[发明专利]一种具备沟道效应的瞬态电压抑制器芯片的生产工艺

说明书

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V_BO为27V～40V，拑位电压V_C<V_BO。