低压低漏电瞬态抑制二极管工艺设计

摘要

瞬态抑制二极管(Transient Voltage Suppressor, TVS)是一种二极管形式的高效能保护器件，能够有效地保护电子线路中的精密元器件等免受各种浪涌脉冲的冲击，已在家用电器、电子仪器、精密设备、计算机及通讯设备等方面得到广泛应用。
　　在实际生产过程中，TVS通常有3种制作工艺，即由N型衬底N型外延，掺杂硼，由P型衬底P型外延掺杂磷形成P-N结型TVS管;用N型衬底抛光片，掺杂硼形成N-P结型TVS管;用P型衬底抛光片，掺杂硼形成P-N结型TVS管。这些工艺制作在7V以上产品时能够满足设计参数要求，并且其特性曲线为硬击穿，漏电流小。但7V以下的产品曲线则变为软击穿，漏电流增大，通常5V/1W产品漏电流在200μ A左右。本设计拟将其漏电流降低到0.5μ A以下，通过合适的工艺设计减小产品漏电流，改善其特性曲线为硬击穿，降低产品的功耗。
　　论文的主要工作:
　　(1)铝掺杂工艺及RTP快速退火工艺。该设计选用的是N衬底抛光片，晶向为100，这种材料在后续的铝金属快速退火过程中起到铝收缩的作用，解决铝向外扩散的问题;通过调整退火温度和退火时间，铝快速退火后击穿电压由10V回缩到5～7V之间，漏电流的击穿点为10V，5V下测试漏电，从而降低产品的漏电流。
　　(2)批次流片产品参数测试。通过对本批次流片产品的参数测试，得到了不同阶段的电参数特性曲线及6组测试数据，并在此基础上进行了数据分析。预期设计指标为:VF≤0.9V@10mA，IR≤0.5μA@5V，VR6.4～7V@10mA，实际测试参数为:VF:0.85～0.856V@10mA，IR:0.1～0.2μA，VR:6.5～6.7V，测试结果表明本批次流片制作的TVS产品的主要参数VBR、IR、VC均能满足设计要求。
　　(3)工艺重复性和可操作性的验证。为确保设计方案的可行性，同时具有工艺重复性及可操作性，对产品进行了高温反偏等可靠性试验及抗静电试验。实验结果表明各种测试数据均符合正态分布，均能满足设计要求。
　　本批次设计的低电压低漏电5V TVS产品，经过流片及不同阶段电性能和可靠性试验测试，结果均表明该批次产品电参数及可靠性水平均能满足设计要求，重要指标漏电流降低至0.5μA以下。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 选题背景

1．1．1 国际TVS现状及发展趋势

1．1．2 国内TVS现状及发展趋势

1．1．3 未来TVS发展方向

1．2 课题研究的必要性

1．3 论文主要研究内容

2 与TVS相关的半导体技术基础

2．1 半导体硅的晶体结构

2．2 半导体材料相关术语

2．2．1 晶向及晶面

2．2．2 缺陷

2．2．3 能带

2．2．4 施主与受主

2．3 半导体的分类

2．4 TVS

2．4．1 TVS的原理

2．4．2 TVS的分类

2．4．3 TVS的特点

2．4．4 TVS的应用

2．4．5 TVS的主要技术参数

3 TVS的设计与流片工艺

3．1 半导体产品工艺环境

3．1．1 净化等级

3．1．2 环境温湿度

3．1．3 生产中控制污染的9种技术

3．2 TVS设计方案论证

3．2．1 TVS设计参数的确定

3．2．2 TVS设计方案的确定

3．3 TVS流片工艺

3．3．1 外延片准备及标识

3．3．2 清洗

3．3．3 初始氧化

3．3．4 光刻

3．3．5 硼扩散

3．3．6 退火

3．3．7 RTP快速退火

3．3．8 金属蒸发

3．3．9 合金

3．3．10 减薄

3．3．11 背面金属化

3．3．12 测试

3．3．13 划片

3．3．14 后道封装

4 测试数据及分析

4．1 rvs产品电参数曲线的实际测试及数据分析

4．1．1 金属化后的测试数据及分析

4．1．2 中测数据及分析

4．2 TVS产品可靠性试验

4．2．1 TVS产品封装后测试及分析

4．2．2 TVS产品抗静电试验及分析

4．2．3 TVS产品直流老化

结论

致谢

参考文献