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一种电力 半导体芯片 电极制作方法

阅读：269发布：2022-03-07

专利汇可以提供一种电力半导体芯片电极制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种电力半导体芯片电极制作方法，其特征包括：使用扩散掺杂和表面沉积金属层后的晶圆，并对该晶圆上设计分布的芯片门极环区域金属层采用激光进行扫描烧熔，烧熔深度为所述金属层厚度的20-60%，再按常规分割芯片和在芯片阳极和阴极焊上极片，门极焊上焊料；然后用常规腐蚀工艺去除门极环残余金属层，使阴极与门极分离。其具有制作工艺简单，化学试剂使用少等显著优点。，下面是一种电力半导体芯片电极制作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电力半导体芯片电极制作方法，其特征包括以下制作步骤：
（1）使用已扩散掺杂和表面沉积可焊金属层后的晶圆；
（2）对所述晶圆上设计分布的芯片门极环区域金属层，采用激光进行扫描烧熔，该烧熔深度为所述金属层厚度20-60%；
（3）按常规分割芯片；
（4）在芯片阳极和阴极分别焊上极片，门极焊上焊料；
（5）用常规腐蚀工艺去除芯片门极环区域残余金属层，使阴极与门极分离。
2.根据权利要求1所述的一种电力半导体芯片电极的制作方法，其特征包括以下制作步骤：
（1）选用已扩散掺杂和表面沉积可焊金属层后的晶圆；
（2）对所述晶圆上设计分布的芯片门极环区域金属层，采用激光进行扫描烧熔，该烧熔深度为所述金属层厚度的50%；
（3）按常规分割芯片；
（4）在芯片阳极和阴极分别焊上钼片，门极焊上铅锡合金焊料；
（5）用常规腐蚀工艺去除芯片门极环区域残余金属层，使阴极与门极分离。

说明书全文

一种电力 半导体芯片 电极制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电力半导体芯片电极制作方法，其可替代现有技术的光刻制作方法，具体应用于晶圆表面金属化后其门极与阴极的分离制作。

背景技术

[0002] 电极制作是电力半导体芯片（晶闸管芯片）制作过程中的一个关键工艺，它关系到芯片能否顺利应用于电路之中发挥其功能，其目的是使硅基的电力半导体芯片电极能与电路方便地联接。一般来说，电力半导体芯片的电极有焊接式和压接式两种，焊接式是在完成扩散掺杂加工后的晶圆两表面镀上或者蒸发沉积上可焊接的金属层后，再通过高温合金形成电极；压接式是采用电子束蒸发台，在高真空环境下蒸发在上述晶圆表面而沉积高纯铝或者其他金属，高温键合后形成电极，与外电路是通过一定压力联接导电。由于电力半导体芯片（晶闸管芯片）阴极与门极是在同一平面，在制作过程中一同镀上或者蒸发沉积金属层后，需要通过一定的方法将一定形状的门极与阴极分离开来。现在常规和普遍使用的是光刻制作法，即先在晶圆扩散掺杂加工后的表面金属层上涂光刻胶，并通过曝光、显影去除门极环的胶，然后用腐蚀液去除该门极环区域的金属层，再去除所述光刻胶并洗净烘干，这样就按设计图形形成了与阴极分离的金属门极，最后去除阴极和门极金属层上面的光刻胶后，搪上或者烧结上可焊接的铅锡合金焊料，其制作流程如图1至图6所示。上述光刻法制作电力半导体芯片电极，其工艺比较复杂，需要涂胶、烘胶、曝光、显影、定影、坚膜、腐蚀、去胶、清洗、烘干等多种工序，生产周期长，还要求有曝光机、光刻版等，费用较大，而且工艺流程技术要求高，容易引起质量波动。此外，在加工过程中，使用光刻胶、显影液、漂洗剂等化学试剂种类较多，对环境污染大。

发明内容

[0003] 本发明主要为了解决上述电力半导体芯片电极制作中存在的工艺复杂，使用化学试剂多等技术问题，新提供一种制作工艺大大简化，化学试剂使用大量减少的电力半导体芯片电极制作方法。

[0004] 本发明所述的一种电力半导体芯片电极制作方法，其特征包括以下制作步骤：（1）使用已扩散掺杂和表面沉积可焊金属层后的晶圆；
（2）对所述晶圆上设计分布的芯片门极环区域金属层，采用激光进行扫描烧熔，该烧熔深度为所述金属层厚度的20-60%；
（3）按常规分割芯片；
（4）按常规在芯片阳极和阴极分别焊上极片，门极焊上焊料；
（5）用常规腐蚀工艺去除芯片门极环区域残余金属层，使阴极与门极分离。

[0005] 优选的，一种电力半导体芯片电极制作方法，其特征包括以下制作步骤：（1）使用已扩散掺杂和表面沉积可焊金属层后的晶圆；
（2）对所述晶圆上设计分布的芯片门极环区域金属层，采用激光进行扫描烧熔，该烧熔深度为所述金属层厚度的50%；
（3）按常规分割芯片；
（4）按常规在芯片阳极和阴极分别焊上钼片，门极焊上铅锡合金焊料；
（5）用常规腐蚀工艺去除芯片门极环区域残余金属层，使阴极与门极分离。

[0006] 本发明的有益技术效果是：通过采用激光烧熔新技术，克服了现有技术光刻制作法存在的问题，使得本发明具有制作工艺简单，化学试剂使用少等显著优点。附图说明

[0007] 图1为光刻法晶圆表面沉积可焊金属层后的截面结构示意图。

[0008] 图2为光刻法晶圆阴极面涂光刻胶后的截面结构示意图。

[0009] 图3为光刻法晶圆光刻显影后的截面结构示意图。

[0010] 图4为光刻法晶圆腐蚀金属层后的截面结构示意图。

[0011] 图5为光刻法晶圆去光刻胶后的截面结构示意图。

[0012] 图6为光刻法芯片焊上极片后的截面结构示意图。

[0013] 图7为本发明晶圆表面沉积可焊金属层后的截面结构示意图。

[0014] 图8为本发明激光扫描门极环后的截面结构示意图。

[0015] 图9为图8的俯视结构示意图。

[0016] 图10为本发明分割后的芯片焊上极片后的截面结构示意图。

[0017] 图11为图10的俯视结构示意图。

[0018] 图12为本发明芯片腐蚀后的截面结构示意图。

具体实施方式

[0019] 附图标记说明：晶圆1、金属层（2、20）、极片（3、30）、门极4、门极环40、光刻胶5。

[0020] 如图7至图12所示，一种电力半导体芯片电极制作方法，包括以下制作步骤：（1）使用已扩散掺杂和表面已沉积可焊金属层（2、20）后的晶圆1；所述可焊金属层（2、
20）材料为镍，金属层厚度为0.4-0.6微米；
（2）对晶圆1上设计分布的门极环40区域的可焊金属层2，采用激光进行扫描烧熔，该烧熔深度为所述金属层厚度20-60%；激光设备可采用上海微世公司生产的的MSW-LMF20W视觉定位激光机，使用该激光机对晶圆1按设计图形进行精准定位，将激光机加工功率调节在
20%-80%，通过激光对晶圆阴极面上的芯片门极环区域金属层进行扫描烧溶氧化，使之失去可焊性；
（3）按常规分割芯片；
（4）按常规通过搪铅或烧结工艺，在阳极和阴极面上分别焊接上极片（30、3），门极4焊上铅锡合金焊料；所述阳极和阴极面上焊接的极片材料为钼片；所述铅锡合金焊料的铅锡比为95：5；
（4）用常规腐蚀工艺去除芯片门极环4区域残余金属层，使阴极与门极分离，具体可用硝酸：氢氟酸：冰乙酸依次按8：4：1比例，或8：4.4：1比例混合成的腐蚀液，在常温条件下腐蚀30-90秒，去除门极环4未烧熔的残余金属层。

[0021] 本发明所述分割芯片，是指将设计分布在晶圆上的若干芯片一一分割为单个芯片。本发明所述门极环区域是指芯片门极与阴极之间的环形区域，该环形区域使阴极与门极分离。

[0022] 本发明所述烧熔深度可以为金属层厚度的20-60%，最佳烧熔深度为金属层厚度的50%，这样，在激光扫描烧熔时保留一定厚度金属层不烧熔，可以使晶圆基片免受激光高温直接损害，有效保护芯片制作质量，特别是烧熔深度为金属层厚度的50%时效率最高，质量最稳定。

[0023] 本发明特别适用于焊接式电极制作。其工艺流程如图7至图12所示。其中本发明附图晶圆上所示的芯片分布及数量仅用于原理说明。

[0024] 本发明采用激光对芯片门极环区域上的金属层进行环形精准扫描和烧溶氧化，还具有加工精度高，制作成的芯片质量一致性好，可靠性强等优点。

[0025] 应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

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