CN109166908A - 一种低过冲电压单向tvs及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低过冲电压单向TVS，包括P型衬底和扩散于P型衬底上、下表面的N+浓磷区，N+浓磷区分别覆盖P型衬底上、下表面积的2/3‑5/6；TVS器件上表面氧化有二氧化硅钝化层，TVS器件上表面设有金属电极K，TVS器件下表面设有金属电极A；本发明还公开了所述低过冲电压单向TVS的制造方法，包括如下步骤：步骤S1、衬底制备；步骤S2、氧化；步骤S3、浓磷区光刻；步骤S4、浓磷区扩散；步骤S5、引线孔光刻；步骤S6、蒸铝；步骤S7、铝反刻；步骤S8、蒸铝合金；步骤S9、蒸Ti‑Ni‑Ag合金；步骤S10、Ti‑Ni‑Ag反刻。本发明相对于传统结构的单向TVS在结构上多了一个浓磷扩散区、少了一个浓硼扩散区，在P型衬底下表面扩散浓磷区，能够有效地降低过冲电压，增强器件的浪涌能力。
Description
技术领域
本发明属于半导体防护器件领域，具体地，涉及一种低过冲电压单向TVS及其制造方法。
背景技术
TVS器件是一种限压型瞬态电压保护二极管，它能以ns的响应速度将浪涌电压钳位在一定的安全值内，TVS通常并联在线路中应用在一些保护电路中。如图2所示，传统的单向TVS器件包括P型衬底，位于P型衬底上表面部分区域的N+浓磷区，位于P型衬底下表面的P+浓硼区，位于器件上表面的二氧化硅钝化层，位于器件上表面的金属电极K和位于下表面的金属电极A。当K相对于A为高电位且该电位达到P型衬底与上表面N+浓磷区形成的pn结击穿电压时，TVS器件发生雪崩击穿将浪涌电压钳位在特定的水平，且电流与电压呈正阻特性，即浪涌电流越大钳位电压越高。
对于高浪涌电流的应用场合，浪涌电流很大，常规的单向TVS两端会出现较高的过冲电压，严重威胁后端被保护线路的安全和工作稳定性，特别是TVS用在电压敏感线路的保护更是如此。因此，降低单向TVS器件的钳位电压，不在被保护线路两端出现过高的过冲电压是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低过冲电压单向TVS及其制造方法，以克服现有技术的不足之处。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种低过冲电压单向TVS，包括P型衬底和扩散于P型衬底上、下表面的N+浓磷区，N+浓磷区分别覆盖P型衬底上、下表面积的2/3-5/6；TVS器件上表面氧化有二氧化硅钝化层，TVS器件上表面设有金属电极K，TVS器件下表面设有金属电极A；
所述低过冲电压单向TVS由如下步骤制备而成：
步骤S1、衬底制备
选择P型硅单晶片，将P型硅单晶片进行双面抛光，得到P型衬底；
步骤S2、氧化
在P型衬底1的上表面氧化一层二氧化硅钝化层；
步骤S3、浓磷区光刻
采用浓磷区光刻版在P型衬底上进行浓磷区光刻；
步骤S4、浓磷区扩散
预沉积：采用POCl3做为掺杂源，预淀积温度1050-1150℃，预沉积时间80-120min，方块电阻0.5-1Ω/□；
再扩散：利用硅管进行再扩散，再扩散推结温度1100-1200℃，推结时间4-10h，结深10-15μm；
步骤S5、引线孔光刻
采用引线孔光刻版进行光刻；
步骤S6、蒸铝
通过蒸铝操作，在P型衬底的表面覆上一层铝膜层；
步骤S7、铝反刻
采用金属反刻版进行铝反刻；
步骤S8、蒸铝合金
在铝膜层表面覆合一层铝合金膜，蒸铝合金操作时，铝合金温度430-500℃，时间30-90min；
步骤S9、蒸Ti-Ni-Ag合金
在铝合金膜表面蒸镀一层Ti-Ni-Ag合金膜，Ti-Ni-Ag合金膜的厚度δ＝1-1.5μm；
步骤S10、Ti-Ni-Ag反刻
采用金属反刻版对Ti-Ni-Ag合金膜进行反刻，制备得到低过冲电压单向TVS。
进一步地，所述二氧化硅钝化层3的厚度为1-1.5μm。
进一步地，所述金属电极K与P型衬底上表面的N+浓磷区相连。
进一步地，所述金属电极A与P型衬底的下表面以及位于P型衬底下表面的N+浓磷区相连。
一种低过冲电压单向TVS的制造方法，包括如下步骤：
步骤S1、衬底制备
选择P型硅单晶片，将P型硅单晶片进行双面抛光，得到P型衬底(1)；
步骤S2、氧化
在P型衬底1的上表面氧化一层二氧化硅钝化层(3)；
步骤S3、浓磷区光刻
采用浓磷区光刻版在P型衬底(1)上进行浓磷区光刻；
步骤S4、浓磷区扩散
预沉积：采用POCl3做为掺杂源，预淀积温度1050-1150℃，预沉积时间80-120min，方块电阻0.5-1Ω/□；
再扩散：利用硅管进行再扩散，再扩散推结温度1100-1200℃，推结时间4-10h，结深10-15μm；
步骤S5、引线孔光刻
采用引线孔光刻版进行光刻；
步骤S6、蒸铝
通过蒸铝操作，在P型衬底(1)的表面覆上一层铝膜层；
步骤S7、铝反刻
采用金属反刻版进行铝反刻；
步骤S8、蒸铝合金
在铝膜层表面覆合一层铝合金膜，蒸铝合金操作时，铝合金温度430-500℃，时间30-90min；
步骤S9、蒸Ti-Ni-Ag合金
在铝合金膜表面蒸镀一层Ti-Ni-Ag合金膜，Ti-Ni-Ag合金膜的厚度δ＝1-1.5μm；
步骤S10、Ti-Ni-Ag反刻
采用金属反刻版对Ti-Ni-Ag合金膜进行反刻，制备得到低过冲电压单向TVS。
进一步地，步骤S1中所述P型硅单晶片的具体参数为ρ：0.15～0.16Ω·cm，片厚：230～250μm。
进一步地，步骤S2中所述氧化温度1000-1100℃，氧化时间t＝5-10h。
进一步地，步骤S6中所述铝膜层厚度δ＝2-3μm。
本发明的有益效果：
本发明相对于传统结构的单向TVS器件在结构上多了一个浓磷扩散区、少了一个浓硼扩散区，在制作过程中只需要一次浓磷区光刻、一次浓磷区扩散就可以实现P型衬底上、下表面浓磷区，且不需要背面浓硼扩散区；通过在P型衬底下表面扩散浓磷区，能够有效地降低过冲电压，增强器件的浪涌能力；通过流片验证，在相同芯片面积的情况下，本发明提供的低过冲电压单向TVS在1.2/50μs波形400V浪涌下浪涌能力是传统单向TVS结构的2.2倍，过冲电压比传统结构低6-7V。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的一种低过冲电压单向TVS的结构示意图；
图2为本发明背景技术中传统的单向TVS器件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种低过冲电压单向TVS，如图1所示，包括P型衬底1和扩散于P型衬底1上、下表面的N+浓磷区2，N+浓磷区2分别覆盖P型衬底1上、下表面积的2/3-5/6；TVS器件上表面氧化有二氧化硅钝化层3，二氧化硅钝化层3的厚度为1-1.5μm，TVS器件上表面设有金属电极K，金属电极K与P型衬底1上表面的N+浓磷区2相连，TVS器件下表面设有金属电极A，金属电极A与P型衬底1的下表面以及位于P型衬底1下表面的N+浓磷区2相连；
所述低过冲电压单向TVS的制造方法，包括如下步骤：
步骤S1、衬底制备
选择P型硅单晶片，其中，所述P型硅单晶片的具体参数为ρ：0.15～0.16Ω·cm，片厚：230～250μm，将P型硅单晶片进行双面抛光，得到P型衬底1；
步骤S2、氧化
在P型衬底1的上表面氧化一层二氧化硅钝化层3，氧化温度1000-1100℃，氧化时间t＝5-10h，氧化层厚度Tox＝1-1.5μm；
步骤S3、浓磷区光刻
采用浓磷区光刻版在P型衬底1上进行浓磷区光刻，具体操作为，将对光敏感的光刻胶旋涂在P型衬底1上，盖上光刻版，用紫外线光隔着光刻版对P型衬底1进行照射；
步骤S4、浓磷区扩散
预沉积：采用POCl3做为掺杂源，预淀积温度1050-1150℃，预沉积时间80-120min，方块电阻0.5-1Ω/□；
再扩散：利用硅管进行再扩散，再扩散推结温度1100-1200℃，推结时间4-10h，结深10-15μm；
步骤S5、引线孔光刻
采用引线孔光刻版进行光刻；
步骤S6、蒸铝
通过蒸铝操作，在P型衬底1的表面覆上一层铝膜层，铝膜层厚度δ＝2-3μm；
步骤S7、铝反刻
采用金属反刻版进行铝反刻；
步骤S8、蒸铝合金
在铝膜层表面覆合一层铝合金膜，蒸铝合金操作时，铝合金温度430-500℃，时间30-90min；
步骤S9、蒸Ti-Ni-Ag合金
在铝合金膜表面蒸镀一层Ti-Ni-Ag合金膜，Ti-Ni-Ag合金膜的总厚度δ＝1-1.5μm；
步骤S10、Ti-Ni-Ag反刻
采用金属反刻版对Ti-Ni-Ag合金膜进行反刻，制备得到低过冲电压单向TVS。
本发明的技术原理如下：当金属电极K相对于金属电极A为高电位且该电位达到P型衬底1与上表面N+浓磷区2形成的pn结击穿电压时，该pn结发生击穿，击穿电流从金属电极K流向P型衬底1下表面的区域，该击穿电流会在P型衬底1与下表面的N+浓磷区2之间建立电势差，随着击穿电流的增大，P型衬底1与下表面的N+浓磷区2会发生正偏，从而下表面N+浓磷区2会向P型衬底1注入电子，提高P型衬底1的有效载流子浓度、降低P型衬底电阻，从而在TVS两端出现浪涌时能够降低出现在器件两端的过冲电压；本发明相对于传统结构的单向TVS器件在结构上多了一个浓磷扩散区、少了一个浓硼扩散区，在制作过程中只需要一次浓磷区光刻、一次浓磷区扩散就可以实现P型衬底上、下表面浓磷区，且不需要背面浓硼扩散区；通过在P型衬底下表面扩散浓磷区，能够有效地降低过冲电压，增强器件的浪涌能力；通过流片验证，在相同芯片面积的情况下，本发明提供的低过冲电压单向TVS在1.2/50μs波形400V浪涌下浪涌能力是传统单向TVS结构的2.2倍，过冲电压比传统结构低6-7V。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种低过冲电压单向TVS，其特征在于，包括P型衬底(1)和扩散于P型衬底(1)上、下表面的N+浓磷区(2)，N+浓磷区(2)分别覆盖P型衬底(1)上、下表面积的2/3-5/6；TVS器件上表面氧化有二氧化硅钝化层(3)，TVS器件上表面设有金属电极K，TVS器件下表面设有金属电极A；
所述低过冲电压单向TVS由如下步骤制备而成：
步骤S1、衬底制备
选择P型硅单晶片，将P型硅单晶片进行双面抛光，得到P型衬底(1)；
步骤S2、氧化
在P型衬底1的上表面氧化一层二氧化硅钝化层(3)；
步骤S3、浓磷区光刻
采用浓磷区光刻版在P型衬底(1)上进行浓磷区光刻；
步骤S4、浓磷区扩散
预沉积：采用POCl3做为掺杂源，预淀积温度1050-1150℃，预沉积时间80-120min，方块电阻0.5-1Ω/□；
再扩散：利用硅管进行再扩散，再扩散推结温度1100-1200℃，推结时间4-10h，结深10-15μm；
步骤S5、引线孔光刻
采用引线孔光刻版进行光刻；
步骤S6、蒸铝
通过蒸铝操作，在P型衬底(1)的表面覆上一层铝膜层；
步骤S7、铝反刻
采用金属反刻版进行铝反刻；
步骤S8、蒸铝合金
在铝膜层表面覆合一层铝合金膜，蒸铝合金操作时，铝合金温度430-500℃，时间30-90min；
步骤S9、蒸Ti-Ni-Ag合金
在铝合金膜表面蒸镀一层Ti-Ni-Ag合金膜，Ti-Ni-Ag合金膜的厚度δ＝1-1.5μm；
步骤S10、Ti-Ni-Ag反刻
采用金属反刻版对Ti-Ni-Ag合金膜进行反刻，制备得到低过冲电压单向TVS。
2.根据权利要求1所述的一种低过冲电压单向TVS，其特征在于，所述二氧化硅钝化层3的厚度为1-1.5μm。
3.根据权利要求1所述的一种低过冲电压单向TVS，其特征在于，所述金属电极K与P型衬底(1)上表面的N+浓磷区(2)相连。
4.根据权利要求1所述的一种低过冲电压单向TVS，其特征在于，所述金属电极A与P型衬底(1)的下表面以及位于P型衬底(1)下表面的N+浓磷区(2)相连。
5.根据权利要求1所述的一种低过冲电压单向TVS的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、衬底制备
选择P型硅单晶片，将P型硅单晶片进行双面抛光，得到P型衬底(1)；
步骤S2、氧化
在P型衬底1的上表面氧化一层二氧化硅钝化层(3)；
步骤S3、浓磷区光刻
采用浓磷区光刻版在P型衬底(1)上进行浓磷区光刻；
步骤S4、浓磷区扩散
预沉积：采用POCl3做为掺杂源，预淀积温度1050-1150℃，预沉积时间80-120min，方块电阻0.5-1Ω/□；
再扩散：利用硅管进行再扩散，再扩散推结温度1100-1200℃，推结时间4-10h，结深10-15μm；
步骤S5、引线孔光刻
采用引线孔光刻版进行光刻；
步骤S6、蒸铝
通过蒸铝操作，在P型衬底(1)的表面覆上一层铝膜层；
步骤S7、铝反刻
采用金属反刻版进行铝反刻；
步骤S8、蒸铝合金
在铝膜层表面覆合一层铝合金膜，蒸铝合金操作时，铝合金温度430-500℃，时间30-90min；
步骤S9、蒸Ti-Ni-Ag合金
在铝合金膜表面蒸镀一层Ti-Ni-Ag合金膜，Ti-Ni-Ag合金膜的厚度δ＝1-1.5μm；
步骤S10、Ti-Ni-Ag反刻
采用金属反刻版对Ti-Ni-Ag合金膜进行反刻，制备得到低过冲电压单向TVS。
6.根据权利要求5所述的一种低过冲电压单向TVS的制造方法，其特征在于，步骤S1中所述P型硅单晶片的具体参数为ρ：0.15～0.16Ω·cm，片厚：230～250μm。
7.根据权利要求5所述的一种低过冲电压单向TVS的制造方法，其特征在于，步骤S2中所述氧化温度1000-1100℃，氧化时间t＝5-10h。
8.根据权利要求5所述的一种低过冲电压单向TVS的制造方法，其特征在于，步骤S6中所述铝膜层厚度δ＝2-3μm。
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2018
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