[发明专利]一种瞬态电压抑制器（TVS）芯片及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体二极管芯片技术领域，特别涉及一种瞬态电压抑制器（TVS）芯片及制造方法。

背景技术

瞬态电压抑制二极管，是一种安全保护器件。这种器件应用在电路系统中，对电路中瞬间出现的浪涌电压脉冲起到分流、箝位的作用，可以有效地降低由于雷电、电路中开关通断时感性元件产生的高压脉冲，避免高压脉冲损坏仪器设备，保障人和财产的安全。目前国内瞬间电压抑制器芯片制造技术已有报道，例如CN101621002B、名称为“一种低压瞬态电压抑制器二极管芯片的制造方法”其特征在于：所述低压瞬态电压抑制二极管芯片的制造方法为：a、选用0.001～0.02Ω.cm电阻率的P型晶向单晶硅片；b、对单晶硅片进行化学抛光及热处理吸杂工艺，以降低表面及近P/N结表面区缺陷及杂质浓度，以实现低体内漏电流特性；c、P/N结表面进行掺氯热氧化钝化；d、通过热氧化工艺将表面边缘部分P/N结向P区弯曲，以实现低表面漏电流特性。

CN102543722A、名称“一种高压瞬间电压抑制器芯片及生产工艺”，采用增加辅助击穿扩散结的芯片结构，芯片主体结可使击穿电压达到250V-400V，而在芯片台面沟槽附近区域设计的辅助PN结，其击穿电压高于主体结击穿电压，使主体结区域预先击穿，漏电流分布主体结区域，而辅助结区域不发生击穿，从而解决了单扩散结结构在生产高电压芯片时漏电大，击穿电压低，易损坏的问题，提高了高电压瞬态电压抑制器的耐压性能，同时提高瞬态电压抑制器的抗浪涌能力及可靠性。公开的文献中，都不能满足400V以上高电压芯片生产要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术的不足，设计新型的瞬态电压抑制器芯片的结构及制造方法，这种新的结构及制造方法在大幅提高瞬态电压抑制器击穿电压的同时，保证了二极管的反向浪涌能力稳定性及可靠性，延长了二极管寿命。

本发明是通过这样的技术方案实现的：一种瞬态电压抑制器(TVs)芯片及制造方法，其特征在于包括如下次序的步骤。

扩散前处理：采用N型单晶硅片，通过酸、碱、去离子水超声清洗等工序，对硅片表面进行化学处理。

氧化：把经过扩散前处理的硅片在1100～1200℃的氧化炉中长一层氧化层。

光刻：把氧化后的硅片进行涂胶、曝光、显影、去氧化层等工序，单向在正面刻出一次扩散图形。

单面开管磷沉积，采用的单面开管磷酸二氢铵水态源沉积工艺，是将高纯度的磷酸二氢铵粉剂溶于去离子水中，形成水溶液，以饱和量涂敷在需沉积的硅片表面上，在1200度时，沉积20分钟，可得到8~10um的高浓度沉积层，借助后道扩镓和扩硼的流程，将N+深度推到本产品所需的60~65um深度，形成宽N+层区。

开管扩镓，由于硅片表面事先生成一层氧化层，可以防止镓原子在硅片表面形成合金点和腐蚀坑。扩散在特殊双恒温区扩散炉和双磨口石英管中进行，扩散时把Ga2O3源粉置于源温区，硅片置于恒温区进行扩散，用H2作携带气体和反应气体，从固态的Ga2O3中分解出镓原子，然后由H2把镓原子带到恒温区，向硅片中扩散。由于镓原子对SiO2的穿透力特强，所以实现了在SiO2膜保护下进行掺杂，最终在N型硅片的两边得到平整的对称的PN结。

单面开管扩硼，采用的单面开管硼乳胶源扩散工艺，是采用硼酸掺入乳胶源中，形成含硼乳胶源，放入1150～1280℃的扩散炉中进行扩散，扩散时间为0.5～20h,单面涂覆敷在己扩镓的硅片面上，形成40um宽的高浓度P+层。

硼面腐刻沟槽，扩散后的硅片采用台面工艺蚀刻沟槽，露出P/N结，然后进行表面氧化钝化保护，氧化温度650～900℃。

沟槽氧化后再按一般玻璃纯化工艺做到金属化，划片，完成整个芯片流程。

根据上述生产工艺获得的高电压瞬态电压抑制器芯片结构为P+P-N+N-单向高电压瞬态电压抑制器芯片；与现有P+P-N+N-型结构芯片相比，具有如下特点：

( A)、减薄了芯片总厚度，为210～240微米；

(B)、减薄了图上N-基区宽度，为55～65微米；

(C)、增加了图上P+和P-型扩散区宽度，为95～110微米；

(D)、变更了P型扩散区的浓度结构曲线，外加最高反向电压时，P型扩散区耗尽层宽度，为60～70微米，图上标为P-区；

(E)、增加了图上N+区宽度，为60～65微米。