一種具備溝道效應(yīng)的瞬態(tài)電壓抑制器芯片的生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明創(chuàng)造提供一種具備溝道效應(yīng)的瞬態(tài)電壓抑制器芯片的生產(chǎn)工藝，通過(guò)氣態(tài)源擴(kuò)散，溝槽腐蝕，雙面電泳的步驟，使結(jié)構(gòu)為N+PN+高電壓瞬態(tài)電壓抑制器芯片，在反向狀態(tài)下，耗盡層寬度和反向電壓隨著反向電流的增加而增加，當(dāng)反向電流增加到接近Ic時(shí)，兩面的耗盡層接觸，從而產(chǎn)生溝道效應(yīng)，導(dǎo)致等效電阻減小，拑位電壓減小的現(xiàn)象，使反向浪涌能力得到提高，增強(qiáng)了二極管的可靠性和壽命，且產(chǎn)品具有電參數(shù)均一性好、歐姆接觸更好，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，避免了兩次單面電泳造成的兩面玻璃層厚度不均的問(wèn)題，同時(shí)玻璃保護(hù)的抗應(yīng)力能力強(qiáng)，不易損壞，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的可靠性。
【專利說(shuō)明】一種具備溝道效應(yīng)的瞬態(tài)電壓抑制器芯片的生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造涉及晶體二極管芯片生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種具備溝道效應(yīng)的瞬態(tài)電壓抑制器芯片的生產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]瞬態(tài)電壓抑制器芯片(TVS)是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件，當(dāng)TVS 二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以10-12秒量級(jí)的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。
[0003]瞬態(tài)電壓抑制器的正向特性與普通二極管相同，反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。在浪涌電壓的作用下，TVS兩極間的電壓由額定反向關(guān)斷電壓VWM上升到擊穿電壓Vbr而被擊穿。隨著擊穿電流的出現(xiàn)，流過(guò)TVS的電流將達(dá)到峰值脈沖電流IPP，同時(shí)在其兩端的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓Vc以下。其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到初態(tài)，這就是TVS抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護(hù)電子元器件的過(guò)程。最大箝位電壓Vc和最大峰值脈沖電流IPP是TVS的主要參數(shù)之一，當(dāng)持續(xù)時(shí)間為20微秒的脈沖峰值電流IPP流過(guò)TVS時(shí)，在其兩極間出現(xiàn)的最大峰值電壓為Vc。Vc、IPP反映了 TVS器件的浪涌抑制能力。
[0004]目前半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)瞬態(tài)電壓抑制器芯片工藝主要存在以下問(wèn)題:通常采用紙?jiān)磾U(kuò)散生產(chǎn)工藝，擴(kuò)散工藝的均一性不好，結(jié)深控制不精準(zhǔn)；現(xiàn)有的瞬態(tài)電壓抑制器芯片在等效電阻不變的情況下，柑位電壓隨著反向浪涌電流的增加而增大，發(fā)熱量增加使擴(kuò)散結(jié)溫度高，造成器件在較小的反向浪涌功率下熱擊穿，這就產(chǎn)生影響產(chǎn)品可靠性等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明創(chuàng)造要解決的問(wèn)題是:通過(guò)選用P型硅片，使用氣態(tài)磷源擴(kuò)散，溝槽腐蝕，雙面電泳的工藝步驟，使結(jié)構(gòu)為N+PN+高電壓瞬態(tài)電壓抑制器芯片抑制反向浪涌的能力得到提高，增強(qiáng)了二極管的可靠性和壽命。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案是:選用P型硅片，采用如下次序的步驟:
[0007](I)擴(kuò)散前處理:通過(guò)酸、堿和去離子水超聲清洗工序，對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗處理；
[0008](2)磷源預(yù)擴(kuò):將清洗后的硅片放入使用氣態(tài)磷源擴(kuò)散的預(yù)擴(kuò)散爐中進(jìn)行擴(kuò)散形成預(yù)擴(kuò)N+ ；
[0009](3)擴(kuò)散前處理:用酸浸泡、去離子水超聲清洗，使去除表面氧化層；再通過(guò)酸、堿和去離子水超聲清洗工序，對(duì)硅片表面進(jìn)行處理；
[0010](4)磷推進(jìn):將擴(kuò)散前處理后的硅片放入擴(kuò)散爐中推進(jìn)形成N+ ；
[0011](5)氧化:用酸浸泡、去離子水超聲清洗，使去除表面氧化層；把噴砂后經(jīng)過(guò)超砂、電子清洗劑處理的硅片在氧化爐中生長(zhǎng)氧化層；
[0012](6)光刻:把氧化后的硅片進(jìn)行涂膠、曝光、顯影、去氧化層的工序，刻出臺(tái)面圖形；
[0013](7)溝槽腐蝕:用混酸刻蝕臺(tái)面溝槽,并用去離子水沖凈；
[0014](8)雙面電泳:把玻璃粉沉積在硅片溝槽中進(jìn)行雙面電泳；
[0015](9)燒結(jié):把電泳后的硅片放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)；
[0016](10)去氧化層:用稀釋的氫氟酸浸泡、去離子水超聲清洗去除燒結(jié)后硅片表面氧化層；
[0017](11)鍍鎳、鍍金，芯片切割、測(cè)試:將去氧化層后的硅片在專用鍍槽中進(jìn)行鍍鎳、鍍金、干燥；
[0018](12)劃片:用劃片機(jī)把鍍金后的硅片從臺(tái)面溝槽處劃成單個(gè)芯片并進(jìn)行測(cè)試。
[0019]其中，磷源預(yù)擴(kuò)步驟中擴(kuò)散溫度為1100?1200°C，預(yù)擴(kuò)N+磷擴(kuò)散結(jié)方塊電阻為0.2 ?0.6 Ω / □，結(jié)深 I ?12um。
[0020]其中，磷推進(jìn)步驟中擴(kuò)散溫度為1150?1250°C，N+磷擴(kuò)散結(jié)方塊電阻為0.1?
0.4 Ω / □,結(jié)深 50 ?60um。
[0021]其中，氧化步驟中氧化溫度為1100?1200°C，氧化層厚度0.6?0.8um。
[0022]其中，溝槽腐蝕步驟中，混酸溫度控制在8?12V’溝槽深度為70?90um。
[0023]其中，雙面電泳步驟中玻璃粉的層厚度為10?30um。
[0024]其中，燒結(jié)步驟中的燒結(jié)溫度為800?820°C。
[0025]最終制備得到的TVS芯片的雪崩擊穿電壓Vkj為27V?40V，柑位電壓VC〈VBQ。
[0026]采用P型片，高濃度氣態(tài)源擴(kuò)散工藝，低溫溝槽腐蝕，玻璃粉雙面一次電泳等工藝制備得到的芯片在反向狀態(tài)下，耗盡層寬度和反向電壓隨著反向電流的增加而增加，當(dāng)反向電流增加到接近Ic (反向浪涌電流的峰值)時(shí)，兩面的耗盡層接觸，從而產(chǎn)生溝道效應(yīng)，導(dǎo)致等效電阻減小，柑位電壓減小的現(xiàn)象，可使芯片反抑制向浪涌能力提高，使器件在大浪涌電流下發(fā)熱量少，不易被擊穿，提高可靠性。
[0027]本發(fā)明創(chuàng)造具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:1、使用P型片優(yōu)勢(shì)，P型片電阻率均一性好，使得產(chǎn)品的電參數(shù)均一性好；
[0028]2、使用氣態(tài)源的擴(kuò)散工藝優(yōu)勢(shì):氣態(tài)源純度高，使得擴(kuò)散的工藝均一性好，結(jié)深便于控制，而且氣態(tài)源濃度高，可以達(dá)到IOe19以上，歐姆接觸更好，可靠性高。
[0029]3、使用雙面一次電泳工藝優(yōu)勢(shì):兩面同時(shí)電泳一致性好，避免兩次單面電泳造成的兩面玻璃層厚度不均一的問(wèn)題，同時(shí)玻璃保護(hù)的抗應(yīng)力能力強(qiáng)，不易損壞，提高可靠性。
[0030]4、利用芯片產(chǎn)生的溝道效應(yīng)，使得芯片抗反向浪涌能力提高，器件在大浪涌電流下發(fā)熱量少。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)的芯片正面結(jié)構(gòu)
[0032]圖2瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)工藝流程圖
[0033]圖3瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)的芯片剖面結(jié)構(gòu)
[0034]圖4瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)的芯片光刻版單元圖形[0035]圖5瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)溝道效應(yīng)效果圖
[0036]圖6氣態(tài)源預(yù)擴(kuò)示意圖
[0037]圖7氣態(tài)源推進(jìn)示意圖
[0038]圖8生長(zhǎng)氧化層示意圖
[0039]圖9溝槽腐蝕示意圖
[0040]圖10電泳玻璃粉示意圖
[0041]圖11鍍鎳鍍金示意圖
[0042]圖12劃片示意圖
[0043]圖中:
[0044]1、TVS芯片 2、臺(tái)面溝槽 3、玻璃層
[0045]4、金屬面 5、擴(kuò)散結(jié)
【具體實(shí)施方式】
[0046]如圖1所示，瞬態(tài)電壓抑制器TVS的芯片結(jié)構(gòu)為N+PN+雙向高電壓瞬態(tài)電壓抑制器。芯片正面截層依次為:1TVS芯片，2臺(tái)面溝槽，3玻璃層，4金屬面。
[0047]如圖2所示，瞬態(tài)電壓抑制器TVS的芯片工藝流程如下:
[0048](I)擴(kuò)散前處理:通過(guò)酸、堿和去離子水超聲清洗工序，對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗處理；
[0049](2)磷源預(yù)擴(kuò):將清洗后的硅片放入使用氣態(tài)磷源擴(kuò)散的預(yù)擴(kuò)散爐中進(jìn)行擴(kuò)散形成預(yù)擴(kuò)N+，磷源預(yù)擴(kuò)的擴(kuò)散溫度為1100?1200°C，預(yù)擴(kuò)N+磷擴(kuò)散結(jié)方塊電阻為0.2?
0.6 Ω / □，結(jié)深 7 ?12um ；
[0050](3)擴(kuò)散前處理:用酸浸泡、去離子水超聲清洗，使去除表面氧化層；再通過(guò)酸、堿和去離子水超聲清洗工序，對(duì)硅片表面進(jìn)行處理；
[0051](4)磷推進(jìn):將擴(kuò)散前處理后的硅片放入擴(kuò)散爐中推進(jìn)，磷源預(yù)擴(kuò)的擴(kuò)散溫度為1150?1250°C，N+磷擴(kuò)散結(jié)方塊電阻為0.1?0.4 Ω / □，結(jié)深50?60um ；
[0052](5)氧化:用酸浸泡、去離子水超聲清洗，使去除表面氧化層；把噴砂后經(jīng)過(guò)超砂、電子清洗劑處理的硅片在氧化爐中生長(zhǎng)氧化層，氧化溫度為1100?1200°C，氧化層厚度
0.6 ?0.8um ；
[0053](6)光刻:把氧化后的硅片進(jìn)行涂膠、曝光、顯影、去氧化層的工序，刻出臺(tái)面圖形；
[0054](7)溝槽腐蝕:用混酸刻蝕臺(tái)面溝槽，并用去離子水沖凈，混酸溫度控制在8?12°C，溝槽深度為70?90um ；
[0055](8)雙面電泳:把玻璃粉沉積在硅片溝槽中，玻璃粉的層厚度為10?30um ；
[0056](9)燒結(jié):把電泳后的硅片放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為800?820°C ；
[0057](10)去氧化層:用稀釋的氫氟酸浸泡、去離子水超聲清洗去除燒結(jié)后硅片表面氧化層；
[0058](11)鍍鎳、鍍金，芯片切割、測(cè)試:將去氧化層后的硅片在專用鍍槽中進(jìn)行鍍鎳、鍍金、干燥；
[0059](12)劃片:用劃片機(jī)把鍍金后的硅片從臺(tái)面溝槽處劃成單個(gè)芯片并進(jìn)行測(cè)試。[0060]測(cè)試得到的TVS芯片的雪崩擊穿電壓Vbq為27V~40V，柑位電壓VC〈VBQ。
[0061]圖6-圖12分別說(shuō)明了各個(gè)主要工藝步驟的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0062]如圖3所示，瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)的芯片剖面結(jié)構(gòu)，依次為:4.金屬面，3.玻璃層，5.擴(kuò)散結(jié)，1.TVS芯片。
[0063]如圖4所示，瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)的芯片光刻版單元圖形，臺(tái)面溝槽光刻板用于光刻臺(tái)面溝槽腐蝕的區(qū)域。
[0064]如圖5所示，瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)的溝道效應(yīng)，該結(jié)構(gòu)可以在反向浪涌電流增加后出現(xiàn)器件等效電阻減小的現(xiàn)象，形成溝道效應(yīng)，使柑位電壓減小。
[0065]實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，當(dāng)反向浪涌電流達(dá)到標(biāo)稱的2倍時(shí)，柑位電壓合格。實(shí)測(cè)結(jié)果:
[0066]
【權(quán)利要求】
1.一種具備溝道效應(yīng)的瞬態(tài)電壓抑制器芯片的生產(chǎn)工藝，其特征在于:選用P型硅片，采用如下次序的步驟: (1)擴(kuò)散前處理:通過(guò)酸、堿和去離子水超聲清洗工序，對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗處理； (2)磷源預(yù)擴(kuò):將清洗后的硅片放入使用氣態(tài)磷源擴(kuò)散的預(yù)擴(kuò)散爐中進(jìn)行擴(kuò)散形成預(yù)擴(kuò)N+ ; (3)擴(kuò)散前處理:用酸浸泡、去離子水超聲清洗，使去除表面氧化層；再通過(guò)酸、堿和去離子水超聲清洗工序，對(duì)硅片表面進(jìn)行處理； (4)磷推進(jìn):將擴(kuò)散前處理后的硅片放入擴(kuò)散爐中推進(jìn)形成N+； (5)氧化:用酸浸泡、去離子水超聲清洗，使去除表面氧化層；把噴砂后經(jīng)過(guò)超砂、電子清洗劑處理的硅片在氧化爐中生長(zhǎng)氧化層； (6)光刻:把氧化后的硅片進(jìn)行涂膠、曝光、顯影、去氧化層的工序，刻出臺(tái)面圖形； (7)溝槽腐蝕:用混酸刻蝕臺(tái)面溝槽,并用去離子水沖凈； (8)雙面電泳:把玻璃粉沉積在硅片溝槽中進(jìn)行雙面電泳； (9)燒結(jié):把電泳后的硅片放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)； (10)去氧化層:用稀釋的氫氟酸浸泡、去離子水超聲清洗去除燒結(jié)后硅片表面氧化層； (11)鍍鎳、鍍金，芯片切割、測(cè)試:將去氧化層后的硅片在專用鍍槽中進(jìn)行鍍鎳、鍍金、干燥； (12)劃片:用劃片機(jī)把鍍金后的硅片從臺(tái)面溝槽處劃成單個(gè)芯片并進(jìn)行測(cè)試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備溝道效應(yīng)的瞬態(tài)電壓抑制器芯片的生產(chǎn)工藝，其特征在于:磷源預(yù)擴(kuò)步驟中擴(kuò)散溫度為1100?1200°C，預(yù)擴(kuò)N+磷擴(kuò)散結(jié)方塊電阻為0.2?0.6 Ω / □，結(jié)深 7 ?12um。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備溝道效應(yīng)的瞬態(tài)電壓抑制器芯片的生產(chǎn)工藝，其特征在于:磷推進(jìn)步驟中擴(kuò)散溫度為1150?1250°C，N+磷擴(kuò)散結(jié)方塊電阻為0.1?0.4 Ω / □,結(jié)深 50 ?60um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備溝道效應(yīng)的瞬態(tài)電壓抑制器芯片的生產(chǎn)工藝，其特征在于:氧化步驟中氧化溫度為1100?1200°C，氧化層厚度0.6?0.8um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備溝道效應(yīng)的瞬態(tài)電壓抑制器芯片的生產(chǎn)工藝，其特征在于:溝槽腐蝕步驟中，混酸溫度控制在8?12°C，溝槽深度為70?90um。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備溝道效應(yīng)的瞬態(tài)電壓抑制器芯片的生產(chǎn)工藝，其特征在于:雙面電泳步驟中玻璃粉的層厚度為10?30um。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備溝道效應(yīng)的瞬態(tài)電壓抑制器芯片的生產(chǎn)工藝，其特征在于:燒結(jié)步驟中的燒結(jié)溫度為800?820°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備溝道效應(yīng)的瞬態(tài)電壓抑制器芯片的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所制備的芯片的雪崩擊穿電壓Vkj為27V?40V，柑位電壓W
【文檔編號(hào)】H01L21/329GK103956324SQ201410183989
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】薄勇, 劉長(zhǎng)蔚, 白樹(shù)軍 申請(qǐng)人:天津中環(huán)半導(dǎo)體股份有限公司