專利名稱：一種低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體二極管芯片制造工藝，具體地說是一種低壓 瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法。
背景技術(shù)：
瞬態(tài)抑制二極管(TVS)又叫鉗位型二極管，是目前國際上普遍使用的 —種高效能電路保護(hù)器件，其外形與普通二極管相同，但卻能吸收高達(dá) 數(shù)千瓦的浪涌功率。其特點(diǎn)是在反向應(yīng)用條件下，當(dāng)承受一個(gè)高能量的 大脈沖時(shí)，其工作阻抗立即降至極低的導(dǎo)通值，從而允許大電流通過， 同時(shí)將電壓篏制在預(yù)定水平，因此可以有效的保護(hù)電子線路中精密元器 件。可用于防雷擊、防過電壓、抗干擾、吸收浪涌功率等，是一種理想 的保護(hù)器件。
TVS的主要參數(shù)有額定反向工作電壓VR,反向擊穿電壓VB，最大反 向漏電流IR,最大箝位電壓VC和最大峰值脈沖電流IPP。 一般應(yīng)用中， TVS工作于截止?fàn)顟B(tài)，其工作電壓VR〈擊穿電壓的859&， IR是指TVS處在 反向工作電壓狀態(tài)下的反向漏電流，IR的大小反映了其在正常工作狀態(tài) 下的能耗，我們希望IR盡量的小，以降低其在應(yīng)用中的能耗。PN結(jié)反向 擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿， 一般兩種擊穿同時(shí)存在，但在電壓低于5 一7V時(shí)的擊穿以齊納擊穿為主，而電壓高于5—7V時(shí)的擊穿以雪崩擊穿 為主。擊穿電壓〉10V的TVS主要擊穿模式為雪崩擊穿，反向漏電流 IR〈lmA，隨擊穿電壓的降低，擊穿模式逐步向齊納擊穿轉(zhuǎn)變，其反向漏 電流也會(huì)急劇增加， 一般玻璃鈍化工藝器件，擊穿電壓在〈7V時(shí)，IR通 常會(huì)在lmA左右，其I-V曲線表現(xiàn)如圖2-A,其工作能耗較大，并嚴(yán) 重影響工作電路的穩(wěn)定性，很多應(yīng)用場合要求TVS器件IR必須〈500uA, —般玻璃鈍化工藝TVS不能應(yīng)用。
針對這些問題，現(xiàn)已開發(fā)低擊穿電壓穿通電壓抑制器，美國專利NO. 5880511介紹了 N+P-P+N+串通二極管的瞬態(tài)電壓抑制器。這種器件具 有低擊穿電壓，同時(shí)具有的漏電流特性優(yōu)于某些現(xiàn)有技術(shù)的瞬態(tài)電壓抑 制器的特性。美國專利No. 5880511介紹的N+P-P+N+器件具有不對稱的電 流-電壓特性。為了制成雙向瞬態(tài)電壓抑制器，目前已提出了一種電路， 其中兩個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器反向平行，這種方案需要不只一個(gè)器件以獲得 預(yù)定的功能而增加了費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能有效降低反向漏電流的低壓瞬態(tài)電壓抑 制二極管芯片的制造方法。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。
一種低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法，其特征在于所述 低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法為
a、 選用0.001^0.02Q .cm電阻率的P型(111)晶向單晶硅片；
b、 對單晶硅片進(jìn)行化學(xué)拋光及熱處理吸雜工藝，以降低表面及近P/N 結(jié)區(qū)缺陷及雜質(zhì)濃度，以實(shí)現(xiàn)低體內(nèi)漏電流特性；
c、 P/N結(jié)表面進(jìn)行摻氯熱氧化鈍化；
d、 通過熱氧化工藝將表面邊緣部分P/N結(jié)向P區(qū)彎曲，以實(shí)現(xiàn)低表 面漏電流特性。
所述化學(xué)拋光單面減薄厚度為1(K30um。
所述熱處理采用高溫-低溫-高溫三步退火工藝，熱處理溫度優(yōu)選 700~1000X:，以得到1(K50um的近表面清潔區(qū)。
所述摻氯源為1%~10%鹽酸，氧化溫度為7(KK1000t:。
所述P/N結(jié)表面采用熱氧化工藝鈍化，氧化過程中將近表面區(qū)P/N 結(jié)向N區(qū)彎曲，以降低表面漏電流。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明所述的低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片采用P型晶向0.001 0.02Q ，cm電阻率的單晶硅磨片，為降低芯片體內(nèi)漏電流，在擴(kuò)散前首先 對化學(xué)方法及熱處理吸雜方法處理硅片以降低硅片表面缺陷及體內(nèi)缺 陷。在合理熱處理過程中，晶片內(nèi)部形成大量氧沉淀及誘發(fā)缺陷，在硅基體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力場，因而有利于吸除硅片表面沾污的重金屬雜質(zhì)。由于 高溫退火時(shí)晶片表面過飽和氧的外擴(kuò)散，使得在近表層形成無缺陷的清 潔區(qū)，這就是所謂的內(nèi)吸雜效應(yīng)。在傳統(tǒng)的內(nèi)吸雜工藝中，普遍采用高 ~{氐一高三步退火的工藝。首先對硅片高溫退火，使近表層的氧外擴(kuò)散， 使在隨后的退火中氧含量低于形成氧沉淀所需的氧含量。第一步高溫?zé)?處理還可使近表層區(qū)氧沉淀溶解，接下來的低溫和高溫退火，是為了使 硅片體內(nèi)氧沉淀形核和生長，這些氧沉淀及誘生缺陷將作為金屬雜質(zhì)吸 除中心。
本發(fā)明涉及的芯片擴(kuò)散采用液態(tài)磷擴(kuò)散源或固態(tài)磷擴(kuò)散源在處理后
的P沉底硅片表面擴(kuò)散N+，形成N+P單邊突變結(jié)。采用臺(tái)面工藝蝕刻出P/N 結(jié)。結(jié)深范圍5 50um。
本發(fā)明涉及的芯片P/N結(jié)表面鈍化采用摻氯氧化方式以增強(qiáng)氧化層俘 獲堿金屬離子能力，阻擋堿金屬穿透氧化層并能起到良好的鈍化效果， 氧化溫度采用700 1000"，利用氧化層吸硼排磷特性實(shí)現(xiàn)表面P/N結(jié)向 N區(qū)彎曲，增加表面邊緣部分P/N結(jié)深，邊緣擊穿電壓大于體內(nèi)擊穿電壓， 可以極大的降低表面漏電流。
通過本發(fā)明技術(shù)方案制造的芯片IR可以降低到100uA以下，其I-V 曲線表現(xiàn)如圖2-B，比一般玻璃鈍化工藝制造的低壓TVS器件IR降低 一個(gè)數(shù)量級，從i-v曲線比較可以看出本發(fā)明方法制造芯片的I-V曲線 拐角明顯陡直。


圖1為發(fā)明低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片工藝流程圖； 圖2為一般玻璃鈍化工藝制造的低壓TVS器件(A)和本發(fā)明制造的 低壓TVS器件(B)的I-V曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法作進(jìn) —步詳細(xì)描述。
如圖1與圖2所示，本發(fā)明采用P型晶向0.00廣0.02Q .cm電阻率 的單晶硅磨片，先進(jìn)行化學(xué)拋光處理，以去除研磨硅片表面缺陷層。用硝酸，氫氟酸，冰醋酸混合酸按剖光用配比比例，在低溫下對硅片進(jìn)行
剖光處理，單面腐蝕厚度為5-30um。
剖光后的硅片做高-低-高溫度曲線的熱處理。首先進(jìn)行一步高溫退 火，然后繼續(xù)750 90(TC多步漸升溫?zé)崽幚砉に?。退火在擴(kuò)散爐中進(jìn)行， 高純氮?dú)夥毡Ｗo(hù)，退火溫度和時(shí)間為IOO(TC (廣6h)+700 950°C (漸 升溫)+ 1000°C (1 6h)。通過此熱處理工藝可以得到15-55um寬度的清 潔區(qū)。
經(jīng)過熱處理的硅片迸行磷擴(kuò)散，采用液態(tài)磷擴(kuò)散源或固態(tài)磷擴(kuò)散源， 此擴(kuò)散工藝業(yè)內(nèi)比較成熟，采用1100 128(TC擴(kuò)散溫度，擴(kuò)散時(shí)間為 0.5 20小時(shí)，結(jié)合熱處理得到的清潔區(qū)，擴(kuò)散結(jié)深〈清潔區(qū)寬度。
擴(kuò)散后的硅片采用臺(tái)面工藝蝕刻溝槽，露出P/N結(jié)，然后進(jìn)行P/N結(jié)表 面氧化鈍化保護(hù)，氧化工藝采用干-濕-干氧化工藝，氧化溫度700 1000 "C，干氧10 30min+濕氧10 30min+干氧10 30min，本發(fā)明的濕氧為含 氯濕氧，氯源為1% 10%鹽酸，采用水浴加熱60-95°0直溫。
溝槽氧化后再按一般玻璃鈍化工藝做到金屬化，劃片，完成整個(gè)芯片 流程。
權(quán)利要求
1、一種低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法，其特征在于所述低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法為a、選用0.001～0.02Ω·cm電阻率的P型晶向單晶硅片；b、對單晶硅片進(jìn)行化學(xué)拋光及熱處理吸雜工藝，以降低表面及近P/N結(jié)區(qū)缺陷及雜質(zhì)濃度，以實(shí)現(xiàn)低體內(nèi)漏電流特性；c、P/N結(jié)表面進(jìn)行摻氯熱氧化鈍化；d、通過熱氧化工藝將表面邊緣部分P/N結(jié)向P區(qū)彎曲，以實(shí)現(xiàn)低表面漏電流特性。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法， 其特征在于所述化學(xué)拋光單面減薄厚度為1(K30um。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法， 其特征在于所述熱處理采用高溫-低溫-高溫三步退火工藝，熱處理溫度 優(yōu)選700 1000°C，以得到10~50um的近表面清潔區(qū)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法， 其特征在于所述摻氯源為1% 10%鹽酸，氧化溫度為700 100(TC。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法， 其特征在于所述P/N結(jié)表面采用熱氧化工藝鈍化，氧化過程中將近表 面區(qū)P/N結(jié)向N區(qū)彎曲，以降低表面漏電流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法，其特征在于所述低壓瞬態(tài)電壓抑制二極管芯片的制造方法為a.選用0.001～0.02Ω·cm電阻率的P型晶向單晶硅片；b.對單晶硅片進(jìn)行化學(xué)拋光及熱處理吸雜工藝，以降低表面及近P/N結(jié)區(qū)缺陷及雜質(zhì)濃度，以實(shí)現(xiàn)低體內(nèi)漏電流特性；c.P/N結(jié)表面進(jìn)行摻氯熱氧化鈍化；d.通過熱氧化工藝將表面邊緣部分P/N結(jié)向P區(qū)彎曲，以實(shí)現(xiàn)低表面漏電流特性。本發(fā)明具有能有效降低反向漏電流的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01L21/329GK101621002SQ20091010952
公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者曾國修, 李建利, 黃亞發(fā) 申請人:百圳君耀電子(深圳)有限公司