[实用新型]一种基于反挖槽工艺的双台阶快恢复二极管芯片

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体领域，具体涉及一种基于反挖槽工艺的双台阶快恢 复二极管芯片。

背景技术

快恢复二极管(简称FRD)是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的 半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中， 作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。快恢复二极管的内部结 构与普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型 硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。因基区很薄，反向恢复电荷很小，所 以快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压(耐压值) 较高。

快恢复二极管用于高频整流二极管时，其中的整流芯片由于其结构与工艺的 特殊性，有其结构上的优点与不足，目前的整流芯片结构从上向下依次是P型 扩散层、I型层和N型扩散层，从P型扩散层上用化学腐蚀法向单晶硅片内部开 槽，槽宽约300微米，槽深约140微米，槽中填入玻璃料粉，在高温条件下与 槽周面烧融在一起，固态玻璃对断裂的PN结产生钝化与保护的作用。这种产品 所加反向电压的极性是上P面加负电压、下N面加正电压的，产品在加反向电 压时，产品边缘呈现负角造型形状。这种结构造型的优点是，对开槽深度要求 不严，但凡深度能超过PIN结的界面后，产品都能承受反向电压，目前PIN结 深度从P面起算，多在100微米左右，开槽深度很容易达到；随着反向电压的 升高，等势线将上翘，耐压的耗尽区在N型基区的边缘扩展不大，产品的成品 率高。缺点是，产品的负角结构致使等势线在边缘密集，能承受的反向耐压不 高，目前国产的整流芯片很难超过1600伏水平。还有缺点是反向电压上负下正 的单一性，使后道客户的组装发生困难。另外，产品的N型面的面积大，客户 都将此面焊在散热装置上，导热效果好，而P面的面积小，用来与引线、导电 排等连接较妥，如因电极性需要，强行将整流芯片倒置焊接，不但会出现导热 效果差的问题，而且会出现二电极之间短路、击穿、跳火等事故。众所周知， 国内螺栓式整流管的电极性规定为管座为正极(应接芯片的P面)、引线为负(应 接芯片的N面)，就难以使用整流芯片组装；大量的汽车整流元器件，要求供应 电极性不同的整流芯片各占一半，形成了目前整流芯片推广应用中的市场盲区。

另外，现有的台面型整流芯片主要有两种结构，一种是单挖槽台面结构， 如附图2所示，该种结构相邻两芯片间有一槽型沟道2-1，沟道的侧壁以及底部 设有玻璃钝化层2-2；另一种是双挖槽台面结构，如图3所示，该种结构相邻两 芯片间有两槽型沟道3-1，两槽型沟道3-1间有一与芯片中间的台面3-2等高的 切割道3-3，槽型沟道3-1的侧壁以及底部设有玻璃钝化层3-4。

分割芯片时，对于第一种结构的芯片首先从槽型沟道底部对玻璃层和以下 的硅层进行穿通切割，由于玻璃比硅的硬度高的多且二者均属脆性材料，切割 过程会在边缘处的玻璃上产生不可避免的横向裂纹，有的裂纹会延伸到PIN结 表面影响芯片的电特性和可靠性。为了减少芯片边缘的裂纹以及崩边崩角，切 割速度很慢，效率很低。对于第二种结构的芯片则从切割道上进行穿通切割， 该种方式不切割玻璃，不会造成玻璃裂纹、崩边崩角，而且切速很高，大大增 加了切割效率。但形成了这样的结构：芯片的上表面的四周边缘为负极、中间 台面的上表面为正极。这种结构带来的缺陷是：在制造过程中极易造成正负两 极短路，这样会给后续的装配带来困难。

实用新型内容

根据以上现有技术的不足，本实用新型提供一种基于反挖槽工艺的双台阶 快恢复二极管芯片，其电极性与常规的整流芯片相反，反向耐压能够高于2000 伏特，同时，既能保证芯片的电性能，又可以防止芯片短路，提高了芯片的耐 压性和可靠性。

本实用新型所述的一种基于反挖槽工艺的双台阶整流芯片，其特征在于： 包括硅基片，其中，该硅基片从上往下依次包括N型扩散层、I型层和P型扩散 层，所述硅基片的上表面上开设有挖槽，挖槽将硅基片上表面划分为位于芯片 中间的凸台，以及位于芯片边缘的两侧台阶，其中台阶的上表面低于凸台的上 表面，PIN结暴露在挖槽的侧壁上，挖槽的底部和侧壁上均覆盖有玻璃钝化层。

其中，优选方案如下：