專利名稱：一種耐高溫平面結構型超高壓二極管芯片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超高壓二極管芯片，尤其涉及一種新的平面結構超高壓二極管芯片。
背景技術：
目前用于超高壓二極管芯片大多數采用臺面型結構設計和工藝制程的芯片，在長期應用中存在以下主要問題
①耐高溫性能較差，只能在Tj=125°C環(huán)境下工作，反向電流快速升高極易失效。這是臺面結構固有缺點。②耐高反壓性能差，芯片在測試過程中，在產生較高反向擊穿電壓時，臺面周圍均有電弧產生，發(fā)生打火現象。這是臺面結構設計產生體外擊穿固有的缺陷。③容易燒壞芯片，無法測試分檔。盡管在封裝中采用涂覆有機硅膠和環(huán)氧樹脂類保護，但是實際上空氣隙無法解決。這是臺面結構設計產生體外擊穿固有的缺陷。④在工藝上，一般臺面型的擴散工藝采用磷硼紙源擴散，晶片PN結結深不均勻，表面有腐蝕坑。晶片有彎曲現象，應力較大，最終導致晶片電特性失效的比例較高。特別在較大芯片面積(大于160mil)比較突出。鑒于以上三點，其正向和反向浪涌能力(即
，t)較差。在應用時易產生工作失效，可靠性較差。at at為了解決以上問題，當前國外發(fā)展了平面結構型高壓二極管，價格較高，技術處于嚴格保密狀態(tài)，且國內尚未見供貨。
發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術中存在的問題，提供了一種耐溫性能高，正反向浪涌能力有較大提升的耐高溫平面結構型超高壓二極管芯片。本發(fā)明的技術方案是所述芯片本體呈薄片狀,芯片本體上部設有主結和頂面電極，芯片本體下部設有襯底和底面電極，在所述主結外圈還設有3-5圈場限環(huán)；在最外圈場限環(huán)的外部還設有一圈截止環(huán)；
所述至少兩圈場限環(huán)的頂面高度與所述主結頂面高度一致，所述至少兩圈場限環(huán)的深度與所述主結的深度一致；
所述截止環(huán)的頂面高度與所述主結的頂面高度一致；
各所述場限環(huán)的寬度不等。各所述場限環(huán)之間的間隙寬度不等。在所述截止環(huán)頂面邊緣向內1/5-1/2的頂面寬度尺寸為起點至所述主結頂面邊緣向內1/50-1/20的頂面直徑尺寸為終點的范圍內設有組合鈍化保護層；所述組合鈍化保護層覆蓋所述截止環(huán)頂面起點內的部分、最外圈場限環(huán)至截止環(huán)之間的間隙、各場限環(huán)頂面、各場限環(huán)之間的間隙、最內圈場限環(huán)至主結外圓之間的間隙以及所述主結終點外的部分。所述組合鈍化保護層由內及表包括半絕緣多晶硅薄膜層、鈍化玻璃層和二氧化硅膜層。本發(fā)明在芯片頂部主結(P+區(qū))外圈設置多道場限環(huán)(P+型)能夠大大提高產品的電壓等級。在常規(guī)產品中，為增加電壓，設置多道場限環(huán)的手段是能夠滿足使用要求的，但是在薄型芯片的使用中，由于寬高比系數較大，因此極易在芯片邊緣產生電場；加之如在高溫工資環(huán)境(Tj=175°C)中使用，在芯片側邊上、下角之間產生電弧，進而發(fā)生短路的可能性就更大，會在極短時間內導致器件失效。本發(fā)明在芯片本體(N型晶片，N-區(qū))頂部最外圈設置截止環(huán)(N+型)后，能夠有效防止電荷擴展到頂部邊角，這樣就能避免發(fā)生短路。本發(fā)明既實現了產品的增壓，又能避免電場擴展。本發(fā)明大大提升了產品的高溫性能，達到Tj=175°C 不失效，正反向浪涌能力有較大提升。本發(fā)明的芯片通常被封裝在三相、單項整流橋和各種混合模型中，被廣泛應用在有超高反向瞬時峰值沖擊電壓的電路、電焊機、固體繼電器、高壓電力電源和耐高溫環(huán)境的模塊、
混合模塊集成的電路等領域，作為關鍵性組合件使用。產品性能與當前國際上知名公司同類產品相媲美；能實現電路微小化，會產生巨大的經濟和社會效益。
圖I是本發(fā)明的結構示意圖，
圖2是圖I的俯視圖，
圖3是圖I中K處局部放大 圖中I是頂面電極，2是主結，3是襯底，4是底面電極，5是組合鈍化保護層，51是半絕緣多晶硅薄膜層，52是鈍化玻璃層，53是二氧化硅膜層，6是場限環(huán)，60是場限環(huán)之間間隙，61是最外圈場限環(huán)至截止環(huán)之間的間隙，62是最內圈場限環(huán)至主結外圓之間的間隙，7是截止環(huán)，8是環(huán)形電極，9是芯片本體，10是電荷運動方向。
具體實施例方式本發(fā)明如圖1-3所示所述芯片本體(N-區(qū))9呈薄片狀，芯片本體9上部設有主結(P+區(qū))2和頂面電極1，芯片本體9下部設有襯底(N+區(qū))3和底面電極4，在所述主結2外圈還設有至少兩圈場限環(huán)(P+型)6 ;在最外圈場限環(huán)6的外部還設有一圈截止環(huán)(N+型)7 ；
所述至少兩圈場限環(huán)6的頂面高度與所述主結2頂面高度一致，所述至少兩圈場限環(huán)6的深度與所述主結2的深度一致；
所述截止環(huán)7的頂面高度與所述主結2的頂面高度一致。所述截止環(huán)7處于所述芯片本體9的頂面邊緣、且其軸向截面呈L形，截止環(huán)7截面高度為所述主結2深度的I. 2-2. 5倍。
在所述L形截止環(huán)的內直角缺口內還設有一圈環(huán)形電極8，所述環(huán)形電極8截面尺寸小于所述內直角缺口的尺寸。L型截止環(huán)具有較大的橫向面積，其上的金屬NI、AU材質的環(huán)形電極8起短路環(huán)作用，具有更強的截止特性。所述場限環(huán)6為3-5圈。所述各圈場限環(huán)6的寬度不等。所述各圈場限環(huán)之間的 間隙60寬度不等；由內而外遞增。增壓效果比等距更好。但今后可能通過該間隙60對產品的增壓等級、能力進行控制，故本案不限于逐圈遞增或遞減。在所述截止環(huán)7頂面邊緣向內1/5-1/2的頂面寬度尺寸為起點至所述主結2頂面邊緣向內1/50-1/20的頂面直徑尺寸為終點的范圍內設有組合鈍化保護層5 ;所述組合鈍化保護層5覆蓋所述截止環(huán)7頂面起點內的部分、最外圈場限環(huán)至截止環(huán)之間的間隙61、各場限環(huán)6頂面、各場限環(huán)之間的間隙60、最內圈場限環(huán)至主結外圓之間的間隙62以及所述主結2終點外的部分。所述組合鈍化保護層5由內及表包括半絕緣多晶硅薄膜層51、鈍化玻璃層52和二氧化硅膜層53。構成SOGO多層鈍化膜保護(SOGO為SIPOS +GLASS+SI02)。之所以設置這三層結構，原因是一是、緊密貼合芯片頂部工作面的半絕緣多晶硅薄膜層51能提高耐壓能力、對產品產生的應力較小，但其質地較疏松，“隔絕”效果不佳；二是、為增加“隔絕”效果，在其上復合一層鈍化玻璃層52,該層直接貼合芯片頂部工作面會產生較大應力，因此將其設置在中間層，在半絕緣多晶硅薄膜層51外形成“隔絕”效果；三是、在裝配芯片焊接時，焊料極易粘黏到頂部，因此在鈍化玻璃層52上再設置一層二氧化硅膜層53，能有效避免高溫焊料損傷保護層。下面進一步說明本發(fā)明
A、N+截止環(huán)設計Xjn>P+場限環(huán)XjP+，且N+截止環(huán)慘雜濃度N+>P+場限環(huán)慘雜濃度。在高壓電場作用下，更容易達到電場空間擴展緣電位到零狀態(tài)，實現應用電路中瞬時反向超高峰值電壓下，體內擊穿狀態(tài)且具有承受較大的反向功率能力。N+截止環(huán)設計由芯片表面下移至溝槽內；N+截止環(huán)具有較大的橫向面積，其上有金屬NI、AU短路環(huán)，具有更強的截止特性。B、P++P-場限環(huán)設計根據電特性選擇晶片材料P，確定主結Xj (P)，確定場限環(huán)
R — 1
幾何尺寸和其相對位置，使之滿足習(妁-'Xm=R-IXj(P) ° R為掩膜板上主
結(基區(qū))與場限環(huán)間距離。Xm對應主結與場限環(huán)結在穿通時耗盡層寬度。選擇具有幾何尺寸環(huán)的個數，原則上采用非等間距較好，主結一般承受擊穿電壓值的60%，環(huán)結承受40%，單環(huán)〈200V，2個環(huán)300V-500V，3個環(huán)500V-1000V。從而達到體內擊穿最佳值。C、主結(基區(qū))設計根據電特性要求，采用P/N結緩變結設計選擇適當的Xj(P+)和Xj (P-)及其對應的慘雜濃度。采用一種摻雜元素硼，控制其雜質總量Q，分段擴散的工藝方法。D、PN結、場限環(huán)、N+截止環(huán)表面保護技術應用目前國內外比較先進的臺面結構型芯片保護技術，即SOGO多層鈍化膜(可以更優(yōu)化為SIP0S+SI02+GLASS+SI02)用于本發(fā)明，作為平面結構保護，在工藝上有創(chuàng)新，能獲得較小的反向漏電流和較好的擊穿電壓波形。根據試驗本發(fā)明的性能特點如下
I)反向擊穿電壓可達到1600V-2200V以上不產生表面擊穿而發(fā)生電弧燒壞芯片導致工作失效，大幅度提高了工作的可靠性。由于本發(fā)明專利芯片平面結構模型設計的特點，可以有效實現了高的擊穿電壓下，擊穿產生在芯片體內，使得電場很快降到零位。2)瞬時峰值電壓可達到6000V以上。在實際應用電路中釋放大于數倍的反向擊穿瞬時峰值電壓，不會燒壞芯片。是普通場板、場限環(huán)等平面結構型高壓二極管芯片難以達到的。其抗靜電能力達6000V，目前其他同類產品只能達到3000V。 3)工作結溫Tj=175°C，高溫漏電流在150°C和高壓1400V下，小于1MA。 由于平面工藝結構設計特點，抗高溫能力T j=175 °C,而臺面工藝結構設計Tj=125°C。對這兩種芯片結構進行比較，芯片的實際承受的電流密度提高了 15-20%，從而有效的降低了芯片制造成本，即每個圓晶片芯片數量提高了 15%以上。4) VF ( I. IOV VF的減小，降低了芯片上的功耗和產品的殼溫。5)正向電流IF (AV) =25_200A以上，滿足各種模塊封裝需求。6 ) IFSM (正向浪涌電流)彡 300A-600A.
7)反向浪涌特性反向功率耐量彡100W。在VBRM下，IFSM ^ 50mA,無電弧，不失效。以上各種性能指標均能達到國內外同類產品水平，部分參數超過國內外同類產品水平。
權利要求
1.一種耐高溫平面結構型超高壓二極管芯片，所述芯片本體呈薄片狀，芯片本體上部設有主結和頂面電極，芯片本體下部設有襯底和底面電極，在所述主結外圈還設有3-5圈場限環(huán)；在最外圈場限環(huán)的外部還設有一圈截止環(huán)； 所述至少兩圈場限環(huán)的頂面高度與所述主結頂面高度一致，所述至少兩圈場限環(huán)的深度與所述主結的深度一致； 所述截止環(huán)的頂面高度與所述主結的頂面高度一致； 其特征在于，各所述場限環(huán)的寬度不等。
2.根據權利要求I所述的一種耐高溫平面結構型超高壓二極管芯片，其特征在于，各所述場限環(huán)之間的間隙寬度不等。
3.根據權利要求1-2中任一所述的一種耐高溫平面結構型超高壓二極管芯片，其特征在于，在所述截止環(huán)頂面邊緣向內1/5-1/2的頂面寬度尺寸為起點至所述主結頂面邊緣向內1/50-1/20的頂面直徑尺寸為終點的范圍內設有組合鈍化保護層；所述組合鈍化保護層覆蓋所述截止環(huán)頂面起點內的部分、最外圈場限環(huán)至截止環(huán)之間的間隙、各場限環(huán)頂面、各場限環(huán)之間的間隙、最內圈場限環(huán)至主結外圓之間的間隙以及所述主結終點外的部分。
4.根據權利要求3所述的一種耐高溫平面結構型超高壓二極管芯片，其特征在于，所述組合鈍化保護層由內及表包括半絕緣多晶硅薄膜層、鈍化玻璃層和二氧化硅膜層。
全文摘要
一種耐高溫平面結構型超高壓二極管芯片。提供了一種耐溫性能高，正反向浪涌能力有較大提升的耐高溫平面結構型超高壓二極管芯片。所述芯片本體呈薄片狀，芯片本體上部設有主結和頂面電極，芯片本體下部設有襯底和底面電極，在所述主結外圈還設有3-5圈場限環(huán)；在最外圈場限環(huán)的外部還設有一圈截止環(huán)；所述至少兩圈場限環(huán)的頂面高度與所述主結頂面高度一致，所述至少兩圈場限環(huán)的深度與所述主結的深度一致；所述截止環(huán)的頂面高度與所述主結的頂面高度一致；各所述場限環(huán)的寬度不等。本發(fā)明大大提升了產品的高溫性能，達到Tj=175℃不失效，正反向浪涌能力有較大提升。
文檔編號H01L29/06GK102956685SQ201210437350
公開日2013年3月6日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權日2011年10月19日
發(fā)明者裘立強, 汪良恩, 謝盛達, 葛宜威 申請人:揚州杰利半導體有限公司