目前，对于中小电流，击穿电压低于1600伏的硅功率二极管，市场上最常用的切割图形为正方形，其次是正六边形;市场价格较高且性能要求及可靠性高的产品，则设计为圆形图形。

　　近年来，对于市场上使用一种可靠性较高的玻璃钝化(GPP)硅二极管的呼声越来越高，并得到电子行业内人士的普遍认可。这种GPP芯片是在硅扩散片金属化之前(玻璃钝化工艺温度允许也可之后)使用光刻胶掩膜及刻蚀V型槽或机械式划V型槽的台面。

　　然后，在结表面涂敷玻璃粉以便进行台面钝化处理。涂敷玻璃主要有三种方法：电泳法、旋转匀涂法和医用手术刀法。玻璃粉料是由某些粘合剂及高纯度的微细玻璃粉混合组成的悬浮液。将玻璃粉悬浮液按一定的工艺方法涂敷于V型槽内，在高温下粘合剂被烧掉，玻璃熔化并在整个结的表面上形成密封保护层。

　　芯片制造的工艺流程：选择硅片→ 硅片清洗→ 磷预淀积→ 单面喷砂(减薄)→ 硼扩散及磷再分布→ 双面喷砂去氧化层→ 氮气或氧气退火(需要时)→ 铂扩散及扩散后的表面腐蚀处理和清洗(需要时)→ 台面腐蚀→ LPCVD淀积氮化硅膜或生长二氧化硅膜(钝化保护)→ 玻璃钝化→双面镀镍(电极)→ 晶圆划片-→分片、清洗、包装。下面介绍刻蚀V型槽及玻璃钝化的工艺方法、条件：

　　一、腐蚀液刻蚀V型槽法和机械式划V型槽法

　　1、腐蚀液刻蚀V型槽法。工艺流程：扩散片制作完成-→一次光刻沟槽-→一次腐蚀V型槽台面-→二次光刻沟槽-→二次腐蚀V型槽台面-→V型槽台面钝化二氧化膜(1.5-2微米)及清洗处理。

　　1.1 V型槽腐蚀：V型槽腐蚀液配比，硝酸：氢氟酸：冰醋酸=3～6：3：1，腐蚀在冰水中进行，时间20-25min(腐蚀时间随槽深而确定)，槽深100-120μm ，关键是控制好腐蚀速率。并使管芯形成尽量大的(40°-75°)负斜角台面。

　　1.2 台面腐蚀液配比，硝酸：氢氟酸：冰醋酸：硫酸=9：9：10-12：4。温度20℃±2℃，时间45s--90s;

　　1.3 表面钝化液配比，过氧化氢：磷酸：去离子水=1：1：2-4(温度70℃±5℃，时间40s--60s)。

　　2、机械式划V型槽法。工艺流程：扩散片制作完成-→涂敷光刻胶掩膜-→划V型槽(使用高速砂轮划V型槽机)-→V型槽台面腐蚀-→V型槽台面钝化二氧化膜(1.5-2微米)及清洗处理。

　　2.1 划V型槽：使用高速砂轮划槽机开V型槽。使管芯形成75°--90°负斜角台面，槽深90-100μm，严格控制好进刀速度，以免碎片;

　　2.2 台面腐蚀液配比，硝酸：氢氟酸：冰醋酸：硫酸=9：9：10-12：4。温度20℃±2℃，时间45s--90s;

　　2.3 表面钝化液配比，过氧化氢：磷酸：去离子水=1：1：2-4(温度70℃±5℃，时间40s--60s)。

　　二、涂敷玻璃的三种工艺方法

　　1、电泳方法

　　方法一：

　　① 异丙醇(IPA)和乙基醋酸纤维素(EA)作为悬浮媒介，以体积比IPA:EA=50:50混合。

　　② 每100cc悬浮液中加入2--4克玻璃粉，超声4--5分钟后静置4--5分钟后将其倒入石英或具有特氟隆涂层的不锈钢液槽内。

　　③ 按2.0--4.0cc/L的比例加入28%的氨水(或通氨鼓泡至浓度为0.03mol/L)。

　　④ 上述电解液添加好后超声混合4分钟然后将携带硅片及其反电极的装置浸入电解液中，硅片和反电极的最佳距离是2厘米。

　　⑤ 悬浮液静置30秒后由直流电源通过电泳装置的端子(如鳄鱼夹)加以100--200V/cm场强，2--4分钟。

　　⑥ 装置将电极和硅片带出的速度为5毫米/秒。

　　⑦ 硅片烘干约5分钟后，进入石英管熔凝。一般须通入干氧气氛。

　　⑧ 芯片电极尽量由蒸发形成，以免在金属化过程中钝化层受到腐蚀导致芯片耐压下降。

　　方法二：

　　(1)按硝酸：氢氟酸：冰醋酸=3～5：3：1 (体积比)的比例混合配制腐蚀溶液，用其将扩散后的硅片腐蚀出PN结台面沟槽，然后用水将其冲洗干净;

　　(2)配制玻璃浆：将异丙醇、铅系玻璃粉(SiO2，PbO)、二元醇-环氧乙烷聚合物按比例混合，其重量比为，异丙醇∶铅系玻璃粉∶二元醇-环氧乙烷聚合物=237∶25∶ 3;

　　(3)配制电泳液：将乙酸乙脂与步骤(2)配制的玻璃浆按比例混合，其重量比为，乙酸乙酯/玻璃浆=2.5，混合后形成悬浮液，按电泳液体积比例滴入0.02%硝酸和 0.08%高纯丙酮;

　　(4)将装有由步骤(3)制备好的电泳液的石英方杯放置在电泳装置中，用超声波装置对电泳液进行10min超声处理，静置10min后备用;

　　(5)电泳条件设置：电泳电压为200V(DC);

　　(6)将经步骤(1)处理过的硅片置于电泳液中，根据要求沉积在硅片台面沟槽的玻璃重量，将电泳时间设置在1至2min范围，然后进行电泳;

　　(7)玻璃烧成：在温度为820℃的氧气气氛条件下，将经步骤(6)处理过的硅片烧成20min。

　　2、旋转匀涂法

　　① 将450cp负性光刻胶与玻璃粉按重量比40 ：60球磨4小时或旋转搅拌30小时以上。

　　② 匀胶：转速600——1000rpm，时间30—40sec。

　　③ 前烘：前预热80℃，25min;烘培110℃，25min。

　　④ 曝光：光强度50μw/cm2，时间60sec。

　　⑤ 显影：90+90sec，60+60sec。

　　⑥ 坚膜：温度140℃，时间40min。

　　⑦ 去胶：温度500--520℃，时间15--20min，通气O2，6L/min。

　　3、医用手术刀法

　　① 玻璃粘合剂配方：乙基纤维素：丁基卡必醇= 1.5--2.5g ：100ml。加热至150℃使全部溶解，或加热至80℃以上超声至全部溶解。

　　② 玻璃乳浆配方：玻璃粘合剂：玻璃粉= 1：1.4--2.1。稍加搅拌后超声40 – 60 min成悬浮液。乳浆的黏度决定玻璃层的厚度，而粘合剂的配比则决定了玻璃乳浆的黏度。粘合剂的纯度对钝化玻璃的致密性产生较大的影响，从而影响器件的电特性。

　　③ 用玻璃棒蘸1–2滴玻璃乳浆涂到置于真空吸盘上的硅片上，用刀片沿矩形芯片对角线方向刮涂两次，将硅片旋转90°再刮涂两次，使槽中填满玻璃乳浆。

　　④ 将硅片置于110±2℃烤盘上烘烤2min后在1000rpm下用橡胶圆块轻轻擦去硅片表面残留的玻璃粉，然后以一定间隔竖立插放在石英舟上准备进炉。

　　⑤ 烧粉软化。推拉速度为2inch/min，炉口预热及冷却各5--10min。

　　⑥ 沿对角线方向轻擦去硅片表面残留的玻璃粉(此步骤根据效果取舍)。

　　⑦ 高温钝化。进出方式同烧粉软化。温度曲线按玻璃粉产品说明。

　　表：玻璃粉产品说明

钝化工艺以GP-5210玻璃粉为例：玻璃粉涂敷之后，将晶片放在200°C下，以使溶液蒸发烘干。然后将晶片放入500°C焙烧炉中焙烧15分钟，以烧去有机溶剂和光刻胶膜。烧完后只留下沟槽中的白色粉末玻璃。以5–8℃/min升温至膨胀温度600℃保温30分钟;以8–12℃/min升温至熔化温度720--730℃保温10--20分钟，使玻璃和硅台面熔化结合，从而在硅台面上形成玻璃钝化膜;迅速降温至560℃的转化温度处保温20分钟，以消除内应力;自然降温至200℃以下即可出炉。

　　各种玻璃粉的熔凝典型温度一般在650-900℃之间，与玻璃成分有关，温度曲线按玻璃粉产品说明。理想的情形是：温度低一点，使熔凝过程对已完成扩散的器件特性影响最小，并使由此产生的热应力最低。如果工艺可行，让金属化在玻璃钝化之前进行，可以相对减少相互之间的影响。通常，低熔点玻璃的热膨胀系数较大，若涂层较厚就会造成龟裂现象。

　　玻璃熔凝温度在玻璃结晶温度与熔化温度之间，玻璃结晶温度的变化会导致玻璃热膨胀系数的变化。由微分热分析结果来解释，玻璃结晶温度与熔化温度之间的温差小一些较为有利(结晶迅速，晶粒小);降温时在熔化温度与软化温度之间，晶核生长，此时降温速度宜快一些，微晶体直径小，玻璃应力消失快(用具有大晶体的玻璃钝化的器件具有很大的漏电流);而软化温度与转化温度之间，降温要慢一些，使应力在玻璃固化过程中消除。

　　三、其他相关工艺的简要介绍

　　1、挑选具有合适电阻率和厚度的N型硅单晶片：采用N型直拉单晶硅。硅片电阻率：15-20、20-25Ω·cm，选择原始硅片厚度约270±10?m;电阻率25-30、30-35、35-40、40-45、45-50 Ω·cm，应选择厚度约290±10μm;以上电阻率所对应的击穿电压VR大约为：600-900、900-1100、1000-1200、1200-1400、1400-1600、1500-1600、1600-1700。

　　2、硅片的清洗：硅片表面清洗是制造半导体器件的重要环节，用混合酸、清洗剂和纯水在清洗槽或超声波清洗机内清洗硅片，使其表面洁净并烘干。清洗过程是3号液腐蚀3-5分钟-→1号液煮沸2-3分钟-→2号液煮沸2-3分钟-→超纯水冲洗。1号液配比：氨水：H2O2：超纯水=1：2：5;2号液配比：HCI：H2O2：超纯水=1：2：8;3号液配比：硝酸：氢氟酸：冰醋酸=3：3：1。最后用HF:H2O=1：10漂10-20秒，除去硅片表面自然氧化层，用超纯水冲洗、烘干备用。

　　3、磷预淀积扩散：磷源：美国Filmtronics公司P60纸质源，在每两片硅片中间放一张磷源纸，将硅片排列整齐并压紧在石英舟中。在洁净的石英管内，经过1220℃高温2小时左右，使磷原子扩散到硅片内。磷表面方块电阻<0.1Ω/□、Xjn≈20μm。磷预沉积结束后，硅片会黏结成圆柱形。

　　4、泡酸分离磷扩散片。将此“圆柱体”浸泡在氢氟酸中，数天后使硅片互相分离开。经自来水清洗后，喷砂去除未附磷纸那一面的扩散层，同时减薄硅片去除约15μm。用混合酸、清洗剂和纯水在清洗槽或超声波清洗机内清洗硅片，去除硅片表面的缺陷，金属杂质，可动离子和有机物，使其表面洁净并烘干。

　　5、硼扩散及磷再分布扩散：硼源：① 美国Filmtronics公司B40纸质源;② 无水乙醇∶硝酸铝∶三氧化二硼=150：5：8。第一种硼源是在磷面背靠背的两片喷砂面中间放一张硼源纸，将硅片排列整齐并压紧在石英舟中;第二种磷源是在喷砂面涂覆一层溶有三氧化二硼和硝酸铝的混合溶剂，烘烤后再次排放在石英舟中并压紧。在另一只专用石英管中，经过1250℃高温21～35小时进行硼(或含铝)的扩散。同时，进行磷的再分布扩散。扩散后检测扩散结深和掺杂浓度。硼表面方块电阻<0.1Ω/□、Xjn≈60μm;此扩散条件大约结深Xjp 45～90μm(仅B40)或80～120μm(含铝)。基区宽度控制在大约100μm左右。

　　6、泡酸分离硼扩散片。再次将此硼扩散“圆柱体”浸泡在氢氟酸中，数天后使硅片互相分离开。经自来水清洗后，双面喷砂去除约10μm两面的磷、硼扩散形成的氧化层。用混合酸、清洗剂和纯水在清洗槽或超声波清洗机内清洗硅片，使其表面洁净并烘干。

　　7、双面化学镀镍。镀镍液配方：氯化镍30克/升、次亚磷酸钠10克/升、氯化铵50克/升、柠檬酸氢二铵65克/升。镀镍液加热至沸腾，加入氨水25ml调节pH值至9左右，将硅片放入镀镍液中，时间5-7分钟。一次镀镍、清洗烘干后进行680--750℃在含氮气或氮氢混合气体中烧渗，时间30—40分钟，让镍、硅形成微合金层。烧渗后镍层表面发黄需用硝酸腐蚀，再用氢氟酸漂洗，硅片清洗干净后再镀上一层可焊性良好的新的化学镀镍层。

　　8、晶圆划片工艺：采用高速砂轮划片机或激光划片机。① 高速砂轮划片机工艺。气压：6.5—7.2kg/cm2;冷缺水压：1.5—2.0kg/cm2;转速500-700r/s;进刀速度4-10mm/s;余高5μm;刃宽25--50μm;② 激光划片机工艺。划片速度30到40mm/s。划片深度波动控制在20um之内。

　　9、分片、清洗、包装。将蓝膜用纯水粘在不锈钢板上冷冻(-18℃ 、30min)，去除硅片边缘的废品。取出后剥下蓝膜，用水冲入不锈钢筛网内，开水烫后在丙酮里浸泡20分钟后，异丙醇超声三到四次，脱水烘干(如有光刻胶残留须在白炽灯下30—50℃烘干)及包装。

　　10、快恢复二极管需要在化学镀镍前扩铂。铂源：① 美国Filmtronics公司Pt920液态源;②无水乙醇∶三氯化铂=100 ：0.5-2.5。在扩散片磷面旋转涂敷铂源，烘干后铂面背靠背排放在石英舟中并压紧。推入专用石英管道中。炉温860℃-980℃;时间：45-60分钟。对应的恢复时间Trr：200-35ns。需要指出的是，扩铂片应按不同硅片电阻率、正向压降VF和恢复时间Trr适当确定原始硅片的厚度。一般为：电阻率10-15Ω·cm、正向压降VF小于1V、恢复时间Trr小于50ns的原始硅片厚度选220±10μm;15-30Ω·cm、正向压降VF小于1.2V、恢复时间Trr小于150ns的原始硅片厚度为250±10μm;30-45Ω·cm、正向压降VF小于1.3V、恢复时间Trr小于200ns的原始硅片厚度为280±10μm。