PG-DB两种GPP芯片工艺对比
刮涂法制作GPP二极管芯片工艺技术
刮涂法制作 GPP 二极管芯片工艺技术随着半导体技术的发展，对半导体表面钝化的要求越来越高，作为二极管一种钝化材料，无疑应具备：一是良好的电气性能和可靠性。
包括电阻率、介电强度、离子迁移率等。
材料的引入不应给器件带来副作用；二是良好的化学稳定性。
半导体工艺是用化学试剂开展的工艺，作为器件的钝化材料，应有一定的抗化学腐蚀能力；三是可操作性。
工艺要简单，重复性好，能与器件制造工艺相容，材料的膨胀系数要与硅材料相一致或接近；四是经济性。
可大批量生产，制造成本要低，有市场竞争力，材料和工艺有强大的生命力和开发潜力。
根据上述要求，近年来市场上出现的利用半导体钝化专用玻璃制作玻璃钝化硅二极管（GPP）芯片就是一种较为理想的半导体钝化材料。
目前，使用玻璃钝化硅二极管（GPP）芯片的呼声越来越高，并得到电子行业内人士的普遍认可。
这种GPP芯片工艺为半导体平面工艺、台面工艺和玻璃烧结工艺于一体，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。
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。
涂敷玻璃常用的主要有三种方法：医用手术刀法、电泳法和光致抗蚀剂法。
本文重点介绍医用刀片刮涂法制作玻璃钝化二极管芯片工艺。
这种方法是将丁基卡必醇乙酸乙酯和醋酸纤维按一定比例（一般为２％，具体可视膜厚要求定）配制粘合剂，然后加入玻璃粉配制成玻璃乳浆。
操作时只要用医用刀片将玻璃乳浆刮入开好沟道的台面即可。
由于这种方法工艺简单，不需要任何复杂设备，重复也好。
并且能用来制造较厚的玻璃钝化膜，尤其适合于台面型功率器件，如大功率高电压器件和电力电子器件等。
目前大多数半导体功率器件芯片玻璃钝化工艺均采用这种刀片刮涂法。
GPP 制程简介
Non SIPOS
Contact Etch
PR Strip
1st Ni Plating
2nd Photo PG Coating PG Burn off Glass Firing LTO 3rd Photo
Andy Kang
三次黃光
SiO2 PR Glass SIPOS
P+ N N+
SIPOS
Andy Kang
Contact Etch ( 接觸面蝕刻 )
BOE浸泡 純水QDR沖洗 混合酸浸泡 純水QDR沖洗 HF浸泡 純水QDR沖洗 旋乾機旋乾 利用 BOE 蝕刻晶片表面氧化層 利用高純水( >12M )快速沖洗晶片表面前站之殘餘物 利用混合酸去除SIPOS 利用高純水( >12M )快速沖洗晶片表面前站之殘餘物 利用 HF 蝕刻晶片表面氧化層 利用高純水( >12M )快速沖洗晶片表面前站之殘餘物 利用旋乾機將晶片表面之水分帶離 Andy Kang
Andy Kang
BOE 蝕刻
光阻 氧化層
P+ N N+
晶片
Andy Kang
Grid Etch ( 格子蝕刻 )
將 BOE 蝕刻完成之晶片送至格子蝕刻站，並準備 進行格子蝕刻 利用 HF / HNO3 / CH3COOH 之混合酸將裸露出來 之矽進行蝕刻 HF：蝕刻 SiO2 HNO3 ：將矽氧化成SiO2 CH3COOH ：緩衝劑 使蝕刻過程不要太劇烈 控制蝕刻液之溫度及穩定度可提升蝕刻之均勻性
GPP 制程简介
GPP 结构介绍 结构介
GPP之结构一般可分为两种： GPP之结构一般可分为两种： 1.) 单沟 ( SM , Single Moat ) 2.) 双沟 ( DM , Double Moat )
SM
Glass P+ N N+
DM
Glass P+ N N+
GPP Process Flow
Wafer Clean Oxidation 1st Photo BOE Etch Grid Etch PR Strip Oxide Etch RCA Clean SIPOS Dep. 进黄光室 进黄光室
检查 HF浸泡 HF浸泡 纯水QDR冲洗 QDR冲洗 RCA 清洗 纯水QDR冲洗 QDR冲 HF浸泡 HF浸泡 纯水QDR冲洗 QDR冲 甩干机甩干
检查生产流程卡确认料、量、卡是否一致 查生产流程卡确认料、量、卡是否一致 利用 HF 蚀刻晶片表面氧化层 刻晶片表面氧化层 利用高纯 利用高纯水( >12MΩ)快速冲洗晶片表面前站之残余物 >12MΩ 快速冲洗晶片表面前站之残余物 利用 RCA 清洗方法将晶片表面之杂物去除 清洗方法将晶片表面之杂 利用高纯 利用高纯水( >12MΩ)快速冲洗晶片表面前站之残余物 >12MΩ 快速冲洗晶片表面前站之残余物 利用 HF 蚀刻晶片表面氧化层 刻晶片表面氧化层 利用高纯 利用高纯水( >12MΩ)快速沖洗晶片表面前站之残余物 >12MΩ 快速沖洗晶片表面前站之残余物 利用甩干机将晶片表面之水分带离 利用甩干机将晶片表面之水分带离
PG Coating ( 光阻玻璃涂布 ) 光阻玻璃涂布
光阻玻璃 ( PG )： )： 为光阻与玻璃粉以一定之比例调配而成之胶 光阻与玻璃粉以一定之比例调配而成之胶 状溶液
移动芯片大比拼之工艺制程分析
移动芯片大比拼之工艺制程分析在移动通信芯片领域，高通是第一家量产了28nm制程的移动芯片厂商，2013年是28nm制程的普及年，除了联芯和展讯还在使用40nm制程外，其余各家移动通信芯片厂商都不约而同的使用了28nm制程。
目前28nm制程主要有两个工艺方向：HighPerformance(HP，高性能型)和LowPower(LP，低功耗型)。
LP低功耗型是最早量产的，不过它并非Gate-Last工艺，还是传统的SiON(氮氧化硅)介质和多晶硅栅极工艺，优点是成本低，工艺简单，适合对性能要求不高的手机和移动设备。
HP才是真正的HKMG+Gate-Last工艺，又可细分为HP、HPL(LowPower)、HPM(Moblie)三个方向。
HP工艺拥有最好的每瓦性能比，频率可达2GHz以上;HPL的漏电流最低，功耗也更低;HPM主要针对移动领域，频率比HPL更高，功耗也略大一些。
而世界前几大专业集成电路制造服务公司，包括TSMC、GF、Samsung 和Intel，为各芯片厂商提供芯片制造支撑的同时，暗地里也展开了一场角逐。
Intel一直是以技术领先为导向的，虽然自己的CPU在移动通信领域不太受欢迎，但其最先使用HKMG+Gate-Last工艺，又最先量产3D晶体管，其制程领先对手可以按代来计算，目前移动通信领域与Intel展开合作的公司不是太多。
TSMC受到移动终端芯片厂商的青睐，长期以来霸占着集成电路制造服务占有率的第一名，高通骄龙800就采用了TSMC28nmHPMHKMG这一最高标准,而高通MSM8960和联发科四核芯片MT6589T，以及联芯、展讯等厂商的芯片使用的则是TSMC相对较差的28nmLP工艺。
据说MTK的MT6588和八核芯片MT6592采用的就是TSMC的28nm级别综合最好的HPM工艺。
三星发展势头迅猛，长期以来都为自家芯片和苹果A系列移动芯片提供集成电路制造服务。
三星较早采用HKMG工艺，在业界进入HKMG时代之初，又秘密研发后栅极。
芯片常用封装及尺寸说明之欧阳学创编
A、常用芯片封装介绍来源：互联网作者：关键字：芯片封装1、BGA 封装 (ball grid array)球形触点陈列，表面贴装型封装之一。
在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚，在印刷基板的正面装配 LSI 芯片，然后用模压树脂或灌封方法进行密封。
也称为凸点陈列载体(PAC)。
引脚可超过200，是多引脚 LSI 用的一种封装。
封装本体也可做得比 QFP(四侧引脚扁平封装)小。
例如，引脚中心距为1.5mm 的360 引脚 BGA 仅为31mm 见方;而引脚中心距为0.5mm 的304 引脚QFP 为40mm 见方。
而且 BGA 不用担心 QFP 那样的引脚变形问题。
该封装是美国 Motorola 公司开发的，首先在便携式电话等设备中被采用，今后在美国有可能在个人计算机中普及。
最初，BGA 的引脚(凸点)中心距为 1.5mm，引脚数为225。
现在也有一些LSI 厂家正在开发500 引脚的 BGA。
BGA 的问题是回流焊后的外观检查。
现在尚不清楚是否有效的外观检查方法。
有的认为，由于焊接的中心距较大，连接可以看作是稳定的，只能通过功能检查来处理。
美国 Motorola 公司把用模压树脂密封的封装称为OMPAC，而把灌封方法密封的封装称为 GPAC(见OMPAC 和 GPAC)。
2、BQFP 封装 (quad flat package with bumper)带缓冲垫的四侧引脚扁平封装。
QFP 封装之一，在封装本体的四个角设置突起(缓冲垫) 以防止在运送过程中引脚发生弯曲变形。
美国半导体厂家主要在微处理器和 ASIC 等电路中采用此封装。
引脚中心距0.635mm，引脚数从84 到196 左右(见 QFP)。
3、碰焊 PGA 封装 (butt joint pin grid array)表面贴装型 PGA 的别称(见表面贴装型 PGA)。
4、C-(ceramic) 封装表示陶瓷封装的记号。
半导体封装技术的不同等级、作用和演变过程
半导体封装技术是指将芯片封装在一个保护壳内，以保护芯片免受外界环境的影响，并提供与外部电路连接的接口。
半导体封装技术的不同等级、作用和演变过程如下：1. 等级：- TO（Transistor Outline）封装：这是最早的封装形式，主要用于分立器件的封装，如晶体管、二极管等。
- DIP（Dual In-line Package）封装：DIP 封装是一种双列直插式封装，广泛应用于早期的集成电路。
- SOP（Small Outline Package）封装：SOP 封装是一种小尺寸封装，比 DIP 封装更小，适用于引脚数量较少的集成电路。
- QFP（Quad Flat Package）封装：QFP 封装是一种四面扁平封装，引脚数量较多，适用于高密度集成电路。
- BGA（Ball Grid Array）封装：BGA 封装是一种表面贴装封装，采用球形焊点，适用于引脚数量非常多的集成电路。
- CSP（Chip Scale Package）封装：CSP 封装是一种芯片级封装，尺寸非常小，适用于高性能、高密度的集成电路。
2. 作用：- 保护芯片：半导体封装可以保护芯片免受外界环境的影响，如湿度、温度、灰尘等。
- 提供电气连接：半导体封装提供了芯片与外部电路之间的电气连接，使得芯片能够正常工作。
- 提高可靠性：半导体封装可以提高芯片的可靠性，减少因焊点失效等问题导致的故障。
- 提高散热性能：半导体封装可以提高芯片的散热性能，降低芯片的温度，从而提高芯片的工作效率和寿命。
3. 演变过程：- 最初的半导体封装主要是 TO 和 DIP 封装，随着集成电路的发展，引脚数量逐渐增加，出现了 SOP、QFP 等封装形式。
- 随着表面贴装技术的发展，BGA、CSP 等封装形式逐渐成为主流。
- 目前，半导体封装技术正在向更高密度、更小尺寸、更高性能的方向发展，如 3D 封装、系统级封装（SiP）等。
总之，半导体封装技术的不同等级、作用和演变过程是随着集成电路技术的发展而不断发展的。
十年争强逐鹿方寸间 以PPAC分析集成电路三巨头的工艺制程
十年争强逐鹿方寸间以PPAC分析集成电路三巨头的工艺制程作者：张平来源：《微型计算机》2021年第09期英特尔、台积电和三星是全球逻辑集成电路工艺制程最先进的三家厂商。
从28nm时代开始，这三家厂商就在集成电路的工艺制程上你追我赶，并一直持续到即将到来的3nm阶段。
回顾过去，展望未来，英特尔、台积电和三星在集成电路工艺上究竟有怎样的发展历史，未来又会带来怎样的产品？今天本文就带你一起了解一下。
PPAC：功率、性能、面积和成本在集成电路的生产制造中有三个重要参数一功率、性能和面积，即Power、Performance和Area，它们被简称为PPA。
PPA在过去一直都是作为衡量半导体产业发展的重要参数，比如台积电在2020年Q1就宣称旗下的3nm工艺相比5nm工艺，将具备25%〜30%的功率降低，在相同功耗下10%〜15%的频率（性能）提升以及70%的面积缩减。
但是，仅仅使用PPA来衡量集成电路的制造水准在当前已经不够全面了。
随着工艺制程不断向极限冲刺，成本逐渐上升并且已经成为影响到新工艺发展的重要因素。
因此，IMEC和应用材料公司最近在新工艺开发的相关演讲中，都建议在原有的PPA上加入"C"，也就是“Cost”成本，用PPAC四个维度来衡量新的工艺。
另外，相关的比较可能还涉及一些参数选取的问题。
比如在集成电路的逻辑单元设计中，包括诸如标准单元、反相器、NAND门、扫描触发器等不同的组件。
其中，标准单元的尺寸由单元的类型和当前单元所使用的工艺设计规则所决定。
标准单元的具体尺寸可以用相关工艺的最小尺寸计算出来。
比如标准单元的高度是最小金属间距乘以轨道数，双扩散（DoubleDiffusionBreak，—种半导体单元制造工艺，简称DDB）单元的尺寸是一定数量的CPP（ContactedPolyPitch，接触间距）加上在单元边缘的一个额外CPP而确定的。
近年来，由于缩小单元尺寸时很难降低单元间距，因此人们通过缩小轨道来进一步缩小单元。
GPP与OJ芯片.pptx
GPP（玻璃钝化）和OJ（酸洗）的对比流程：两种产品的最大不同，就在P-N结的保护上。
OJ结构的产品，采用涂胶保护结，然后在200度左右温度进行固化。
保护P-N结获得电压。
GPP结构的产品，芯片的P-N结是在钝化玻璃的保护之下，玻璃是将玻璃粉采用800度左右的烧结熔化，冷却后形成玻璃层。
这玻璃层和芯片熔为一体，无法用机械的方法分开。
，仅是覆盖在P-N结的表面。
特性比较1）由于结构的不同，当有外界应力产生（比如进行弯角处理），器件进行冷热冲击，如果塑料封装体有漏气，等等情况下。
OJ的产品，其保护胶和硅片结合的不牢固，就会出现保护不好的情况，使器件出现一定比率的失效。
GPP产品则不会出现类似的情况。
2）GPP二极管的可靠性高。
首先，GPP常温下，漏电比OJ的就要小。
尤其重要的是HTRB（高温反向偏置，是衡量产品可靠性的最重要标志参数）GPP要好很多，OJ的产品仅能承受100度左右的HTRB。
而GPP在温度达到150度时，仍然表现非常出色。
说明：以前OJ的产品仅限于DO系列的轴向封装，所以很多客户都使用片式封装（SMD）产品。
因为片式产品，当时只能使用GPP芯片进行封装。
但是，现在也出现了片式封装OJ产品。
所以在选用上一定要注意分清。
GPP芯片与OJ芯片的区别:两种产品的最大不同，就在P-N结的保护上。
OJ结构的产品，采用涂胶保护结，然后在200度左右温度进行固化。
GPP结构的产品，芯片的P-N结是在钝化玻璃的保护之下，玻璃是将玻璃粉采用800度左右的烧结熔化，冷却后(或者采用化学渗透方法)形成玻璃层。
这玻璃层和芯片熔为一体，无法用机械的方法分开。
OJ芯片: 因环氧树脂,白胶的膨胀系数大于芯片的膨胀系数,高温时其绝缘性能与导热能力下降,对芯片热量向外传导及产品性能影响大.GPP芯片: 玻璃的膨胀系数与芯片的膨胀系数相同, 高温时其绝缘性能与导热能力依然良好,对芯片热量向外传导及产品性能影响微小.下降,。
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1：晶粒台面无玻璃保护； 2：沟槽中填满玻璃，背切割裂片时会对 玻璃造成损伤； 3：钝化用的玻璃浆是乙基纤维素、乙基 卡比醇与玻璃粉的混合物；
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2. 制程图示
3：切割后晶粒图示
制程 PG 刀刮
图示
说明
P面沿沟槽切割，不会对钝化玻 璃造成损伤；
背面（N面）切割后裂片，会对玻 璃有损伤；
性。一般在150℃条件下，仍为uA级别（50mil 芯片约为50uA）。
DB 的芯片如不采用SIPOS, 其PN 结表面钝化直接为玻璃，玻璃为绝缘 材料，所以其漏电可以做到很小（常温：0.01uA），150℃条件下，正常材
料IR 为10uA左右；
分别计算PG和DB制程芯片在150℃高温条件下的功耗： PG: P=400V* 50uA=0.02W
PG/刀刮制程简介
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目录
Part 1
1. 制程简介
Part 2
Part 3
2. 制程图示
3.各制程优缺点
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1. 制程简介
1.1：PG制程 PG制程是一种先进的GPP芯片制造工艺，对PN结采用 三层钝化保护（SIPOS/玻璃/LTO) 。工艺过程是先在PN结表 面沉积一层SIPOS,再通过光刻法上玻璃（光阻剂和玻璃粉的 混合物，称为Photo Glass），采用光刻的原理，先通过匀胶 机自然旋转的方法在晶片表面均匀覆盖一层光阻玻璃（ Photo Glass )，然后通过烘烤、曝光、显影去掉切割道及焊接面上的 玻璃，只在PN结的表面留下需要钝化保护的光阻玻璃，最后 通过低温玻璃的烧结的工艺将光阻玻璃中的光阻剂去掉，最 后在高温下将粉状玻璃烧结成致密的固态玻璃体，最后再在 玻璃沉积一层LTO，从而起到非常致密地钝化保护PN结的作 用。 追求品质 持续创新 勤简守信 忠诚感恩
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1. 制程简介
1.2：刀刮制程 刀刮制程是一种比较传统的较为简单的GPP芯片工艺，只 有一层玻璃钝化保护，即采用手工的方法用刀片将玻璃浆乱 涂在晶片表面，再经过低温烧结将玻璃浆中的有机成份去掉， 然后用手工擦拭的方法除掉焊接面的玻璃粉，留下沟槽中的 玻璃粉，最后再经过高温烧结，将粉状的玻璃烧结成固态玻 璃体，从而起到钝化保护PN结的作用。
追求品质 持续创新 勤简守信 优缺点
制程 PG 刀刮
1:采用3层钝化保护，高信赖性； 1.生产工艺简单，成本低； 2.台面及玻璃有氧化膜保护，可以阻 2:因晶粒台面无玻璃，焊接时引线的设计 止焊锡流淌到玻璃； 比较简单适用； 3.玻璃包覆台面可以完好的保护PN结 尖角的地方（尖角是电场最集中的， 也通常是应用失效），提高可靠性能；
DB: P=400V* 10uA=0.004W； 此功耗其对材料结温的影响非常小
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4. PG 产品与DB 产品的实际表现
统计以往，DB 和PG 制程产品的内部HTRB 评估结果
制程 Die Size
46mil*46mil DB 50mil*50mil 46mil*46mil PG 50mil*50mil 231 Lots 22pcs 0 26 Lots 156 Lots 22pcs 22pcs 1 0
实验批数
97 Lots
每批实验数量
22pcs
不合格批数
4
备注：如果实验后材料电性不符合产品规格即为不合格（一般为材料电压衰降或者Short）
从以上对比数据，我们可以发现单独看少数几颗材料的短时间评估结果， 并不能反应PG 产品和DB 产品实际优劣。
PG 产品在长时间高温严苛条件下的整体稳定性和可靠性更好。 追求品质 持续创新 勤简守信 忠诚感恩
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2. 制程图示
1：一次黄光/蚀刻后图示
制程 PG 刀刮
图示
说明
单面曝光，单面蚀刻
双面曝光，N面会预先蚀刻为后续背 切割做准备
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2. 制程图示
2：二次黄光后图示
制程 PG 刀刮
图示
说明
1：晶粒台面有玻璃保护； 2：沟槽中的玻璃被去除便于后续切割； 3：钝化用的光阻玻璃是光阻剂与玻璃 粉的混合物；
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4. PG 产品与DB 产品的实际表现
我司普通整流PG 制程产品均采用SIPOS（Semi-insulating
polycrystalline-silicon ) 为一种半绝缘的氧化膜，所以其会增加芯片的常温
（0.1uA左右）及高温漏电。但是SIPOS本身的漏电流有限，所以到达一定 的温度后，SIPOS自身的漏电流不再增加，可以保证材料在高温条件下稳定
优点
缺点
1.焊接时因玻璃及台面无氧化膜保护，焊 锡容易流淌到玻璃上形成锡桥，造成HI1：台面有玻璃，其高度Max:30um， REL及应用失效比例上升； 其焊接面积也会比DB制程小2mil左右， 2.DB制程晶粒玻璃不包覆台面，故PN结 客户需要调整引线钉头的高度和钉头 尖角处保护就存在缺陷，容易造成铜硅 的尺寸； 扩散，应用失效；