本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种小型化高功率密度tvs(transientvoltagesuppressors)器件及其制造方法。
背景技术
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。本发明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。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明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。
本发明采用的技术方案是：
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。
本发明的有益效果是：本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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发明进行进一步的说明。
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·cm；
步骤g：芯片正面用光刻胶掩模开出p型掺杂区域窗口；
步骤h：芯片背面用光刻胶掩膜开出p型掺杂区域窗口；
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；芯片正反面p型掺杂的浓度是1×1020cm-3；
步骤k：在sic炉中进行高温推阱；高温推阱的温度控制在1250℃，推结时间380min；
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；芯片反面的活化需要ar气等离子体处理30min，表面产生大量的oh团；
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；芯片01和芯片02必须沿<111>晶向对准，加热温度控制在400℃，压强控制在1.3mpa；
步骤p：预键合后芯片必须在真空n2环境中静置24小时,n2环境下高温退火，温度控制在900度，时间控制在8小时；
步骤q：键合芯片正反面金属化；键合芯片采用冷蒸工艺实现，温度控制在180℃,蒸发时间6小时；
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。
如图21所示，本发明的小型化高功率密度tvs器件，包括两个完全相同的tvs芯片01、02，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03连接固定框架04、05；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，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。
以上已将本发明做详细说明，但以上所述，仅为本发明的较好的实施例，不应当限定本发明实施的范围。即，凡是根据本发明申请范围所作的等效变化与修饰等，都应仍然属于本发明的专利涵盖范围内。