一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺制造技术

本发明专利技术提供一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺，其步骤如下：（1）将两片硅抛光晶圆浸入氢氟酸中，去除表面的氧化层。（2）将第一晶圆与第二晶圆在室温下叠置进行对准预键合。（3）将键合腔内部真空度提高至3x10

A Wafer Bonding Process for Manufacturing Diode Chips

The invention provides a wafer bonding process for manufacturing a diode chip, which comprises the following steps: (1) immersing two silicon polished wafers in hydrofluoric acid to remove the oxide layer on the surface. (2) The first wafer and the second wafer are aligned and pre-bonded at room temperature. (3) Increase the vacuum inside the bonding cavity to 3x10

【技术实现步骤摘要】
一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺
本专利技术涉及二极管领域，尤其涉及一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺。
技术介绍
随着信息社会的快速发展，作为信息产业的最基础的半导体器件也相应地朝着高性能、低成本方向发展。其中半导体二极管的市场规模、电性能大幅度提升。无论市场需求，还是器件制造商都迫切期待新的二极管芯片工艺的出现，以满足低成本、高性能的需要。二极管的简化结构是由P型半导体和N型半导体形成的P-N结构成。二极管最普遍的功能就是单向导电性，应用于所有电子电路，根据不同用途分为整流二极管、稳压二极管、开关二极管、限幅二极管等。最初大规模生产始于上个世纪五十年代初，采用扩散工艺形成PN结。扩散工艺的问题是PN结界面浓度梯度过缓，过渡区太大，造成电学性能差。上个世纪六十年代初期，开始发展外延生长工艺制作PN结。外延生长是指在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段。高性能二极管和三极管（MOSFET）都是以外延片为衬底片制作芯片的。经过数十年的发展，外延工艺日渐成熟，但由于掺杂浓度梯度不够陡峭、仍然存在一定厚度的过渡区，并且在后续工艺中杂质再分布等原因，外延工艺仍然不能满足应用要求发展的需要。晶片键合工艺技术用于生产半导体器件始于上个世纪八十年代。所谓晶片键合技术是指将两片平整的晶片，通过表面清洁和表面处理后，经过晶向的对准，或者不经过晶向的对准，在室温下预键合在一起，最后通过高温热处理，使键合界面以化学键的形式，把两个晶片结合在一起的技术。该技术由于工艺复杂、成本高，多用于集成电路、微机械器件或光电器件，从未在普通二极管、三极管芯片制造中运用。近十年来，晶片键合工艺日渐成熟，工艺速度和成品率逐步提高。虽然不能马上运用在价格低廉的普通二极管芯片生产，但高端或特殊用途二极管如果采用晶片键合工艺，PN结界面无过渡区，将会产生极佳的器件性能和更低的制造成本。因此，研发一种新的用于制造二极管芯片的晶片键合工艺是个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决以上技术问题，提供一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺，其步骤如下：（1）将两片硅抛光晶圆（P型和N型各一片，或者为不同结构的外延片）浸入氢氟酸中，去除表面的氧化层；（2）将第一晶圆与第二晶圆在室温下叠置进行对准预键合；（3）将键合腔内部真空度提高至3x10-5Pa；（4）将键合腔内部温度逐渐升高至400--600℃；（5）随后对叠置晶圆施加压力20--100N进行键合2--10分钟；（6）逐渐降低真空度至一个大气压，然后降温至25℃；（7）最后取出键合后的晶圆，工艺完成。进一步的，在步骤一中，所述氢氟酸的浓度为10%；浸泡时间为10--30秒。进一步的，步在步骤四中，键合腔内部温度升速为1--20℃/分钟。进一步的，在步骤六中，以1-20℃/分钟逐渐降温至25℃。将键合后的晶圆进行常规芯片工艺流程、封装工艺流程，即可完成二极管的制作。本专利技术具有的优点和积极效果是：本方法是将特定参数的P型硅片和N型硅片直接键合形成PN结，该PN结由于键合界面浓度梯度曲线绝对陡峭，高于外延片的浓度梯度，PN结界面无过渡区，因此二极管的电学性能优于外延片工艺，可以利用晶片键合工艺制造高性能二极管芯片。附图说明图1是采用本工艺晶圆键合的结构图。1、键合界面；2、第一电极；3、第二电极；4、第一晶圆；5、第二晶圆。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细说明。一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺，其步骤如下：（1）将两片硅抛光晶圆（P型和N型各一片，或者为不同结构的外延片）浸入氢氟酸（浓度为10%；浸泡时间为10--30秒）中，去除表面的氧化层；（2）将第一晶圆与第二晶圆在室温下叠置进行对准预键合；（3）将键合腔内部真空度提高至3x10-5Pa；（4）将键合腔内部温度逐渐升高至400--600℃，升速为1--20℃/分钟；（5）随后对叠置晶圆施加压力20--100N进行键合2--10分钟；（6）逐渐降低真空度至一个大气压，然后降温至25℃，降速为1--20℃/分钟，具体降低真空度需根据设备情况而定；（7）最后取出键合后的晶圆，工艺完成。将键合后的晶圆进行芯片工艺流程、封装工艺流程，即可完成二极管的制作。具体芯片工艺流程、封装工艺流程如下。芯片工艺流程如下：（1）将键合晶圆清洗，烘干。（2）将键合晶圆进行初始氧化，采用LPCVD（低压化学气相沉积），炉管内压力为0.1--5.9托耳；温度300--400℃；气体流量为：10--900立方分米/分钟；时间2--10分钟。（3）将氧化后的键合晶圆进行光刻，光刻精度：2微米条宽即可。（4）采用磁控溅射法金属层生长，真空室压力：1.0--5.0Torr。金属为：Ti、Ni、Ag，厚度2--4微米。（5）芯片进行电学测试。封装工艺流程如下：（1）将完成芯片工艺的晶圆进行背面减薄。（2）将减薄后的晶圆进行划片工艺。（3）将晶粒粘贴到金属框架。（4）引线键合。（5）塑封。（6）电镀。（7）整形、切筋。（8）二极管成品电学测试、分选。本方法制作的二极管的特点就是用键合晶圆制作芯片衬底，其后的芯片工艺比常规简单的多，只是做金属化的电极。其中的氧化工艺必须用低温氧化（300--500度），所以采用LPCVD工艺。电极金属层的生长工艺采用磁控溅射法，工艺温度低于（250℃）。本方法将特定参数（包括P型或N型；掺杂浓度、或电阻率；晶向；定位面；厚度等）的P型硅片和N型硅片直接键合形成PN结，该PN结由于键合界面浓度梯度曲线绝对陡峭，高于外延片的浓度梯度，因此二极管的电学性能优于外延片工艺。外延工艺制造的二极管的主要参数，正向压降可表示为：式中，J是正向电流密度；分别表示外延层、衬底、过渡区的电阻率；分别表示外延层、衬底、过渡区的厚度。分别表示电极金属与硅的欧姆接触电阻和其他串联电阻造成的压降。公式（1）中主要是外延层及衬底、过渡区部分的压降。采用晶圆键合工艺制作的二极管芯片的正向压降就比外延工艺的降低很多，如下表：以上对本专利技术的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本专利技术的较佳实施例，不能被认为用于限定本专利技术的实施范围。凡依本专利技术范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺，其特征在于，其步骤如下：（1）将两片硅抛光晶圆浸入氢氟酸中，去除表面的氧化层；（2）将第一晶圆与第二晶圆在室温下叠置进行对准预键合；（3）将键合腔内部真空度提高至3x10

【技术特征摘要】
1.一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺，其特征在于，其步骤如下：（1）将两片硅抛光晶圆浸入氢氟酸中，去除表面的氧化层；（2）将第一晶圆与第二晶圆在室温下叠置进行对准预键合；（3）将键合腔内部真空度提高至3x10-5Pa；（4）将键合腔内部温度逐渐升高至400--600℃；（5）随后对叠置晶圆施加压力20--100N进行键合2--10分钟；（6）逐渐降低真空度至一个大气压，然后降温至25℃；（7）最后取出键合后的晶圆，工艺完成。2.根据权利要求1所述的一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺，其特征在于：步骤一中，所述氢氟酸的浓度为10%；浸泡时间为10--30秒。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，
申请(专利权)人：王伟，
类型：发明
国别省市：上海,31