CN101916786A - 一种大功率平面结双向tvs二极管芯片及其生产方法 - Google Patents

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周明
苏学杰
穆连和
顾理健
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一种大功率平面结双向TVS二极管芯片及其生产方法，涉及一种半导体器件的制造技术领域，先将硅片采用双面SiO2保护后，同时在双面光刻出扩散窗口，在扩散窗口内同时形成P型扩散区后，在P型扩散表面形成镀膜区。本发明工艺采用浅结扩散，扩散时间短，产品寿命长，性能好，硅片不翘曲，产品碎片率低。生产过程中无需挖槽，可提高硅片的利用率高，提高产品的电流密度。不在玻璃钝化层上划片，避免了玻璃钝化膜应力的产生，利于结构的牢靠，减少了漏电流，尤其是高温下的漏电流，进一步提高产品的可靠性。镀膜采用多层金属化方式，一次完成，工艺简单，可靠性高。

Description

一种大功率平面结双向TVS二极管芯片及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件的制造技术领域，特别是大功率平面结双向TVS二极管的制备方法。
背景技术
长期以来，在半导体器件制造领域，人们在结构设计、成本降低、可靠性、提高产品的性价比等方面，作出了不懈的努力。当今TVS二极管芯片制造中较先进的技术是采用一种低电阻率的N型双磨单晶片进行制备，其工艺步骤为：酸洗、清洗、扩散、刻槽、玻璃钝化、化学镀、合金、化学镀、蒸金、测试、划片、裂片，该方法的不足之处为：产品生产工艺中包括两次扩散，一次是N+型扩散，另一次是P型扩散，由于产品是台面结结构，因此是深结扩散，扩散时间长，产品的少子寿命下降，且硅片容易翘曲，造成碎片，操作不方便；产品的电极用化学镀方式形成，需要进行两次镀膜，且为保证产品的可靠性，镀层表面必须覆盖一层金(Aμ)膜，工艺复杂；PN结的保护采用挖槽、玻璃钝化的方式，工艺流程长；直接在玻璃钝化层上划片，影响产品的可靠性；产品采用的是台面工艺，硅片的有效利用率低，生产成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、电流密度大、漏电流小、质量稳定可靠的大功率平面结双向TVS二极管芯片。
本发明在N区的正反两面分别设置P扩散区，在所述两个P扩散区的另一面分别设置镀膜区，在所述P扩散区外周的N区表面设置PN结平面SiO2保护区。
本发明分别在N区的正反两面分别设置P扩散区，由于产品是平面结结构，因此采用浅结扩散，扩散时间短，产品寿命长，性能好，硅片不翘曲，产品碎片率低。产品采用平面工艺生产，不需要挖槽，硅片的利用率高，产品的电流密度大。避免了在玻璃钝化层上划片而产生的玻璃钝化膜应力，结构牢靠，减少了漏电流，尤其是高温下的漏电流，进一步提高产品的可靠性。由于本发明的产品结构的特殊性，生产工艺流程短，采用4英寸硅片的生产，可大大提高生产效率，方便生产操作，也降低了生产成本。
本发明的另一目的是提供以上产品的生产方法。
先将硅片采用双面SiO2保护后，同时在双面光刻出扩散窗口，在扩散窗口内同时形成P型扩散区后，在P型扩散表面形成镀膜区。
包括以下步骤：
1)硅片的SiO2保护：将洁净的硅片置于1150±5℃的扩散炉中，在N2和O2的混合气体中进行第一次氧化30～40分钟后，再在N2、H2和O2的混合气体中进行第二次氧化240±5分钟，最后在N2和O2的混合气体中进行第三次氧化30～40分钟，取下硅片；
所述第一次氧化时，在所述N2和O2的混合气体中，N2和O2的体积比为1∶1；
所述第二次氧化时，在所述N2、H2和O2的混合气体中，N2、H2和O2的体积比为2∶1∶2；
所述第三次氧化时，在所述N2和O2的混合气体中，N2和O2的体积比为1∶1；
2)光刻：在硅片两面分别涂上100CP的光刻胶，进行前烘、曝光、显影，在HF、NH4F和H2O组成的混合溶液中以去除窗口内的二氧化硅，再将硅片放入硫酸溶液中，去除硅片表面的光刻胶；
所述HF、NH4F和H2O组成的混合溶液中HF、NH4F和H2O的体积比为3∶6∶10；
3)硅片清洗、甩干：先后用由NH4OH、H2O2和H2O组成的混合电子清洗液和由HCL、H2O2和H2O组成的混合电子清洗液进行清洗后，再用电阻率大于14MΩ.cm的去离子水冲洗干净，甩干；
所述NH4OH、H2O2和H2O组成的混合电子清洗液中NH4OH、H2O2和H2O的体积比为1∶2∶5；
所述HCL、H2O2和H2O组成的混合电子清洗液中HCL、H2O2和H2O的体积比为1∶2∶6；
4)P区扩散：硅片正反两面涂上硼液态源，装上载片舟，置于1030±5℃扩散炉内，在N2和O2组成的混合气体中扩散50～60分钟，取下硅片；
混合气体中N2和O2的体积比为1∶1；
5)光刻：在硅片正反两面涂100CP光刻胶，进行前烘、曝光、显影，用HF、NH4F和H2O组成的混合溶液去除窗口内SiO2；
所述HF、NH4F和H2O组成的混合溶液中HF、NH4F和H2O的体积比为3∶6∶10；
6)镀膜：将硅片放入硫酸溶液中，去除硅片表面的光刻胶，双面蒸发TiNiAg，形成TiNiAg膜；
7)光刻：在硅片正反两面涂100CP光刻胶，进行前烘、曝光、显影，去除多余的TiNiAg膜。
本发明工艺采用浅结扩散，扩散时间短，产品寿命长，性能好，硅片不翘曲，产品碎片率低。生产过程中无需挖槽，可提高硅片的利用率高，提高产品的电流密度。不在玻璃钝化层上划片，避免了玻璃钝化膜应力的产生，利于结构的牢靠，减少了漏电流，尤其是高温下的漏电流，进一步提高产品的可靠性。镀膜采用多层金属化方式，一次完成，工艺简单，可靠性高。
附图说明
图1为本发明产品结构示意图。
图1中，1为N区，2、3为P扩散区、4、5为镀膜区、6、7、8、9为SiO2保护区。
具体实施方式
选取电阻率为0.01～0.02Ω.cm，片厚为225～235μm的N型硅材料双磨片，按照以下表述的方法生产大功率平面结双向TVS二极管芯片：
1)硅片清洗：用1号电子清洗液(NH4OH∶H2O2∶H2O的体积比为1∶2∶5)和2号电子清洗液(HCL∶H2O2∶H2O的体积比为1∶2∶6)进行清洗，清洗液的反应温度85±5℃，反应时间10分钟，用去离子水(电阻率大于14MΩ.cm)冲洗，时间30分钟，甩干。
2)氧化：硅片装上载片舟，推入扩散炉，升温至1150±5℃，在N2和O2组成的混合气体中进行第一次氧化，时间30～40分钟，在N2、H2和O2组成的混合气体中进行第二次氧化，时间240±5分钟，再在N2和O2组成的混合气体中进行第三次氧化，时间30～40分钟，结束后将载片舟拉出，取下硅片。
第一次氧化时，N2和O2的体积比为1∶1；第二次氧化时，N2、H2和O2的体积比为2∶1∶2；第三次氧化时，N2和O2的体积比为1∶1。
3)光刻：在硅片两面涂上100CP的光刻胶，进行前烘、曝光、显影，在HF∶NH4F∶H2O混合溶液中以去除窗口内的二氧化硅，再将片架放入硫酸溶液中，去除硅片表面的光刻胶。
混合溶液中，HF、NH4F和H2O的体积比为3∶6∶10。
4)硅片清洗：用1号电子清洗液(NH4OH∶H2O2∶H2O的体积比为1∶2∶5)和2号电子清洗液(HCL∶H2O2∶H2O的体积比为1∶2∶6)进行清洗，清洗液的反应温度85±5℃，反应时间10分钟，用去离子水(电阻率大于14MΩ.cm)冲洗，时间30分钟，甩干。
5)P区扩散：硅片正反两面涂上硼液态源，装上载片舟，推入扩散炉，升温至1030±5℃，在N2和O2的混合气体中扩散50～60分钟，扩散结束后将载片舟拉出，取下硅片。
其中，混合气体中N2和O2的体积比为1∶1。
6)光刻：在硅片正反两面涂100CP光刻胶，进行前烘、曝光、显影，用HF、NH4F和H2O组成的混合溶液去除窗口内SiO2。
在HF、NH4F和H2O组成的混合溶液中HF、NH4F和H2O的体积比为3∶6∶10。
7)镀膜：将片架放入硫酸溶液中，去除硅片表面的光刻胶，双面蒸发TiNiAg。
8)光刻：硅片正反两面涂100CP光刻胶，进行前烘、曝光、显影，去除多余的TiNiAg膜。
9)测试。
10)划片，制成了大功率平面结双向TVS二极管芯片。
形成的产品结构特点：
在N区1的正反两面分别设置P扩散区2、3，在两个P扩散区2、3的另一面分别设置镀膜区4、5。在两个P扩散区2、3外周的N区1表面分别设置PN结平面SiO2保护区6、7、8、9。

Claims (8)

1.一种大功率平面结双向TVS二极管芯片，其特征在于在N区的正反两面分别设置P扩散区，在所述两个P扩散区的另一面分别设置镀膜区，在所述P扩散区外周的N区表面设置PN结平面SiO2保护区。
2.一种如权利要求1所述大功率平面结双向TVS二极管芯片的生产方法，其特征在于先将硅片采用双面SiO2保护后，同时在双面光刻出扩散窗口，在扩散窗口内同时形成P型扩散区后，在P型扩散表面形成镀膜区。
3.根据权利要求2所述大功率平面结双向TVS二极管芯片的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
1)硅片的SiO2保护：将洁净的硅片置于1150±5℃的扩散炉中，在N2和O2的混合气体中进行第一次氧化30～40分钟后，再在N2、H2和O2的混合气体中进行第二次氧化240±5分钟，最后在N2和O2的混合气体中进行第三次氧化30～40分钟，取下硅片；
2)光刻：在硅片两面分别涂上100CP的光刻胶，进行前烘、曝光、显影，在HF、NH4F和H2O组成的混合溶液中以去除窗口内的二氧化硅，再将硅片放入硫酸溶液中，去除硅片表面的光刻胶；
3)硅片清洗、甩干：先后用由NH4OH、H2O2和H2O组成的混合电子清洗液和由HCL、H2O2和H2O组成的混合电子清洗液进行清洗后，再用电阻率大于14MΩ.cm的去离子水冲洗干净，甩干；
4)P区扩散：硅片正反两面涂上硼液态源，装上载片舟，置于1030±5℃扩散炉内，在N2和O2组成的混合气体中扩散50～60分钟，取下硅片；
5)光刻：在硅片正反两面涂100CP光刻胶，进行前烘、曝光、显影，用HF、NH4F和H2O组成的混合溶液去除窗口内SiO2；
6)镀膜：将硅片放入硫酸溶液中，去除硅片表面的光刻胶，双面蒸发TiNiAg，形成TiNiAg膜；
7)光刻：在硅片正反两面涂100CP光刻胶，进行前烘、曝光、显影，去除多余的TiNiAg膜。
4.根据权利要求3所述大功率平面结双向TVS二极管芯片的生产方法，其特征在于所述第一次氧化时，在所述N2和O2的混合气体中，N2和O2的体积比为1∶1；
所述第二次氧化时，在所述N2、H2和O2的混合气体中，N2、H2和O2的体积比为2∶1∶2；
所述第三次氧化时，在所述N2和O2的混合气体中，N2和O2的体积比为1∶1。
5.据权利要求3所述大功率平面结双向TVS二极管芯片的生产方法，其特征在于所述步骤2)中HF、NH4F和H2O组成的混合溶液中HF、NH4F和H2O的体积比为3∶6∶10。
6.据权利要求3所述大功率平面结双向TVS二极管芯片的生产方法，其特征在于所述步骤3)中，NH4OH、H2O2和H2O组成的混合电子清洗液中NH4OH、H2O2和H2O的体积比为1∶2∶5；所述HCL、H2O2和H2O组成的混合电子清洗液中HCL、H2O2和H2O的体积比为1∶2∶6。
7.据权利要求3所述大功率平面结双向TVS二极管芯片的生产方法，其特征在于所述步骤4)中，混合气体中N2和O2的体积比为1∶1。
8.据权利要求3所述大功率平面结双向TVS二极管芯片的生产方法，其特征在于所述步骤5)中，HF、NH4F和H2O组成的混合溶液中HF、NH4F和H2O的体积比为3∶6∶10。
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