型高压玻璃保护芯片。
57.对上述实施例1得到的新型高压玻璃保护芯片进行性能测试，其测试结果和测试条件参见下表：
[0058] 测试结果测试条件反向击穿电压vb＞2050vvr2050(v)/ir 1.5(μa)正向压降vf＜1.08vvf1.08(v)/if 1(a)常温漏电ir＜1.5μavr2050(v)/ir 1.5(μa)硬特性＜30vr250(v)/ir 1(μa)反向恢复时间trr1400-2500ns 结电容cj3.8-5.2pfvr(v)/ir(μa)高温反偏漏电10-59μa800v 150
°
4h正向浪涌ifrm＞32a [0059]
上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。