[發明專利]一種具備溝道效應的瞬態電壓抑制器芯片的生產工藝

有效

• 申請號: 201410183989.4
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103956324B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 薄勇;劉長蔚;白樹軍
• 申請（專利權）人: 天津中環半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L21/329
• 分類號: H01L21/329;H01L21/223
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司12211
• 代理人: 楊慧玲

技術領域

本發明創造涉及晶體二極管芯片生產技術領域，特別涉及一種具備溝道效應的瞬態電壓抑制器芯片的生產工藝。

背景技術

瞬態電壓抑制器芯片(TVS)是一種二極管形式的高效能保護器件，當TVS二極管的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時，它能以10-12秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變為低阻抗，吸收高達數千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，有效地保護電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。

瞬態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，流過TVS的電流將達到峰值脈沖電流IPP，同時在其兩端的電壓被箝位到預定的最大箝位電壓Vc以下。其后，隨著脈沖電流按指數衰減，TVS兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復到初態，這就是TVS抑制可能出現的浪涌脈沖功率，保護電子元器件的過程。最大箝位電壓Vc和最大峰值脈沖電流IPP是TVS的主要參數之一，當持續時間為20微秒的脈沖峰值電流IPP流過TVS時，在其兩極間出現的最大峰值電壓為Vc。Vc、IPP反映了TVS器件的浪涌抑制能力。

目前半導體行業內生產瞬態電壓抑制器芯片工藝主要存在以下問題：通常采用紙源擴散生產工藝，擴散工藝的均一性不好，結深控制不精準；現有的瞬態電壓抑制器芯片在等效電阻不變的情況下，拑位電壓隨著反向浪涌電流的增加而增大，發熱量增加使擴散結溫度高，造成器件在較小的反向浪涌功率下熱擊穿，這就產生影響產品可靠性等問題。

發明內容

本發明創造要解決的問題是：通過選用P型硅片，使用氣態磷源擴散，溝槽腐蝕，雙面電泳的工藝步驟，使結構為N⁺PN⁺高電壓瞬態電壓抑制器芯片抑制反向浪涌的能力得到提高，增強了二極管的可靠性和壽命。

為解決上述技術問題，本發明創造采用的技術方案是：選用P型硅片，采用如下次序的步驟：

(1)擴散前處理：通過酸、堿和去離子水超聲清洗工序，對硅片表面進行清洗處理；

(2)磷源預擴：將清洗后的硅片放入使用氣態磷源擴散的預擴散爐中進行擴散形成預擴N⁺；

(3)擴散前處理：用酸浸泡、去離子水超聲清洗，使去除表面氧化層；再通過酸、堿和去離子水超聲清洗工序，對硅片表面進行處理；

(4)磷推進：將擴散前處理后的硅片放入擴散爐中推進形成N⁺；

(5)氧化：用酸浸泡、去離子水超聲清洗，使去除表面氧化層；把噴砂后經過超砂、電子清洗劑處理的硅片在氧化爐中生長氧化層；

(6)光刻：把氧化后的硅片進行涂膠、曝光、顯影、去氧化層的工序，刻出臺面圖形；

(7)溝槽腐蝕：用混酸刻蝕臺面溝槽，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行雙面電泳；

(9)燒結：把電泳后的硅片放入燒結爐中進行燒結；

(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后硅片表面氧化層；

(11)鍍鎳、鍍金，芯片切割、測試：將去氧化層后的硅片在專用鍍槽中進行鍍鎳、鍍金、干燥；

(12)劃片：用劃片機把鍍金后的硅片從臺面溝槽處劃成單個芯片并進行測試。

其中，磷源預擴步驟中擴散溫度為1100～1200℃，預擴N⁺磷擴散結方塊電阻為0.2～0.6Ω/□，結深7～12um。

其中，磷推進步驟中擴散溫度為1150～1250℃，N⁺磷擴散結方塊電阻為0.1～0.4Ω/□，結深50～60um。

其中，氧化步驟中氧化溫度為1100～1200℃，氧化層厚度0.6～0.8um。

其中，溝槽腐蝕步驟中，混酸溫度控制在8～12℃，溝槽深度為70～90um。

其中，雙面電泳步驟中玻璃粉的層厚度為10～30um。

其中，燒結步驟中的燒結溫度為800～820℃。

最終制備得到的TVS芯片的雪崩擊穿電壓V_BO為27V～40V，拑位電壓V_C<V_BO。