[發明專利]一種高功率密度TVS器件及其制造方法

在審

• 申請號: 201711108346.3
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN108878270A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 魏峰;蘇海偉;王帥;單少杰;楊琨;蔣立柱
• 申請（專利權）人: 上海長園維安微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18
• 代理公司: 上海諾衣知識產權代理事務所(普通合伙) 31298
• 代理人: 韓國輝

1.一種高功率密度TVS器件，其特征在于，包括兩個完全相同的TVS芯片，且該兩個芯片按照軸對稱且晶向對準的方式鍵合在一起，鍵合后芯片上下兩面金屬化且通過錫焊連接固定框架。

2.根據權利要求1所述的高功率密度TVS器件，其特征在于，所述TVS芯片為P型或N型雙面拋光硅襯底片，其正面和反面經氧化處理且均有N型和P型摻雜區域，正面的氧化膜保留且開有接觸孔，便于后續接觸孔內金屬化處理，反面的氧化膜去除且經表面活化處理。

3.根據權利要求1或2所述的高功率密度TVS器件的制造方法，其特征在于，包括：

步驟A：在P型或N型雙面拋光硅襯底片上，正面和背面同時生長薄氧化層并去除，用于去除表面應力及沾污；

步驟B：在P型或N型硅襯底片上，正面和背面同時生長厚氧化層，用于后續掩模；

步驟C：芯片正面用光刻膠掩模開出N型或P型摻雜區域窗口；

步驟D：芯片背面用光刻膠掩膜開出N型或P型摻雜區域窗口；

步驟E：去除芯片正反面摻雜區域窗口內的氧化層；

步驟F：采用擴散或離子注入進行摻雜的N型或P型元素摻雜；

步驟G：芯片正面用光刻膠掩模開出P型或N型摻雜區域窗口；

步驟H：芯片背面用光刻膠掩膜開出P型或N摻雜區域窗口；

步驟I：同時去除芯片正反面摻雜區域窗口內的氧化層；

步驟J：采用擴散或離子注入進行摻雜的N型或P型元素摻雜；

步驟K：在SiC爐中進行高溫推阱；

步驟L：用光刻膠掩膜，打開正面接觸孔區域窗口；

步驟M：濕法刻蝕去除正面窗口及芯片反面的氧化層；

步驟N：芯片反面表面活化處理；

步驟O：預鍵合，芯片02反轉，芯片01和芯片02實現晶向對準、加熱、抽真空，完成兩芯片的預鍵合；

步驟P：室溫下真空環境靜置24h，然后高溫退火固化；

步驟Q：鍵合芯片正反面金屬化；

步驟R：固定框架，凸臺上點錫膏；

步驟S：固定芯片到框架；

步驟T：固定另一個框架到芯片；

步驟U：過回流焊爐；

步驟V：塑封；

步驟W：切筋成型。

4.根據權利要求3所述的高功率密度TVS器件的制造方法，其特征在于，步驟A中，P型襯底或N型襯底電阻率根據器件的工作電壓進行選擇，雙面拋光硅片，要求CMP開始采用粗拋，后面細拋，采用2000目的磨具，細模厚度控制在20μm—40μm，這樣保證拋光面的平整程度，平整度是影響后續鍵合質量的關鍵，生長的犧牲氧化層厚度范圍是0.01～0.05μm，消除研磨中產生的機械應力。

5.根據權利要求3所述的高功率密度TVS器件的制造方法，其特征在于，步驟B中，厚氧化層的厚度控制在1μm-2.5μm。

6.根據權利要求3所述的高功率密度TVS器件的制造方法，其特征在于，步驟K中，高溫推阱的溫度控制在1150℃以上，推結的時間根據TVS實際的浪涌能力和擊穿電壓要求進行設定。

7.根據權利要求3所述的高功率密度TVS器件的制造方法，其特征在于，步驟N中，芯片反面的活化需要Ar氣等離子體處理，處理時間控制在10-30min，促使硅表面產生大量的OH團。

8.根據權利要求3所述的高功率密度TVS器件的制造方法，其特征在于，步驟O中，兩芯片必須沿晶向對準，加熱溫度控制在300-400℃，壓強控制在1.3Mpa—2Mpa。

9.根據權利要求3所述的高功率密度TVS器件的制造方法，其特征在于，步驟P中，預鍵合后芯片必須在真空環境中靜置24小時以上，N₂環境下高溫退火，溫度控制在800-1000℃，時間控制在8-10小時，期間硅界面化學鍵重組，鍵合更穩定。

10.根據權利要求3所述的高功率密度TVS器件的制造方法，其特征在于，步驟Q中，鍵合芯片采用冷蒸工藝實現。