芯片尺寸封裝的pin二極管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件，涉及一種PIN 二極管器件，具體地說是一種芯片尺寸封裝的PIN 二極管，同時(shí)本發(fā)明還提供了該芯片尺寸封裝的PIN 二極管的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PIN 二極管是兩邊為重?fù)诫s的N+型和P+型半導(dǎo)體，中間夾一層電阻率很高的本征半導(dǎo)體I層，其因具有開關(guān)速度快、反向擊穿電壓高、可控功率大、損耗小以及在正反向偏置下能得到近似短路和開路等良好特性，而在軍用、民用領(lǐng)域的電子裝備中成為不可或缺和不可代替的關(guān)鍵器件，尤其是隨著數(shù)碼家電、個(gè)人移動通信設(shè)備的迅速發(fā)展，用于手機(jī)天線、藍(lán)牙通訊天線的發(fā)送和接收開關(guān)電路的微波PIN 二極管市場前景廣闊。
[0003]現(xiàn)有的SMT封裝的PIN 二極管的體積大小難以滿足數(shù)碼家電、個(gè)人移動通信設(shè)備不斷小型化的要求(例如智能手機(jī)使用的屏幕尺寸更大，需要提供高畫質(zhì)的多媒體內(nèi)容)，且業(yè)界現(xiàn)在更加強(qiáng)調(diào)元件使用的封裝技術(shù)，而非過去僅強(qiáng)調(diào)元件使用的工藝技術(shù)，因此研究和開發(fā)新型的、小尺寸PIN 二極管構(gòu)件具有重要的意義。
[0004]目前，各半導(dǎo)體制造商也已在此領(lǐng)域進(jìn)行巨額投資，推出了配合大幅減小尺寸同時(shí)能夠增強(qiáng)多方面性能指針的新穎途徑。其中，最新的采用芯心尺寸封裝技術(shù)(ChiPScale Package,CSP)的半導(dǎo)體分立器件由于其能以同樣的電路板占位面積和更小的體積，實(shí)現(xiàn)數(shù)倍的功率密度，迅速成為一個(gè)極具吸引力的研究領(lǐng)域，也為分立器件的CSP業(yè)界指出了一條路線，創(chuàng)新的便攜式設(shè)計(jì)能夠長期沿此路線邁向未來。由于CSP技術(shù)對硅片的利用程度更高，元件與PCB之間的接觸更為緊密，整體能效更高；而DSN元件的小占位面積及更高的功率密度，對分立元件對整體PCB面積預(yù)算僅有極小影響，并不會嚴(yán)重影響空間受限之產(chǎn)品外殼內(nèi)的布線，因此利用CSP技術(shù)封裝PIN二極管能夠滿足現(xiàn)有電子產(chǎn)品的需求。不僅如此，只要電路板的可用面積減小，這些元件的低厚度及小占位面積也會相應(yīng)減小，進(jìn)而能夠適合較低厚度的纖薄造型消費(fèi)性電子設(shè)計(jì)。
[0005]雖然，CSP技術(shù)具有上述的優(yōu)勢，但是由于現(xiàn)有技術(shù)中PIN 二極管芯片式封裝技術(shù)卻并未成熟，因此，現(xiàn)有技術(shù)中缺少利用CSP技術(shù)制造PIN 二極管的工藝，不能滿足電子產(chǎn)品的需求。此外，由于現(xiàn)有技術(shù)中材料和工藝成本的原因，PIN 二極管的中間層不可能做成理想的本征半導(dǎo)體，而是多少含有少量雜質(zhì)，導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)中的PIN 二極管難以達(dá)到理想狀態(tài)的零插入損耗和無窮大隔離度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種芯片尺寸封裝的PIN 二極管，結(jié)合現(xiàn)有的PIN工藝與生產(chǎn)技術(shù)，探索多層金屬化引線技術(shù)、新型光敏性聚酰亞胺(Polyimide)光刻及鈍化保護(hù)技術(shù)等，研制出性能良好，能廣泛運(yùn)用于手機(jī)天線、藍(lán)牙通訊天線的發(fā)送和接收開關(guān)電路的芯片級尺寸封裝PIN 二極管。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是: 一種芯片尺寸封裝的PIN 二極管，它包括從下至上依次層疊的金屬層、N+襯底層、高阻外延層，所述高阻外延層的頂端由上至下分別延伸設(shè)有P+區(qū)和N+區(qū)，所述P+區(qū)未貫通高阻外延層設(shè)置，而N+區(qū)貫通高阻外延層與N+襯底層相連；在P+區(qū)與N+區(qū)上分別設(shè)有多層金屬構(gòu)成的金屬電極，未設(shè)置金屬電極的高阻外延層表面上設(shè)阻擋層，在PIN 二極管的四周、除去兩個(gè)金屬電極外的部位均包裹有絕緣保護(hù)層。
[0008]作為對本發(fā)明金屬電極的限定:所述金屬電極包括自P+區(qū)或N+區(qū)處向上依次層疊的金屬互連層、金屬粘附層、金屬隔擋層、導(dǎo)電層。
[0009]作為對本發(fā)明的進(jìn)一步限定:所述金屬互連層的材質(zhì)為金屬鋁，金屬粘附層的材質(zhì)為金屬鎢或金，金屬隔擋層為寬度不同的兩層金屬銅，導(dǎo)電層的材質(zhì)為銻、錫、鎳或金中的一種。
[0010]作為對本發(fā)明的另一種限定:所述高阻外延層為在N+襯底層上正向外延得到的厚度為10?6 μ m、摻雜濃度為113?10 14CnT3的N-外延層；所述阻擋層為氧化的二氧化硅層；所述P+區(qū)的結(jié)深為0.5?1.5 μ m，摻雜濃度為118?102°cm_3;所述N+區(qū)摻雜濃度為 119 ?121cnT3;
所述P+區(qū)為PIN 二極管的陽極區(qū)，N+區(qū)為PIN 二極管的陰極區(qū)，P+區(qū)和N+區(qū)之間的高阻外延層為PIN 二極管的I區(qū)。
[0011]作為對上述本發(fā)明金屬層的限定:所述金屬層的材質(zhì)為鉬、金或銀中的一種；PIN二極管外包裹的絕緣保護(hù)層為光敏聚酰亞胺層。
[0012]本發(fā)明還提供了一種芯片尺寸封裝的PIN 二極管的制造方法，包括以下步驟:
(一)若干個(gè)PIN二極管的制作:
11)制作N+襯底層與高阻外延層作為PIN二極管的基板，并在高阻外延層的表面氧化形成阻擋層；
12)在高阻外延層上分別通過光刻窗口、雜質(zhì)擴(kuò)散得到若干個(gè)PIN二極管的PN結(jié)；
13)在每個(gè)PN結(jié)上形成多層金屬構(gòu)成的金屬電極；
14)在N+襯底層的背面形成金屬層；
(二)將步驟(一)中制成的PIN二極管結(jié)構(gòu)進(jìn)行一體化封裝鈍化:
21)在制作好若干個(gè)PIN二極管的整體結(jié)構(gòu)的四周挖深槽；
22)在深槽內(nèi)填充絕緣保護(hù)材料形成縱向的側(cè)面絕緣保護(hù)層；
(三)分割包裝:將步驟(二)中封裝鈍化好的含有多個(gè)PIN二極管的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割，形成芯片尺寸封裝的單個(gè)PIN 二極管。
[0013]作為對上述方法的限定:所述步驟11)中的N+襯底層是在硅片上摻雜N型雜質(zhì)得到的；高阻外延層是在N+襯底上正向外延并輕摻雜磷得到的N-外延層；阻擋層是在N-外延層表面氧化二氧化硅形成的。
[0014]作為對上述方法的進(jìn)一步限定:所述步驟12)包括以下的步驟:
①在步驟11)二氧化硅層表面旋涂光敏聚酰亞胺，經(jīng)光刻得到P+區(qū)窗口，在形成的窗口表面通過擴(kuò)散P型雜質(zhì)得到未貫通N-外延層的P+區(qū)；然后
②再次熱氧化得到完整的二氧化硅層，然后在新形成的二氧化硅層的表面旋涂光敏聚酰亞胺，經(jīng)光刻得到N+區(qū)窗口，在形成的窗口表面擴(kuò)散磷得到貫通N-外延層、與N+襯底層相連通的N+區(qū)。
[0015]作為對上述方法的更進(jìn)一步限定:所述步驟13)包括以下步驟:
i )在步驟②的基礎(chǔ)上再次氧化得到完整的二氧化硅阻擋層，然后再次涂覆光敏聚酰亞胺，經(jīng)光刻后分別得到P+區(qū)與N+區(qū)的引線窗口，分別在兩個(gè)引線窗口表面通過物理淀積生成一層金屬鋁，之后刻蝕出鋁電極形成金屬互連層；
? )在步驟i )的基礎(chǔ)上淀積金屬鎢/金形成金屬粘附層，再在金屬鎢/金表面淀積金屬銅，形成金屬隔擋層的第一層金屬銅，然后經(jīng)過離子刻蝕得到初步的金屬電極；
iii)在步驟ii)形成結(jié)構(gòu)的表面旋涂一層厚的光敏聚酰亞胺，并經(jīng)刻蝕留出P+區(qū)與N+區(qū)金屬電極引線孔；
iv)在步驟iii)形成結(jié)構(gòu)的表面再次旋涂一層厚的光敏聚酰亞胺，同樣刻蝕出P+區(qū)與N+區(qū)金屬電極引線孔；
V )在步驟iv)形成結(jié)構(gòu)的光敏聚酰亞胺刻蝕槽里首先電鍍金屬銅，形成金屬隔擋層的第二層金屬銅，然后在第二層金屬銅上電鍍銻、錫、鎳、金中的一種，形成導(dǎo)電層；
所述步驟14)中的金屬層是在步驟V )形成結(jié)構(gòu)的N+襯底層的背面濺射鉬、金、銀中的一種形成的，然后在金屬層的表面涂覆光敏聚酰亞胺。
[0016]作為對上述方法的最后一種限定:所述步驟21)中對若干個(gè)PIN 二極管整體結(jié)構(gòu)挖深槽的方法是通過DISC劃片機(jī)在相鄰兩個(gè)PIN 二極管之間刻半槽，或者通過寬激光劃片機(jī)在相鄰兩個(gè)PIN 二極管之間刻出連接晶片上下層的透槽；所述步驟22)中在深槽內(nèi)填充的絕緣材料為光敏聚酰亞胺，與之前步驟iii)、iv)、步驟14)中涂覆的光敏聚酰亞胺共同構(gòu)成每個(gè)PIN 二極管的絕緣保護(hù)層。
[0017]由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的技術(shù)進(jìn)步在于:
(1)本發(fā)明采用多