CN103956324A - 一种具备沟道效应的瞬态电压抑制器芯片的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供一种具备沟道效应的瞬态电压抑制器芯片的生产工艺，通过气态源扩散，沟槽腐蚀，双面电泳的步骤，使结构为N+PN+高电压瞬态电压抑制器芯片，在反向状态下，耗尽层宽度和反向电压随着反向电流的增加而增加，当反向电流增加到接近Ic时，两面的耗尽层接触，从而产生沟道效应，导致等效电阻减小，拑位电压减小的现象，使反向浪涌能力得到提高，增强了二极管的可靠性和寿命，且产品具有电参数均一性好、欧姆接触更好，可靠性高的优点，避免了两次单面电泳造成的两面玻璃层厚度不均的问题，同时玻璃保护的抗应力能力强，不易损坏，进一步提高了产品的可靠性。
Description
技术领域
本发明创造涉及晶体二极管芯片生产技术领域，特别涉及一种具备沟道效应的瞬态电压抑制器芯片的生产工艺。
背景技术
瞬态电压抑制器芯片(TVS)是一种二极管形式的高效能保护器件，当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。
瞬态电压抑制器的正向特性与普通二极管相同，反向特性为典型的PN结雪崩器件。在浪涌电压的作用下，TVS两极间的电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压Vbr而被击穿。随着击穿电流的出现，流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流IPP，同时在其两端的电压被箝位到预定的最大箝位电压Vc以下。其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极间的电压也不断下降，最后恢复到初态，这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的过程。最大箝位电压Vc和最大峰值脉冲电流IPP是TVS的主要参数之一，当持续时间为20微秒的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，在其两极间出现的最大峰值电压为Vc。Vc、IPP反映了TVS器件的浪涌抑制能力。
目前半导体行业内生产瞬态电压抑制器芯片工艺主要存在以下问题：通常采用纸源扩散生产工艺，扩散工艺的均一性不好，结深控制不精准；现有的瞬态电压抑制器芯片在等效电阻不变的情况下，拑位电压随着反向浪涌电流的增加而增大，发热量增加使扩散结温度高，造成器件在较小的反向浪涌功率下热击穿，这就产生影响产品可靠性等问题。
发明内容
本发明创造要解决的问题是：通过选用P型硅片，使用气态磷源扩散，沟槽腐蚀，双面电泳的工艺步骤，使结构为N+PN+高电压瞬态电压抑制器芯片抑制反向浪涌的能力得到提高，增强了二极管的可靠性和寿命。
为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：选用P型硅片，采用如下次序的步骤：
(1)扩散前处理：通过酸、碱和去离子水超声清洗工序，对硅片表面进行清洗处理；
(2)磷源预扩：将清洗后的硅片放入使用气态磷源扩散的预扩散炉中进行扩散形成预扩N+；
(3)扩散前处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使去除表面氧化层；再通过酸、碱和去离子水超声清洗工序，对硅片表面进行处理；
(4)磷推进：将扩散前处理后的硅片放入扩散炉中推进形成N+；
(5)氧化：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使去除表面氧化层；把喷砂后经过超砂、电子清洗剂处理的硅片在氧化炉中生长氧化层；
(6)光刻：把氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影、去氧化层的工序，刻出台面图形；
(7)沟槽腐蚀：用混酸刻蚀台面沟槽，并用去离子水冲净；
(8)双面电泳：把玻璃粉沉积在硅片沟槽中进行双面电泳；
(9)烧结：把电泳后的硅片放入烧结炉中进行烧结；
(10)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；
(11)镀镍、镀金，芯片切割、测试：将去氧化层后的硅片在专用镀槽中进行镀镍、镀金、干燥；
(12)划片：用划片机把镀金后的硅片从台面沟槽处划成单个芯片并进行测试。
其中，磷源预扩步骤中扩散温度为1100～1200℃，预扩N+磷扩散结方块电阻为0.2～0.6Ω/□，结深7～12um。
其中，磷推进步骤中扩散温度为1150～1250℃，N+磷扩散结方块电阻为0.1～0.4Ω/□，结深50～60um。
其中，氧化步骤中氧化温度为1100～1200℃，氧化层厚度0.6～0.8um。
其中，沟槽腐蚀步骤中，混酸温度控制在8～12℃，沟槽深度为70～90um。
其中，双面电泳步骤中玻璃粉的层厚度为10～30um。
其中，烧结步骤中的烧结温度为800～820℃。
最终制备得到的TVS芯片的雪崩击穿电压VBO为27V～40V，拑位电压VC<VBO。
采用P型片，高浓度气态源扩散工艺，低温沟槽腐蚀，玻璃粉双面一次电泳等工艺制备得到的芯片在反向状态下，耗尽层宽度和反向电压随着反向电流的增加而增加，当反向电流增加到接近Ic(反向浪涌电流的峰值)时，两面的耗尽层接触，从而产生沟道效应，导致等效电阻减小，拑位电压减小的现象，可使芯片反抑制向浪涌能力提高，使器件在大浪涌电流下发热量少，不易被击穿，提高可靠性。
本发明创造具有的优点和积极效果是：1、使用P型片优势，P型片电阻率均一性好，使得产品的电参数均一性好；
2、使用气态源的扩散工艺优势：气态源纯度高，使得扩散的工艺均一性好，结深便于控制，而且气态源浓度高，可以达到10e19以上，欧姆接触更好，可靠性高。
3、使用双面一次电泳工艺优势：两面同时电泳一致性好，避免两次单面电泳造成的两面玻璃层厚度不均一的问题，同时玻璃保护的抗应力能力强，不易损坏，提高可靠性。
4、利用芯片产生的沟道效应，使得芯片抗反向浪涌能力提高，器件在大浪涌电流下发热量少。
附图说明
图1瞬态电压抑制器(TVS)的芯片正面结构
图2瞬态电压抑制器(TVS)工艺流程图
图3瞬态电压抑制器(TVS)的芯片剖面结构
图4瞬态电压抑制器(TVS)的芯片光刻版单元图形
图5瞬态电压抑制器(TVS)沟道效应效果图
图6气态源预扩示意图
图7气态源推进示意图
图8生长氧化层示意图
图9沟槽腐蚀示意图
图10电泳玻璃粉示意图
图11镀镍镀金示意图
图12划片示意图
图中：
1、TVS芯片 2、台面沟槽 3、玻璃层
4、金属面 5、扩散结
具体实施方式
如图1所示，瞬态电压抑制器TVS的芯片结构为N+PN+双向高电压瞬态电压抑制器。芯片正面截层依次为：1TVS芯片，2台面沟槽，3玻璃层，4金属面。
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、碱和去离子水超声清洗工序，对硅片表面进行清洗处理；
(2)磷源预扩：将清洗后的硅片放入使用气态磷源扩散的预扩散炉中进行扩散形成预扩N+，磷源预扩的扩散温度为1100～1200℃，预扩N+磷扩散结方块电阻为0.2～0.6Ω/□，结深7～12um；
(3)扩散前处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使去除表面氧化层；再通过酸、碱和去离子水超声清洗工序，对硅片表面进行处理；
(4)磷推进：将扩散前处理后的硅片放入扩散炉中推进，磷源预扩的扩散温度为1150～1250℃，N+磷扩散结方块电阻为0.1～0.4Ω/□，结深50～60um；
(5)氧化：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使去除表面氧化层；把喷砂后经过超砂、电子清洗剂处理的硅片在氧化炉中生长氧化层，氧化温度为1100～1200℃，氧化层厚度0.6～0.8um；
(6)光刻：把氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影、去氧化层的工序，刻出台面图形；
(7)沟槽腐蚀：用混酸刻蚀台面沟槽，并用去离子水冲净，混酸温度控制在8～12℃，沟槽深度为70～90um；
(8)双面电泳：把玻璃粉沉积在硅片沟槽中，玻璃粉的层厚度为10～30um；
(9)烧结：把电泳后的硅片放入烧结炉中进行烧结，烧结温度为800～820℃；
(10)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；
(11)镀镍、镀金，芯片切割、测试：将去氧化层后的硅片在专用镀槽中进行镀镍、镀金、干燥；
(12)划片：用划片机把镀金后的硅片从台面沟槽处划成单个芯片并进行测试。
测试得到的TVS芯片的雪崩击穿电压VBO为27V～40V，拑位电压VC<VBO。
图6-图12分别说明了各个主要工艺步骤的芯片结构示意图。
如图3所示，瞬态电压抑制器(TVS)的芯片剖面结构，依次为：4.金属面，3.玻璃层，5.扩散结，1.TVS芯片。
如图4所示，瞬态电压抑制器(TVS)的芯片光刻版单元图形，台面沟槽光刻板用于光刻台面沟槽腐蚀的区域。
如图5所示，瞬态电压抑制器(TVS)的沟道效应，该结构可以在反向浪涌电流增加后出现器件等效电阻减小的现象，形成沟道效应，使拑位电压减小。
实测结果显示，当反向浪涌电流达到标称的2倍时，拑位电压合格。实测结果：
以上对本发明创造的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种具备沟道效应的瞬态电压抑制器芯片的生产工艺，其特征在于：选用P型硅片，采用如下次序的步骤：
(1)扩散前处理：通过酸、碱和去离子水超声清洗工序，对硅片表面进行清洗处理；
(2)磷源预扩：将清洗后的硅片放入使用气态磷源扩散的预扩散炉中进行扩散形成预扩N+；
(3)扩散前处理：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使去除表面氧化层；再通过酸、碱和去离子水超声清洗工序，对硅片表面进行处理；
(4)磷推进：将扩散前处理后的硅片放入扩散炉中推进形成N+；
(5)氧化：用酸浸泡、去离子水超声清洗，使去除表面氧化层；把喷砂后经过超砂、电子清洗剂处理的硅片在氧化炉中生长氧化层；
(6)光刻：把氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影、去氧化层的工序，刻出台面图形；
(7)沟槽腐蚀：用混酸刻蚀台面沟槽，并用去离子水冲净；
(8)双面电泳：把玻璃粉沉积在硅片沟槽中进行双面电泳；
(9)烧结：把电泳后的硅片放入烧结炉中进行烧结；
(10)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；
(11)镀镍、镀金，芯片切割、测试：将去氧化层后的硅片在专用镀槽中进行镀镍、镀金、干燥；
(12)划片：用划片机把镀金后的硅片从台面沟槽处划成单个芯片并进行测试。
2.根据权利要求1所述的一种具备沟道效应的瞬态电压抑制器芯片的生产工艺，其特征在于：磷源预扩步骤中扩散温度为1100～1200℃，预扩N+磷扩散结方块电阻为0.2～0.6Ω/□，结深7～12um。
3.根据权利要求1所述的一种具备沟道效应的瞬态电压抑制器芯片的生产工艺，其特征在于：磷推进步骤中扩散温度为1150～1250℃，N+磷扩散结方块电阻为0.1～0.4Ω/□，结深50～60um。
4.根据权利要求1所述的一种具备沟道效应的瞬态电压抑制器芯片的生产工艺，其特征在于：氧化步骤中氧化温度为1100～1200℃，氧化层厚度0.6～0.8um。
5.根据权利要求1所述的一种具备沟道效应的瞬态电压抑制器芯片的生产工艺，其特征在于：沟槽腐蚀步骤中，混酸温度控制在8～12℃，沟槽深度为70～90um。
6.根据权利要求1所述的一种具备沟道效应的瞬态电压抑制器芯片的生产工艺，其特征在于：双面电泳步骤中玻璃粉的层厚度为10～30um。
7.根据权利要求1所述的一种具备沟道效应的瞬态电压抑制器芯片的生产工艺，其特征在于：烧结步骤中的烧结温度为800～820℃。
8.根据权利要求1所述的一种具备沟道效应的瞬态电压抑制器芯片的生产工艺，其特征在于：所制备的芯片的雪崩击穿电压VBO为27V～40V，拑位电压VC<VBO。
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