[发明专利]全切面结玻璃钝化的硅半导体二极管芯片及其制造方法

说明书

本发明涉及一种硅半导体二极管芯片及其制造方法。尤其涉及一种具有P-N结全切面玻璃护封的硅半导体整流二极管芯片及其制造方法。这种P-N结全切面护封硅半导体二极管芯片使用通过标准扩散工艺制成的整流二极管硅圆片，经切割成为单独的二极管芯片，对切割面进行化学蚀磨和氧化处理后，附着钝化玻璃护封剂，并烧成玻璃护封膜而制成。

工业界一向采用最经济有效的标准扩散工艺，通过先制成整流二极管圆片的方式来达到制造半导体整流二极管的目的。一般采用的方法是在低浓度杂质的单晶圆片的两面，分别扩散五价元素杂质(如磷，砷等)及三价元素杂质(如硼，铝等)，以制成具P-N结及低表面电阻系数的正、负电极面的圆片。之后在圆片适当表面形成具有欧姆接触的金属膜(如镍，铝等)，用来和电气导接件连接。不同的金属膜分别适用于不同方式的焊接加工，例如镍或镍银、镍金镀膜适用于软焊加工的锡铅类焊材，铝镀膜适用于硬焊方式的铝熔接加工。

将硅圆片依所需整流二极管芯片规格，切割成一定大小及形状的芯片，并对切割面进行化学蚀磨，以除去切割所造成的机械性损伤及污染。在硅晶体表面形成二氧化硅膜，以获得良好的逆向电气特性。对处理完的切割面上的P-N结区域及其附近进行钝化护封，即完成芯片部分的加工。

对二极管芯片P-N结裸露切面的护封，现在主要有三种设计及加工方法：

1.以电气导接件软焊构接完成的半成品进行加工的方式：将二极管圆片切割成芯片，将芯片与电气导接件焊接，成为焊成的半成品，再进行芯片切断面的化学处理以及用树脂型护封剂进行钝化护封。如西屋公司早期开发的圆片电极整流二极管芯片包(Sandwich Cell Construction)、轴向导线塑料铸模封装(AxialLead Plastic Molded Package)等均属于这种方式。这种方式属于较传统的制造方法。

2.玻璃护封型二极管：图1示出了这种玻璃护封型二极管制造方法的流程图。这种设计为美国通用电器公司所开发，并获得了专利。制备完成P-N结扩散的圆片(101)，对圆片作镀膜加工(102)，将镀好铝膜的整流二极管圆片，以喷砂磨切等方式，切成圆锥台形芯片。再用氢氟酸与硝酸为主的混合液，于低温下进行化学蚀磨，并在晶片表面形成二氧化硅膜(103)。经化学处理完成的芯片，与电气导接件进行焊接，制成半成品(104)。如果使用钨或钼等热膨胀系数匹配的材料制成的电极，则以铝膜为焊材，作硬焊连接；而一般使用铜的电气导接件，则可使用铜、银、磷合金焊材，与电极作硬焊连接。之后进行芯片切面的二次化学处理(105)，并涂着钝化玻璃护封剂(106)，再烧结成护封层，即完成玻璃护封型二极管的制作(107)。这种方式是以玻璃作为钝化及护封材料，属于较先进的传统制法。

英国专利GB2101401A也公开了一种玻璃护封型二极管。将电极和清洗过的二极管放置于一个定位部件，如石墨基座部件中，该定位部件具有定位用凹部，可用来放置二极管；将一个玻璃圈套在二极管周围，再用另一个玻璃圈套在外面，使三者形成同心圆；用定位梢定位，盖下顶板；将定位好的二极管组件放入烧结炉，烧结玻璃，完成全切面玻璃护封型二极管的制作。这种制造方法使用一种特定的设备在二极管周边的P-N结全切面施加护封玻璃，因而对设备和工艺的要求较为严格，制造成本较高。

3.沟形P-N结半切面玻璃护封型二极管芯片：图2示出了半切面玻璃护封型二极管芯片的制造方法流程图。如图所示，制备完成P-N型扩散的硅半导体圆片(201)，对圆片作氧化处理后(202)，再以光刻胶涂布圆片(203)。以显影及清洗除去各芯片边缘部分的光刻胶(204)，并对未涂敷有光刻胶的区域进行选择性局部化学刻蚀(205)，形成P面带有沟槽，P-N结面露出，单个芯片处于半切形态的半成品，多个芯片基部仍然相连呈圆片形态，在此半切型圆片的P-N结面裸露部位进行钝化处理及玻璃护封(206)，烧结玻璃(207)，完成芯片半切面的护封加工。最后在电极面镀金属膜(208)并将芯片分离切割(209)，制成玻璃护封整流二极管芯片。这种方式通称玻璃护封片(Glass Passivated Pellet)，简称GPP。因在制作过程中仅在P-N结沟形切面部分施以钝化玻璃护封，故亦可称为“沟形P-N结切面玻璃护封型”芯片。图3表示经GPP法制成芯片的纵切面结构示意图。