CN102543722A - 一种高电压瞬态电压抑制器芯片及生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高电压瞬态电压抑制器芯片及生产工艺，采用增加辅助击穿扩散结的芯片结构，芯片主体结可使击穿电压达到250V-400V，而在芯片台面沟槽附近区域设计的辅助PN结，其击穿电压高于主体结击穿电压，使主体结区域先击穿，漏电流分布于主体结区域，而辅助结区域不发生击穿，从而解决了单扩散结结构在生产高电压芯片时的漏电大，击穿电压低，易损坏的问题，提高了高电压瞬态电压抑制器的耐压性能，同时提高瞬态电压抑制器的抗浪涌能力及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及晶体二极管芯片生产技术领域， 特别涉及一种高电压瞬态电压抑制器（TVS）芯片及生产工艺 。
背景技术
目前半导体行业内生产瞬态电压抑制器（TVS）芯片通常采用纸源两次扩散单扩散结的生产工艺。现有技术存在问题：生产瞬态电压抑制器芯片使用单个扩散结时，如果反向击穿电压达到250以上，当芯片击穿时，台面的表面电场过高，造成表面击穿先于体内击穿，击穿电流集中分布在台面附近，使台面的结温上升，容易造成芯片的损坏，所以行业内瞬态电压抑制器反向击穿电压多为250V以下，250V以上产品多采用双低压芯片串联的方式实现，这就产生一些封装外形没法实现封装和影响产品可靠性等问题。采用纸源扩散的扩散结深不平坦，导致击穿电压不够稳定，抗浪涌能力差。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，设计新的瞬态电压抑制器芯片的结构及生产工艺，这种新的结构及生产工艺在提高瞬态电压抑制器击穿电压的同时，保证了二极管的反向浪涌能力稳定性及可靠性，延长了二极管的寿命。
本发明是通过这样的技术方案实现的：一种瞬态电压抑制器（TVS）芯片生产工艺，其特征在于包括如下次序的步骤：
1） 扩散前处理：通过酸、碱、去离子水超声清洗等工序，对硅片表面进行化学处理；
2） 氧化：把经过扩散前处理的硅片在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层；
3） 光刻: 把氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影、去氧化层等工序，单向在正面，双向在两面刻出一次扩散图形；
4） 硼源一次扩散：把光刻后的硅片清洗干净，采用液态硼源放入1200～1250℃的扩散炉中进行扩散形成P+；
5） 扩散后处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使去除表面氧化层；
6）二次硼扩散：把扩散后处理的硅片清洗干净，单向采用正面液态硼源反面液态磷源，双面采用双面液态硼源，放入1200～1250℃的扩散炉中进行扩散形成P+ 及N+；
7）扩散后处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使去除表面氧化层；
8）氧化：把喷砂后经过超砂、电子清洗剂处理的硅片在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层；
9）光刻：把氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影、去氧化层等工序，刻出台面图形；
10）台面腐蚀：用混酸刻蚀台面沟槽，混酸温度控制在8～12℃，并用去离子水冲净；
11）电泳：把硅片放在配置好的电泳液中，根据台面沟槽需沉积的玻璃重量设置时间，进行电泳；
12）烧结：把电泳后的硅片在800～820℃的烧结炉中进行烧结；
13）去氧化层：用稀释的氢氟酸浸泡、去离子水超声清洗去除烧结后硅片表面氧化层；
14）镀镍、镀金：将去氧化层后的硅片在专用镀槽中进行镀镍、镀金、干燥；
15）芯片切割：用划片机把镀金后的硅片从台面沟槽处划成单个芯片。
根据上述生产工艺获得的高电压瞬态电压抑制器芯片结构为P+NN+ 单向高电压瞬态电压抑制器芯片或P+NP+双向高电压瞬态电压抑制器芯片；
芯片参数：
雪崩击穿电压 VBO 250V-400V；
反向漏电流 IR <1 μA；
结温 Tj 150℃。
根据所述方法获得其结构为P+NN+ 单向高电压瞬态电压抑制器和P+NP+双向高电压瞬态电压抑制器。
本发明的高电压瞬态电压抑制器芯片生产工艺，采用增加辅助击穿扩散结的芯片结构，芯片主体结可使击穿电压达到250V-400V，而在芯片台面沟槽附近区域设计的辅助PN结，其击穿电压高于主体结击穿电压，使主体结区域先击穿，漏电流分布于主体结区域，而辅助结区域不发生击穿，从而解决了单扩散结结构在生产高电压芯片时的漏电大，击穿电压低，易损坏的问题，提高了高电压瞬态电压抑制器的耐压性能，同时提高瞬态电压抑制器的抗浪涌能力及可靠性。
附图说明
图1为高电压瞬态电压抑制器的芯片正面结构示意图；
图2为高电压瞬态电压抑制器的芯片生产工艺流程图；
图3为单向瞬态电压抑制器的芯片剖面结构图；
图4 为双向瞬态电压抑制器的芯片剖面结构图；
图5为高电压瞬态电压抑制器的芯片光刻版单元图形A；
图6为高电压瞬态电压抑制器的芯片光刻版单元图形B。
图中：1. TVS芯片，2.台面沟槽，3.玻璃层，4.金属面：5 .二次硼扩散结，6. 一次硼扩散结，7. 材料硅片，8 .磷扩散结。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1至图6所示，高电压瞬态电压抑制器（TVS）的芯片结构分为P+NN+ 单向高电压瞬态电压抑制器或P+NP+双向高电压瞬态电压抑制器，
P+NN+ 单向高电压瞬态电压抑制器的芯片正面截层依次为： TVS芯片1，台面沟槽2，玻璃层3，金属面4；
P+NP+双向高电压瞬态电压抑制器，芯片正面截层依次为： TVS芯片1，台面沟槽2，玻璃层3，金属面4；
如图2所示，瞬态电压抑制器TVS的芯片工艺流程如下：
1）扩散前处理：通过酸、碱、去离子水超声清洗等工序，对硅片表面进行化学处理；
2）氧化：把经过扩散前处理的硅片在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层；
3）光刻: 把氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影、去氧化层等工序，单向在正面，双向在两面刻出一次扩散图形；
4）硼源一次扩散：把光刻后的硅片清洗干净，采用液态硼源放入1200～1250℃的扩散炉中进行扩散形成P+；
5）扩散后处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使去除表面氧化层；
6）二次硼扩散：把扩散后处理的硅片清洗干净，单向采用正面液态硼源反面液态磷源，双面采用双面液态硼源，放入1200～1250℃的扩散炉中进行扩散形成P+ 及N+；
7）扩散后处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使去除表面氧化层；
8）氧化：把喷砂后经过超砂、电子清洗剂处理的硅片在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层；
9）光刻：把氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影、去氧化层等工序，刻出台面图形；
10）台面腐蚀：用混酸刻蚀台面沟槽，混酸温度控制在8～12℃，并用去离子水冲净；
11）电泳：把硅片放在配置好的电泳液中，根据台面沟槽需沉积的玻璃重量设置时间，进行电泳；
12）烧结：把电泳后的硅片在800～820℃的烧结炉中进行烧结；
13）去氧化层：用稀释的氢氟酸浸泡、去离子水超声清洗去除烧结后硅片表面氧化层；
14）镀镍、镀金：将去氧化层后的硅片在专用镀槽中进行镀镍、镀金、干燥；
15）芯片切割：用划片机把镀金后的硅片从台面沟槽处划成单个芯片。
如图3、图4所示，瞬态电压抑制器（TVS）的芯片剖面结构，依次为： 二次硼扩散结5， 一次硼扩散结6， 材料硅片7， 磷扩散结8。
如图5、图6所示，瞬态电压抑制器（TVS）的芯片光刻版单元图形，一次硼扩散光刻版用于光刻一次硼扩散的区域，台面沟槽光刻板用于光刻台面沟槽腐蚀的区域。
工艺改进后的参数：
雪崩击穿电压 VBO 250V-400V
反向漏电流 IR <1 μA
结温 Tj 150℃
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
Claims (2)
1.一种高电压瞬态电压抑制器芯片生产工艺，其特征在于包括如下次序的步骤：
1）扩散前处理：通过酸、碱、去离子水超声清洗等工序，对硅片表面进行化学处理；
2）氧化：把经过扩散前处理的硅片在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层；
3）光刻: 把氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影、去氧化层等工序，单向在正面，双向在两面刻出一次扩散图形；
4）硼源一次扩散：把光刻后的硅片清洗干净，采用液态硼源放入1200～1250℃的扩散炉中进行扩散形成P+；
5）扩散后处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使去除表面氧化层；
6）二次硼扩散：把扩散后处理的硅片清洗干净，单向采用正面液态硼源反面液态磷源，双面采用双面液态硼源，放入1200～1250℃的扩散炉中进行扩散形成P+ 及N+；
7）扩散后处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使去除表面氧化层；
8）氧化：把喷砂后经过超砂、电子清洗剂处理的硅片在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层；
9）光刻：把氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影、去氧化层等工序，刻出台面图形；
10）台面腐蚀：用混酸刻蚀台面沟槽，混酸温度控制在8～12℃，并用去离子水冲净；
11）电泳：把硅片放在配置好的电泳液中，根据台面沟槽需沉积的玻璃重量设置时间，进行电泳；
12）烧结：把电泳后的硅片在800～820℃的烧结炉中进行烧结；
13）去氧化层：用稀释的氢氟酸浸泡、去离子水超声清洗去除烧结后硅片表面氧化层；
14）镀镍、镀金：将去氧化层后的硅片在专用镀槽中进行镀镍、镀金、干燥；
15）芯片切割：用划片机把镀金后的硅片从台面沟槽处划成单个芯片；
根据上述生产工艺获得的高电压瞬态电压抑制器芯片结构为P+NN+ 单向高电压瞬态电压抑制器芯片或P+NP+双向高电压瞬态电压抑制器芯片；
芯片参数为：
雪崩击穿电压 VBO 250V-400V；
反向漏电流 IR <1 μA；
结温 Tj 150℃。
2.一种高电压瞬态电压抑制器芯片，其特征在于芯片结构为P+NN+ 单向高电压瞬态电压抑制器或P+NP+双向高电压瞬态电压抑制器芯片，
P+NN+ 单向高电压瞬态电压抑制器的芯片正面截层依次为： TVS芯片（1）、台面沟槽（2）、玻璃层（3）和金属面（4）；
P+NP+双向高电压瞬态电压抑制器，芯片正面截层依次为：TVS芯片（1）、台面沟槽（2）、玻璃层（3）和金属面（4）。
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