一种高功率密度TVS器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种小型化高功率密度TVS器件及其制造方法，其包括：所述器件包括两个完全相同的TVS芯片，且该两个芯片按照轴对称且晶向对准的方式键合在一起，键合后芯片上下两面金属化且通过锡焊连接固定框架。本发明专利技术两个芯片通过Bonding设备实现预键合，高温N2氛围下退火，进一步强化键合强度，从而实现小型化大功率密度TVS器件，满足户外更高浪涌能量的冲击要求。改善现有双芯片叠片工艺的低良率、芯片偏移、倾斜、电压单边不良、漏电流偏大、锡珠等异常。

A High Power Density TVS Device and Its Manufacturing Method

The invention discloses a miniaturized high power density TVS device and its manufacturing method, which comprises: the device comprises two identical TVS chips, which are bonded together in an axisymmetric and crystal orientation alignment manner, after bonding, the upper and lower sides of the chip are metallized and the fixed frame is connected by tin welding. The two chips of the invention are pre-bonded by Bonding equipment, annealed in high temperature N2 atmosphere, and further strengthened bonding strength, thereby realizing miniaturized high power density TVS devices, and meeting the impact requirements of outdoor higher surge energy. Improve the low yield, chip offset, tilt, poor voltage unilateral, high leakage current, tin beads and other abnormalities of the existing double chip lamination process.

【技术实现步骤摘要】
一种高功率密度TVS器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种小型化高功率密度TVS(TransientVoltageSuppressors)器件及其制造方法。
技术介绍
TVS是电源口防护方案必选的器件，由于室内的测试等级相对室外更低，一些小功率的TVS就可以满足应用要求，但对于室外更高等级的测试要求，比如8/20&1.2/50组合波测试要求通过1000V甚至更高的电压等级，就需要更大功率的TVS来防护，相应TVS的封装尺寸也就越来越大，不能满足现有电路设计小型化的需求。目前有一些TVS采用双叠片的工艺实现小封装小型化高功率密度，但现有的双叠片工艺两个芯片中间采用锡膏或焊锡条实现，封装良率相对较低，出现芯片偏移、倾斜、电压单边不良、漏电流偏大、锡珠等异常。本专利技术主要解决的技术问题是提供一种小型化高功率密度TVS器件及其制造方法，解决传统上述传统工艺的异常。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术中两芯片的结合是通过硅硅键合工艺实现，实现小型化高功率密度TVS，可以达到更高的良率，避免了芯片芯片偏移、倾斜、电压单边不良、漏电流偏大、锡珠等异常，解决了大批量量产的问题。本专利技术采用的技术方案是：一种小型化高功率密度TVS器件，包括两个完全相同的TVS芯片，且该两个芯片按照轴对称且晶向对准的方式键合在一起，上下两面金属化且通过锡焊连接固定框架。所述TVS芯片为P型或N型双面抛光硅衬底片，其正面和反面经氧化处理且均有N型和P型掺杂区域，正面的氧化膜保留且开有接触孔，便于后续接触孔内金属化处理，反面的氧化膜去除且经表面活化处理。上述小型化高功率密度TVS器件的制造方法，包括：步骤A：在P型或N型双面抛光硅衬底片上，正面和背面同时生长薄氧化层并去除，用于去除表面应力及沾污；步骤B：在P型或N型硅衬底片上，正面和背面同时生长厚氧化层，用于后续掩模；步骤C：芯片正面用光刻胶掩模开出N型或P型掺杂区域窗口；步骤D：芯片背面用光刻胶掩膜开出N型或P型掺杂区域窗口；步骤E：去除芯片正反面掺杂区域窗口内的氧化层；步骤F：采用扩散或离子注入进行掺杂的N型或P型元素掺杂；步骤G：芯片正面用光刻胶掩模开出P型或N型掺杂区域窗口；步骤H：芯片背面用光刻胶掩膜开出P型或N掺杂区域窗口；步骤I：同时去除芯片正反面掺杂区域窗口内的氧化层；步骤J：采用扩散或离子注入进行掺杂的N型或P型元素掺杂；步骤K：在SiC炉中进行高温推阱；步骤L：用光刻胶掩膜，打开正面接触孔区域窗口；步骤M：湿法刻蚀去除正面窗口及芯片反面的氧化层；步骤N：芯片反面表面活化处理；步骤O：预键合，芯片02反转，芯片01和芯片02实现晶向对准、加热、抽真空，完成两芯片的预键合；步骤P：室温下真空环境静置24h，然后高温退火固化；步骤Q：键合芯片正反面金属化；步骤R：固定框架，凸台上点锡膏；步骤S：固定芯片到框架；步骤T：固定另一个框架到芯片；步骤U：过回流焊炉；步骤V：塑封；步骤W：切筋成型。步骤A中，P型衬底或N型衬底电阻率根据器件的工作电压进行选择，双面抛光硅片，要求CMP开始采用粗抛，后面细抛，采用2000目的磨具，细模厚度控制在20μm—40μm，这样保证抛光面的平整程度，平整度是影响后续键合质量的关键，生长的牺牲氧化层厚度范围是0.01～0.05μm，消除研磨中产生的机械应力。步骤B中，厚氧化层的厚度控制在1μm-2.5μm。步骤K中，高温推阱的温度控制在1150℃以上，推结的时间根据TVS实际的浪涌能力和击穿电压要求进行设定。步骤N中，芯片反面的活化需要Ar气等离子体处理，处理时间控制在10-30min，促使硅表面产生大量的OH团。步骤O中，两芯片必须沿晶向对准，加热温度控制在300-400℃，压强控制在1.3Mpa—2Mpa。步骤P中，预键合后芯片必须在真空环境中静置24小时以上，N2环境下高温退火，温度控制在800-1000℃，时间控制在8-10小时，期间硅界面化学键重组，键合更稳定。步骤Q中，键合芯片采用冷蒸工艺实现。本专利技术的有益效果是：本专利技术是一种小型化高功率密度TVS器件及其制造方法，采用P型或N型双面抛光衬底片，薄氧去除表面应力及沾污，双面同时扩散，形成N+/P衬底/N+结构或P+/N衬底/P+结构；两个芯片通过设备实现预键合，高温N2氛围下退火，进一步强化键合强度，从而实现小型化大功率密度TVS器件，满足户外更高浪涌能量的冲击要求。附图说明图1是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤A的状态示意图。图2是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤B的状态示意图。图3是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤C的状态示意图。图4是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤D的状态示意图。图5是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤E的状态示意图。图6是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤F的状态示意图。图7是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤G的状态示意图。图8是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤H的状态示意图。图9是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤I的状态示意图。图10是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤J的状态示意图。图11是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤K的状态示意图。图12是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤L的状态示意图。图13是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤M的状态示意图。图14是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤N的状态示意图。图15是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤O的状态示意图。图16是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤P的状态示意图。图17是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤Q的状态示意图。图18是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤R的状态示意图。图19是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤S的状态示意图。图20是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件的制造方法步骤T的状态示意图。图21是本专利技术的小型化高功率密度TVS器件结构示意图。图中01和02为TVS芯片，0102为键合面，03为锡焊，04和05为框架，11和21为氧化膜，12和22为N型掺杂区域，13和23为P型掺杂区域，14和24为金属凸台。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步的说明。如图1-20所示：步骤A：在P型双面抛光硅衬底片上，正面和背面同时生长薄氧化层并去除，用于去除表面应力及沾污；双面抛光的P型衬底，电阻率0.0765Ω·cm，2000目抛光的厚度为20μm，剩余衬底总厚度为200μm，生长的氧化层厚度范围是0.03μm；步骤B：在P型硅衬底片上，正面和背面同时生长厚氧化层，用于后续掩模；生长的氧化层厚度范围是2μm；步骤C：芯片正面用光刻胶掩模开出N型掺杂区域窗口；步骤D：芯片背面用光刻胶掩膜开出N型掺杂区域窗口；步骤E：使用湿法刻蚀的方法去除芯片正反面掺杂区域窗口内的氧化层；步骤F：采用扩散或离子注入进行掺杂的N型元素掺杂；芯片正反面N型掺杂的电阻率控制在0.0318Ω·c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率密度TVS器件，其特征在于，包括两个完全相同的TVS芯片，且该两个芯片按照轴对称且晶向对准的方式键合在一起，键合后芯片上下两面金属化且通过锡焊连接固定框架。

【技术特征摘要】
1.一种高功率密度TVS器件，其特征在于，包括两个完全相同的TVS芯片，且该两个芯片按照轴对称且晶向对准的方式键合在一起，键合后芯片上下两面金属化且通过锡焊连接固定框架。2.根据权利要求1所述的高功率密度TVS器件，其特征在于，所述TVS芯片为P型或N型双面抛光硅衬底片，其正面和反面经氧化处理且均有N型和P型掺杂区域，正面的氧化膜保留且开有接触孔，便于后续接触孔内金属化处理，反面的氧化膜去除且经表面活化处理。3.根据权利要求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：步骤A：在P型或N型双面抛光硅衬底片上，正面和背面同时生长薄氧化层并去除，用于去除表面应力及沾污；步骤B：在P型或N型硅衬底片上，正面和背面同时生长厚氧化层，用于后续掩模；步骤C：芯片正面用光刻胶掩模开出N型或P型掺杂区域窗口；步骤D：芯片背面用光刻胶掩膜开出N型或P型掺杂区域窗口；步骤E：去除芯片正反面掺杂区域窗口内的氧化层；步骤F：采用扩散或离子注入进行掺杂的N型或P型元素掺杂；步骤G：芯片正面用光刻胶掩模开出P型或N型掺杂区域窗口；步骤H：芯片背面用光刻胶掩膜开出P型或N掺杂区域窗口；步骤I：同时去除芯片正反面掺杂区域窗口内的氧化层；步骤J：采用扩散或离子注入进行掺杂的N型或P型元素掺杂；步骤K：在SiC炉中进行高温推阱；步骤L：用光刻胶掩膜，打开正面接触孔区域窗口；步骤M：湿法刻蚀去除正面窗口及芯片反面的氧化层；步骤N：芯片反面表面活化处理；步骤O：预键合，芯片02反转，芯片01和芯片02实现晶向对准、加热、抽真空，完成两芯片的预键合；步骤P：室温下真空环境静置24h，然后高温退火固化；步骤Q：键合芯片正反面金属化；步骤R：固定框架，凸台上...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏峰，苏海伟，王帅，单少杰，杨琨，蒋立柱，
申请(专利权)人：上海长园维安微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31