CN107833834A - 一种瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法。本发明的工艺步骤中，通过化学抛光和热处理吸杂处理衬底硅片以降低衬底硅片表面缺陷及体内缺陷，通过一次退火处理得到10‑50um的近表面清洁区，达到减小漏电流的作用；通过退火处理使得电压降低一倍，因为电压越高，漏电越大，所以通过退火能够明显降低电压减小漏电流；通过本发明技术方案制造的瞬态电压抑制二极管芯片，其漏电流可以降低至l0uA以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法。
背景技术
现有的瞬态电压抑制二极管具有以下缺陷：
（1）普通低压瞬态抑制二极管要减小漏电流，就要在满足功率的情况下减小芯片面积，台面瞬态抑制二极管，因为存在沟槽，产品面积较大，随着面积的增大反向漏电流也随着增大；
（2）普通平面低压瞬态抑制PN 结反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿，一般两种击穿同时存在，但在电压低于7V 时的击穿以齐纳击穿为主，而电压高于7V 时的击穿以雪崩击穿为主，击穿电压 > l0V 的 TVS 主要击穿模式为雪崩击穿，反向漏电流 IR< lmA,随击穿电压的降低，击穿模式逐步向齐纳击穿转变，其反向漏电流也会急剧增加，击穿电压在 <7V 时，IR 通常会在 lmA 左右，其工作能耗较大，并严重影响工作电路的稳定性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种有效降低反向漏电流的低电压低漏电平面瞬态抑制二极管芯片的制造方法。
本发明的具体技术方案如下：
一种瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法，包括以下步骤：
a、选用0.001-0.014Ω·cm的N型晶向单晶硅衬底硅片，对衬底硅片一次清洗；
b、对完成步骤a的衬底硅片依次进行化学抛光、热处理吸杂和衬底硅片二次清洗；
c、对完成步骤b的衬底硅片依次进行初始氧化、基区光刻、硼扩散处理、一次退火处理、引线孔光刻、衬底硅片Al金属蒸发、正面金属光刻和二次退火处理；
d、对完成步骤d的衬底硅片采用HF：H2O=1:10的清洗液清洗120±10s，超声波清洗1-2min，再采用HF：H2O=1:10的清洗液清洗20±2s；
e、对完成步骤d的衬底硅片依次进行Ti金属蒸发、Ni金属蒸发和Ag金属蒸发；
f、对完成步骤e的衬底硅片依次进行正面金属光刻、正面金属腐蚀、正面金属去胶和正面金属合金；
g、对完成正面金属合金的衬底硅片进行电性测试、减薄、背面去应力腐蚀，划片入库。
所述步骤b中化学抛光的具体步骤为：
衬底硅片采用HNO3：HF：CH3COOH：H2O =5：1：3：20的化学腐蚀液在12-18℃腐蚀10±1min，清洗干净甩干。
所述步骤b中热处理吸杂的具体步骤为：
衬底硅片采用NH3H2O:H2O2:H2O=1:1:5的清洗液和HCL:H2O2:H2O =1:1:5的清洗液在75±5℃各清洗10min，使用清水冲水10±1min，甩干；将清洗干净的衬底硅片放入石英舟，舟速20±1cm/s进舟至石英炉管内并盖好磨口，在750±3℃向石英炉管内通入氮气30±1min，氮气通入量6±1L/min，石英炉管温度由750℃提升至1050℃，保持1050±3℃的石英炉管温度60±1min，降温至950±3℃并保持30±1min，再升温至1250±3℃，在1250±3℃向石英炉管内通入三氯乙烷蒸汽30±1min，再向石英炉管内通入氧气60±1min，所述三氯乙烷通入量为80±1L/min，将石英炉管温度降至750℃，取下磨口，舟速20±1cm/s出舟取片。
所述步骤c中一次退火处理的具体步骤为：
将完成硼扩散处理的衬底硅片放入石英炉管中，在750±3℃通入氮气80±1min，氮气通入量6±1L/min，同时将石英炉管温度由750℃升提至1150℃，温度保持在1150±3℃，停止氮气改通氧气，氧气通入1 0±1min后，改通氧气和氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为240±1min，其中氧气通入速度为3.5±1 L/min，氢气通入速度为6.5±1 L/min，氢氧合成结束后再通入氧气20±1min，其中氧气通入速度为3.5±1 L/min，然后通入三氯乙烷蒸汽10±1min，其中三氯乙烷蒸汽通入速度为80±1 L/min，再通氧气140±1min，将石英炉管温度降至750℃，取下磨口，舟速20±1cm/s出舟取片。
所述步骤c中二次退火处理的具体步骤为：
将完成正面金属光刻的衬底硅片放入石英炉管中，向石英炉管内通入氮气并提升石英炉管温度至975℃，石英炉管升温时间为5±1s，氮气通入速度4L/min，保持975℃的石英炉管温度25±1s，将石英炉管温度降至150±5℃停止氮气通入，出舟取片。
本发明具有以下有益效果：
本发明的工艺步骤中，通过化学抛光和热处理吸杂处理衬底硅片以降低衬底硅片表面缺陷及体内缺陷，通过一次退火处理得到 10到50um 的近表面清洁区（将缺陷推深10到50um），达到减小漏电流的作用；通过退火处理使得电压降低一倍，因为电压越高，漏电越大，所以通过本发明的退火步骤能够明显降低电压，减小漏电流；通过本发明技术方案制造的瞬态电压抑制二极管芯片，其漏电流可以降低至 l0uA 以下，由附图1和图2可以看出，常规瞬态电压抑制二极管芯片漏电流曲线较为弯曲，其漏电流较大，而采用本发明的制造方法生产的瞬态电压抑制二极管芯片，其漏电流曲线平直，漏电流小。
附图说明
图1为常规瞬态电压抑制二极管芯片漏电流曲线图；
图2为本发明的制造方法生产的瞬态电压抑制二极管芯片漏电流曲线图；
图中，I漏电流，V电压。
具体实施方式
实施例1
一种瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法，包括以下步骤：
a、选用0.001Ω·cm的N型晶向单晶硅衬底硅片，对衬底硅片一次清洗；
b、对完成步骤a的衬底硅片依次进行化学抛光、热处理吸杂和衬底硅片二次清洗；
c、对完成步骤b的衬底硅片依次进行初始氧化、基区光刻、硼扩散处理、一次退火处理、引线孔光刻、衬底硅片Al金属蒸发、正面金属光刻和二次退火处理；
d、对完成步骤d的衬底硅片采用HF：H2O=1:10的清洗液清洗110，超声波清洗1min，再采用HF：H2O=1:10的清洗液清洗18s；
e、对完成步骤d的衬底硅片依次进行Ti金属蒸发、Ni金属蒸发和Ag金属蒸发；
f、对完成步骤e的衬底硅片依次进行正面金属光刻、正面金属腐蚀、正面金属去胶和正面金属合金；
g、对完成正面金属合金的衬底硅片进行电性测试、减薄、背面去应力腐蚀，划片入库。
所述步骤b中化学抛光的具体步骤为：
衬底硅片采用HNO3：HF：CH3COOH：H2O =5：1：3：20的化学腐蚀液在12℃腐蚀9min，清洗干净甩干。
所述步骤b中热处理吸杂的具体步骤为：
衬底硅片采用NH3H2O:H2O2:H2O=1:1:5的清洗液和HCL:H2O2:H2O =1:1:5的清洗液在70℃各清洗10min，使用清水冲水9钟，甩干；将清洗干净的衬底硅片放入石英舟，舟速19/s进舟至石英炉管内并盖好磨口，在747℃石英炉管内通入氮气29min，氮气通入量5L/min，石英炉管温度由750℃提升至1050℃，保持1047石英炉管温度59min，降温至947℃并保持29min，再升温至1247℃，在1247℃向石英炉管内通入三氯乙烷蒸汽29min，再向石英炉管内通入氧气59min，所述三氯乙烷通入量为79L/min，将石英炉管温度降至750℃，取下磨口，舟速19cm/s出舟取片。
所述步骤c中一次退火处理的具体步骤为：
将完成硼扩散处理的衬底硅片放入石英炉管中，在747℃通入氮气79min，氮气通入量5L/min，同时将石英炉管温度由750℃升提至1150℃，温度保持在1147℃，停止氮气改通氧气，氧气通入9min后，改通氧气和氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为239min，其中氧气通入速度为2.5 L/min，氢气通入速度为5.5L/min，氢氧合成结束后再通入氧气19min，其中氧气通入速度为2.5L/min，然后通入三氯乙烷蒸汽9min，其中三氯乙烷蒸汽通入速度为79 L/min，再通氧气139min，将石英炉管温度降至750℃，取下磨口，舟速19cm/s出舟取片。
所述步骤c中二次退火处理的具体步骤为：
将完成正面金属光刻的衬底硅片放入石英炉管中，向石英炉管内通入氮气并提升石英炉管温度至975℃，石英炉管升温时间为4s，氮气通入速度4L/min，保持975℃的石英炉管温度24s，将石英炉管温度降至145℃停止氮气通入，出舟取片。
实施例2
一种瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法，包括以下步骤：
a、选用0.010Ω·cm的N型晶向单晶硅衬底硅片，对衬底硅片一次清洗；
b、对完成步骤a的衬底硅片依次进行化学抛光、热处理吸杂和衬底硅片二次清洗；
c、对完成步骤b的衬底硅片依次进行初始氧化、基区光刻、硼扩散处理、一次退火处理、引线孔光刻、衬底硅片Al金属蒸发、正面金属光刻和二次退火处理；
d、对完成步骤d的衬底硅片采用HF：H2O=1:10的清洗液清洗120s，超声波清洗1min，再采用HF：H2O=1:10的清洗液清洗20s；
e、对完成步骤d的衬底硅片依次进行Ti金属蒸发、Ni金属蒸发和Ag金属蒸发；
f、对完成步骤e的衬底硅片依次进行正面金属光刻、正面金属腐蚀、正面金属去胶和正面金属合金；
g、对完成正面金属合金的衬底硅片进行电性测试、减薄、背面去应力腐蚀，划片入库。
所述步骤b中化学抛光的具体步骤为：
衬底硅片采用HNO3：HF：CH3COOH：H2O =5：1：3：20的化学腐蚀液在15℃腐蚀10min，清洗干净甩干。
所述步骤b中热处理吸杂的具体步骤为：
衬底硅片采用NH3H2O:H2O2:H2O=1:1:5的清洗液和HCL:H2O2:H2O =1:1:5的清洗液在75℃各清洗10min，使用清水冲水10min，甩干；将清洗干净的衬底硅片放入石英舟，舟速20cm/s进舟至石英炉管内并盖好磨口，在750℃向石英炉管内通入氮气30min，氮气通入量6L/min，石英炉管温度由750℃提升至1050℃，保持1050±3℃的石英炉管温度60min，降温至950℃并保持30min，再升温至1250℃，在1250℃向石英炉管内通入三氯乙烷蒸汽30min，再向石英炉管内通入氧气60min，所述三氯乙烷通入量为80L/min，将石英炉管温度降至750℃，取下磨口，舟速20cm/s出舟取片。
所述步骤c中一次退火处理的具体步骤为：
将完成硼扩散处理的衬底硅片放入石英炉管中，在750℃通入氮气80min，氮气通入量6L/min，同时将石英炉管温度由750℃升提至1150℃，温度保持在1150℃，停止氮气改通氧气，氧气通入10min后，改通氧气和氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为240min，其中氧气通入速度为3.5L/min，氢气通入速度为6.5L/min，氢氧合成结束后再通入氧气20min，其中氧气通入速度为3.5L/min，然后通入三氯乙烷蒸汽10min，其中三氯乙烷蒸汽通入速度为80L/min，再通氧气140min，将石英炉管温度降至750℃，取下磨口，舟速20cm/s出舟取片。
所述步骤c中二次退火处理的具体步骤为：
将完成正面金属光刻的衬底硅片放入石英炉管中，向石英炉管内通入氮气并提升石英炉管温度至975℃，石英炉管升温时间为5s，氮气通入速度4L/min，保持975℃的石英炉管温度25s，将石英炉管温度降至150℃停止氮气通入，出舟取片。
实施例3
一种瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法，包括以下步骤：
a、选用0.014Ω·cm的N型晶向单晶硅衬底硅片，对衬底硅片一次清洗；
b、对完成步骤a的衬底硅片依次进行化学抛光、热处理吸杂和衬底硅片二次清洗；
c、对完成步骤b的衬底硅片依次进行初始氧化、基区光刻、硼扩散处理、一次退火处理、引线孔光刻、衬底硅片Al金属蒸发、正面金属光刻和二次退火处理；
d、对完成步骤d的衬底硅片采用HF：H2O=1:10的清洗液清洗130s，超声波清洗1-2min，再采用HF：H2O=1:10的清洗液清洗22s；
e、对完成步骤d的衬底硅片依次进行Ti金属蒸发、Ni金属蒸发和Ag金属蒸发；
f、对完成步骤e的衬底硅片依次进行正面金属光刻、正面金属腐蚀、正面金属去胶和正面金属合金；
g、对完成正面金属合金的衬底硅片进行电性测试、减薄、背面去应力腐蚀，划片入库。
所述步骤b中化学抛光的具体步骤为：
衬底硅片采用HNO3：HF：CH3COOH：H2O =5：1：3：20的化学腐蚀液在12-18℃腐蚀10±1min，清洗干净甩干。
所述步骤b中热处理吸杂的具体步骤为：
衬底硅片采用NH3H2O:H2O2:H2O=1:1:5的清洗液和HCL:H2O2:H2O =1:1:5的清洗液在75±5℃各清洗10min，使用清水冲水11min，甩干；将清洗干净的衬底硅片放入石英舟，舟速21cm/s进舟至石英炉管内并盖好磨口，在753℃向石英炉管内通入氮气31min，氮气通入量7L/min，石英炉管温度由750℃提升至1050℃，保持1050±3℃的石英炉管温度60±1min，降温至950±3℃并保持30±1min，再升温至1250±3℃，在1250±3℃向石英炉管内通入三氯乙烷蒸汽30±1min，再向石英炉管内通入氧气60±1min，所述三氯乙烷通入量为80±1L/min，将石英炉管温度降至750℃，取下磨口，舟速20±1cm/s出舟取片。
所述步骤c中一次退火处理的具体步骤为：
将完成硼扩散处理的衬底硅片放入石英炉管中，在753℃通入氮气81min，氮气通入量7L/min，同时将石英炉管温度由750℃升提至1150℃，温度保持在1153℃，停止氮气改通氧气，氧气通入11min后，改通氧气和氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为241min，其中氧气通入速度为4.5 L/min，氢气通入速度为7.5 L/min，氢氧合成结束后再通入氧气21min，其中氧气通入速度为4.5 L/min，然后通入三氯乙烷蒸汽11min，其中三氯乙烷蒸汽通入速度为81 L/min，再通氧气141min，将石英炉管温度降至750℃，取下磨口，舟速21cm/s出舟取片。
所述步骤c中二次退火处理的具体步骤为：
将完成正面金属光刻的衬底硅片放入石英炉管中，向石英炉管内通入氮气并提升石英炉管温度至975℃，石英炉管升温时间为6s，氮气通入速度4L/min，保持975℃的石英炉管温度26s，将石英炉管温度降至155℃停止氮气通入，出舟取片。
Claims (5)
1.一种瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、选用0.001-0.014Ω·cm的N型晶向单晶硅衬底硅片，对衬底硅片一次清洗；
b、对完成步骤a的衬底硅片依次进行化学抛光、热处理吸杂和衬底硅片二次清洗；
c、对完成步骤b的衬底硅片依次进行初始氧化、基区光刻、硼扩散处理、一次退火处理、引线孔光刻、衬底硅片Al金属蒸发、正面金属光刻和二次退火处理；
d、对完成步骤d的衬底硅片采用HF：H2O=1:10的清洗液清洗120±10s，超声波清洗1-2min，再采用HF：H2O=1:10的清洗液清洗20±2s；
e、对完成步骤d的衬底硅片依次进行Ti金属蒸发、Ni金属蒸发和Ag金属蒸发；
f、对完成步骤e的衬底硅片依次进行正面金属光刻、正面金属腐蚀、正面金属去胶和正面金属合金；
g、对完成正面金属合金的衬底硅片进行电性测试、减薄、背面去应力腐蚀，划片入库。
2.如权利要求1所述一种瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤b中化学抛光的具体步骤为：
衬底硅片采用HNO3：HF：CH3COOH：H2O =5：1：3：20的化学腐蚀液在12-18℃腐蚀10±1min，清洗干净甩干。
3.如权利要求1所述一种瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤b中热处理吸杂的具体步骤为：
衬底硅片采用NH3H2O:H2O2:H2O=1:1:5的清洗液和HCL:H2O2:H2O =1:1:5的清洗液在75±5℃各清洗10min，使用清水冲水10±1min，甩干；将清洗干净的衬底硅片放入石英舟，舟速20±1cm/s进舟至石英炉管内并盖好磨口，在750±3℃向石英炉管内通入氮气30±1min，氮气通入量6±1L/min，石英炉管温度由750℃提升至1050℃，保持1050±3℃的石英炉管温度60±1min，降温至950±3℃并保持30±1min，再升温至1250±3℃，在1250±3℃向石英炉管内通入三氯乙烷蒸汽30±1min，再向石英炉管内通入氧气60±1min，所述三氯乙烷通入量为80±1L/min，将石英炉管温度降至750℃，取下磨口，舟速20±1cm/s出舟取片。
4.如权利要求1所述一种瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤c中一次退火处理的具体步骤为：
将完成硼扩散处理的衬底硅片放入石英炉管中，在750±3℃通入氮气80±1min，氮气通入量6±1L/min，同时将石英炉管温度由750℃升提至1150℃，温度保持在1150±3℃，停止氮气改通氧气，氧气通入10±1min后，改通氧气和氢气进行氢氧合成，氢氧合成时间为240±1min，其中氧气通入速度为3.5±1 L/min，氢气通入速度为6.5±1 L/min，氢氧合成结束后再通入氧气20±1min，其中氧气通入速度为3.5±1 L/min，然后通入三氯乙烷蒸汽10±1min，其中三氯乙烷蒸汽通入速度为80±1 L/min，再通氧气140±1min，将石英炉管温度降至750℃，取下磨口，舟速20±1cm/s出舟取片。
5.如权利要求1所述一种瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤c中二次退火处理的具体步骤为：
将完成正面金属光刻的衬底硅片放入石英炉管中，向石英炉管内通入氮气并提升石英炉管温度至975℃，石英炉管升温时间为5±1s，氮气通入速度4L/min，保持975℃的石英炉管温度25±1s，将石英炉管温度降至150±5℃停止氮气通入，出舟取片。
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