CN117832289A - 新型tvs晶粒结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型TVS晶粒结构及其制备方法,属于半导体元件技术领域,包括N‑基板,所述N‑基板的上下两侧分别设有P+层和N+层,所述N‑基板的上方形成有沟槽,所述沟槽贯穿P+层,所述沟槽的槽体的表面设有二氧化硅层,二氧化硅的上方设有玻璃层,所述玻璃层的上方设有低温氧化层。本发明通过选择研磨片当底材、采用纸源及单沟刀刮法结构进行掺杂工艺、选择适当的金属堆叠结构并进行热氧化处理,实现了无需无尘室、无晶圆减薄工艺和单一生产流程制备的晶粒结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型TVS晶粒结构及其制备方法,属于半导体元件技术领域。
背景技术
半导体器件指以半导体材料(Si、Ge、SIC等)为基材,通过光罩、氧化、蚀刻、封装等一系列制造工艺制成的器件。在线路中可实现一定的功能,如控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。
半导体在线路中的作用相当于电子开关,能省力控制线路中的电荷。TVS晶粒为半导体元件的一种,用于制造TVS瞬态电压抑制器,当TVS管经受瞬间冲击时,它能以极高的速度使其阻抗骤然降低,将其两端间的电压箝位下来,从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。TVS瞬态电压抑制器的关键参数包括:
反向击穿电压 Reverse Breakdown Voltage :VBR【-】
反向工作电压 Reverse working stand-off Voltage : VRWM【-】
测试电流 Test current:IT 【-】
反向钳位电压 Clamping vlotage:VC 【↓】
脉冲电流 Peak pulse current:Ipp 【↑】
吸收功率 Peak pulse power :Ppp
现有的封装领域中,常常需要使用无尘室和晶圆减薄工艺来制备底材以满足封装要求,然而,这些传统工艺不仅成本高昂,而且存在应力残留和污染的问题。因此,有必要提供一种无需无尘室、无晶圆减薄工艺和单一生产流程的制备的新型TVS晶粒结构和制备方法。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种新型TVS晶粒结构及其制备方法,解决了现有技术中出现的问题。
本发明所述的新型TVS晶粒结构,包括N-基板,所述N-基板的上下两侧分别设有P+层和N+层,所述N-基板的上方形成有沟槽,所述沟槽贯穿P+层,所述沟槽的槽体的表面设有二氧化硅层,二氧化硅层的上方设有玻璃层,所述玻璃层的上方设有低温氧化层。
进一步的,P+层和N+层的外部设有金属层。
进一步的,金属层的金属结构包括Ni和Au。
本发明所述的一种新型TVS晶粒结构,包括N-基板,所述N-基板的上下两侧分别设有P+层,所述N-基板的上下两侧设有沟槽,所述沟槽上下对称分布,所述沟槽的槽体的表面设有二氧化硅层,二氧化硅层的上方设有玻璃层,所述玻璃层的上方设有低温氧化层。
进一步的,沟槽的宽度为8~13 mil。
进一步的,TVS晶粒结构的面积为50-370 mil。
进一步的,TVS晶粒结构的IPP能力为标准TVS晶粒结构的140%。
本发明所述的一种新型TVS晶粒结构的制备方法,包括以下步骤:
S1:选择研磨片作为底材,进行晶粒结构制备;
S2:采用纸源进行掺杂工艺设计以及采用单沟刀刮法结构;
S3:选择适当的金属堆叠结构,设计为Ni-Ni-Au金属堆叠结构,以满足封装要求;
S4:无需进行晶圆减薄工艺,只需使用热氧化制程来避免残留应力和污染。
进一步的,步骤S1中晶粒结构制备具体包括以下子步骤:
S11:对硅片进行激光刻号标示,进行硼和磷纸的焊接和沉积;
S12:对硅片进行分离并进行热氧化处理;
S13:对氧化物去除,扩散期间防止晶圆粘连;
S14:进行表面硼预积,硅片分离,为光刻胶提供良好的黏着层;
S15:通过光阻遮蔽针对沟槽位置进行刻蚀,进行沟槽深度和宽度测量;
S16:进行氧化层移除,后续进行清洗;
S17:刮制玻璃粉末涂层到沟槽,后续进行玻璃层烧制,并进行外观检查和电特性检查;
S18:进行低温氧化层沉积;
S19:进行焊接用金属层制作,经过两次镀镍及后续镀金,形成镍金镀层;
S20:进行外观检查,完成制作。
本发明与现有技术相比,具有如下有益效果:本发明所述的新型TVS晶粒结构及其制备方法,本发明通过选择研磨片当底材、采用纸源及单沟刀刮法结构进行掺杂工艺、选择适当的金属堆叠结构并进行热氧化处理,实现了无需无尘室、无晶圆减薄工艺和单一生产流程的制备方法。通过本制程制造出的TVS晶粒结构的核心面积为50-370 mil,TVS晶粒结构IPP能力为标准TVS晶粒结构的140%,在相同晶粒尺寸的基础上具有更高的IPP能力,沟槽位置的晶圆厚度很薄,厚度接近一根头发。
具有以下优点效果:
1. 成本低廉:无需使用昂贵的无尘室和晶圆减薄工艺设备。
2. 降低应力残留和污染:采用热氧化处理来避免应力残留和污染问题。
3. 简化制备过程:通过单一生产流程,简化了制备过程,提高了效率。解决了现有技术中存在的问题。
附图说明
图1为本发明新型TVS晶粒结构第一种实施方式的结构图;
图2为本发明新型TVS晶粒结构第二种实施方式的结构图;
图3为本发明新型TVS晶粒结构中沟槽的放大结构图;
图4为本发明新型TVS晶粒结构制备方法中步骤S11的表示图;
图5为本发明新型TVS晶粒结构制备方法中步骤S12的表示图;
图6为本发明新型TVS晶粒结构制备方法中步骤S13、S14的表示图;
图7为本发明新型TVS晶粒结构制备方法中步骤S15的表示图;
图8为本发明新型TVS晶粒结构制备方法中步骤S16的表示图;
图9为本发明新型TVS晶粒结构制备方法中步骤S17的表示图;
图10为本发明新型TVS晶粒结构制备方法中步骤S18、S19的表示图;
图11为本发明实施例1中新型TVS晶粒结构的制备流程图;
图12为本发明实施例2中新型TVS晶粒结构的制备流程图;
图中:1、金属层; 2、低温氧化层; 3、玻璃层; 4、P+层; 5、二氧化硅层; 6、N-基板; 7、N+层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明:
实施例1:
如图1和图3所示,本发明所述的新型TVS晶粒结构,包括N-基板6,所述N-基板6的上下两侧分别设有P+层4和N+层7,所述N-基板6的上方形成有沟槽,所述沟槽贯穿P+层4,所述沟槽的槽体的表面设有二氧化硅层5,二氧化硅层5的上方设有玻璃层3,所述玻璃层3的上方设有低温氧化层2。
具体的,P+层4和N+层7的外部设有金属层1。
具体的,金属层1的金属结构包括Ni和Au。
本实施例的TVS晶粒结构可构装成各种形式的TVS元件进行使用。
实施例2:
如图2和图3所示,本发明所述的新型TVS晶粒结构,包括N-基板6,N-基板6的上下两侧分别设有P+层4,N-基板6的上下两侧设有沟槽,沟槽上下对称分布,沟槽的槽体的表面设有二氧化硅层5,二氧化硅层5的上方设有玻璃层3,玻璃层3的上方设有低温氧化层2。
具体的,沟槽的宽度为8~13 mil。
具体的,TVS晶粒结构的核心面积为50-370 mil。
具体的,TVS晶粒结构的容量为25000 pcs /month。
本实施例的TVS晶粒结构可构装成各种形式的TVS元件进行使用。
实施例3:
本发明所述的新型TVS晶粒结构的制备方法,包括以下步骤:
S1:选择研磨片作为底材,由于研磨片具有一定的粗糙度,可以防止刮伤,无需使用无尘室;
S2:采用纸源及单沟刀刮法结构进行掺杂工艺,以提高材料的性能;
S3:选择适当的金属堆叠结构,设计为Ni-Ni-Au结构,以满足封装要求;
S4:无需进行晶圆减薄工艺,避免产生应力残留和污染,只需使用热氧化制程来避免残留应力和污染;
S5:设计单一生产流程,无需使用金属炉设备,简化制备过程。
还包括晶粒结构制备步骤,如图4-图10所示,以实施例1中的单沟单向TVS晶粒为例具体说明一下制备步骤:
S11:对硅片进行激光清洗,进行硼和磷纸的焊接和沉积;
S12:对硅片进行分离并进行热氧化处理;
S13:对氧化物去除硼皮,扩散期间防止晶元粘连;
S14:进行表面硼制作,硅片分离,为光刻胶提供良好的黏着层;
S15:通过格栅对沟槽进行刻蚀,进行沟槽深度和宽度测量;
S16:进行氧化拔除,对试片进行清洗;
S17:在沟槽中刮制玻璃粉末涂层,进行玻璃层烧制,并进行外观检查和电特性检查;
S18:进行低温氧化层沉积;
S19:进行金属层制作,经过两侧镀镍,形成镍金属镀层,
S20:进行外观检查,完成制作。
本发明提供的制备方法可以采用以下步骤具体实施:
1. 准备研磨片作为底材,并确保其具有一定的粗糙度。
2. 采用纸源及单沟刀刮法结构进行掺杂工艺,控制掺杂量和深度。
3. 根据封装要求选择适当的金属堆叠结构,如Ni-Ni-Au。
其中Ni的厚度设计为0.344um,Au的厚度设计为0.144um。
4. 将底材进行热氧化处理,以避免应力残留和污染。
5. 设计合理的生产流程,并确保不需要使用金属炉等设备。
制备方法的具体应用实例如下:
图11为实施例1中新型TVS晶粒结构的制备流程图,为单沟单向制程。按照图中箭头的顺序依次进行,图中数字表示工作中对应的工艺编号。
图12为实施例2中新型TVS晶粒结构的制备流程图,为单沟双向制程,按照图中箭头的顺序依次进行。
通过本制程制造出的TVS晶粒结构的核心面积为50-370 mil。TVS晶粒结构IPP能力为标准TVS晶粒结构的140%,在相同晶粒尺寸的基础上具有更高的IPP能力,沟槽位置的晶圆厚度很薄,厚度接近一根头发,全面提升了性能。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种新型TVS晶粒结构,其特征在于:包括N-基板(6),所述N-基板(6)的上下两侧分别设有P+层(4)和N+层(7),所述N-基板(6)的上方形成有沟槽,所述沟槽贯穿P+层(4),所述沟槽的槽体的表面设有二氧化硅层(5),二氧化硅层(5)的上方设有玻璃层(3),所述玻璃层(3)的上方设有低温氧化层(2)。
2.根据权利要求1所述的新型TVS晶粒结构,其特征在于:所述的P+层(4)和N+层(7)的外部设有金属层(1)。
3.根据权利要求2所述的新型TVS晶粒结构,其特征在于:所述的金属层(1)的金属结构包括Ni和Au。
4.一种新型TVS晶粒结构,其特征在于:包括N-基板(6),所述N-基板(6)的上下两侧分别设有P+层(4),所述N-基板(6)的上下两侧设有沟槽,所述沟槽上下对称分布,所述沟槽的槽体的表面设有二氧化硅层(5),二氧化硅层(5)的上方设有玻璃层(3),所述玻璃层(3)的上方设有低温氧化层(2)。
5.根据权利要求1或4所述的新型TVS晶粒结构,其特征在于:所述的沟槽的宽度为8~13mil。
6.根据权利要求1或4所述的新型TVS晶粒结构,其特征在于:所述的TVS晶粒结构的面积为50-370 mil。
7.根据权利要求1或4所述的新型TVS晶粒结构,其特征在于:所述的TVS晶粒结构的IPP能力为标准TVS晶粒结构的140%。
8.一种新型TVS晶粒结构的制备方法,基于权利要求1-7任一所述的新型TVS晶粒结构,其特征在于,所述的方法包括以下步骤:
S1:选择研磨片作为底材,进行晶粒结构制备;
S2:采用纸源进行掺杂工艺设计以及采用单沟刀刮法结构;
S3:选择适当的金属堆叠结构,设计为Ni-Ni-Au金属堆叠结构,以满足封装要求;
S4:无需进行晶圆减薄工艺,只需使用热氧化制程来避免残留应力和污染。
9.根据权利要求8所述的新型TVS晶粒结构的制备方法,其特征在于,所述的步骤S1中晶粒结构制备具体包括以下子步骤:
S11:对硅片进行激光刻号标示,进行硼和磷纸的焊接和沉积;
S12:对硅片进行分离并进行热氧化处理;
S13:对氧化物去除,扩散期间防止晶圆粘连;
S14:进行表面硼预积,硅片分离,为光刻胶提供良好的黏着层;
S15:通过光阻遮蔽针对沟槽位置进行刻蚀,进行沟槽深度和宽度测量;
S16:进行氧化层移除,后续进行清洗;
S17:刮制玻璃粉末涂层到沟槽,后续进行玻璃层烧制,并进行外观检查和电特性检查;
S18:进行低温氧化层沉积;
S19:进行焊接用金属层制作,经过两次镀镍及后续镀金,形成镍金镀层;
S20:进行外观检查,完成制作。
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