一种大功率单向TVS器件制造技术

本发明专利技术公开了一种大功率单向TVS器件，其特征在于：在硅片上进行双面版图设计，其中：硅片正面版图包括P+区、N+区、接触孔、正面阴极金属；N+区在中心区域，P+区围绕N+区呈环状结构，同时P+区与N+区之间存在间隔；接触孔只打开正面N+区，使得正面阴极金属通过接触孔只引出N+区；硅片背面版图包括P+区、N+区、背面阳极金属；硅片背面无介质层，背面阳极金属直接与硅片背面整体全部接触，即将硅片背面的P+区和N+区进行短接引出。本发明专利技术通过对芯片的正面和背面都进行版图设计，大幅度提升了TVS器件的浪涌电流能力，同时具有更低的钳位电压，且不需要额外增大版面。

A High Power Unidirectional TVS Device

The invention discloses a high-power one-way TVS device, which is characterized by: double-sided layout design on silicon wafer, in which the front layout of silicon wafer includes P+region, N+region, contact hole and positive cathode metal; in the central region, P+region is circular around N+region, and there is only a gap between P+region and N+region; Open the front N + area so that the front cathode metal only leads out the N + area through the contact hole; the back layout of the silicon wafer includes P + area, N + area and back anode metal; there is no dielectric layer on the back of the silicon wafer, and the back anode metal directly contacts the whole back of the silicon wafer, i.e., the P + area and N + area on the back of the silicon wafer are short-connected. By layout design on both front and back sides of the chip, the invention greatly improves the surge current capability of the TVS device, has lower clamp voltage, and does not need to increase the layout.

【技术实现步骤摘要】
一种大功率单向TVS器件
本专利技术属于半导体保护器件
,具体涉及一种大功率单向TVS(TransientVoltageSuppressors)器件。
技术介绍
随着各类电子设备和移动终端向功能多元化和体积小型化的发展，其内部使用的集成电路也在快速发展，各类芯片的特征尺寸和工作电压都在不断减小，因此对相应的TVS保护器件也提出了更高的要求，一方面要求TVS保护器件面积和体积更小，以匹配不断小型化电路板；另一方面，随着移动终端对安全性和可靠性越来越高的要求，尤其是在手机和平板领域，对VBUS端的浪涌防护能力要求已经提高到了300V以上，因此要求TVS保护器件既要有很高的浪涌电流保护能力，同时又要有低的钳位电压。目前传统的TVS保护器件，为了提高功率，往往是通过增大TVS器件面积的方法，由于增大器件面积，导致封装后的成品体积增大，因而不能很好地满足各类移动终端小型化的需求，另一方面增大TVS器件面积，对于降低钳位电压的效果并不理想。为了突破传统技术瓶颈，获得一种不增大器件面积，就大幅度提高功率的TVS保护器件，专利技术人经过创新设计，并经过了实践生产获得了本专利技术。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术创新性的提供了一种大功率单向TVS器件，其具有大功率、体积小、集成度高、成本低等优点。本专利技术的技术方案是：一种大功率单向TVS器件，其特征在于：在硅片上进行双面版图设计，其中：硅片正面版图包括P+区、N+区、接触孔、正面阴极金属；N+区在中心区域，P+区围绕N+区呈环状结构，同时P+区与N+区之间存在间隔；接触孔只打开正面N+区，使得正面阴极金属通过接触孔只引出N+区；硅片背面版图包括P+区、N+区、背面阳极金属；硅片背面无介质层，背面阳极金属直接与硅片背面整体全部接触，即将硅片背面的P+区和N+区进行短接引出。作为优选，硅片背面的N+区和P+区与硅片正面的N+区和P+区的版图相同。作为优选，正面阴极金属以及背面阳极金属的长度和宽度与硅片的长度和宽度一致。作为优选，硅片长度为1.2～2.0mm，宽度为1.0～1.8mm，P+区与N+区面积比例为1:1至1:6，P+区与N+区的间距为50～120μm；更为优选的，P+区与N+区面积比例为1:3，P+区与N+区的间距为60～80μm。作为优选，硅片长度为0.8～1.6mm，宽度为0.5～1.4mm，P+区与N+区面积比例为1:2至1:5，P+区与N+区的间距为30～100μm；更为优选的，P+区与N+区面积比例为1:3至1:4，P+区与N+区间距为45～55μm。为了获得性能最佳的TVS器件，本专利技术有两个重要的参数设置，分别是P+区与N+区的面积比例，以及P+区与N+区的间距，通过调整这两个重要参数，可以获得浪涌电流能力最大，且钳位电压很低的TVS保护器件。本专利技术通过对芯片的正面和背面都进行版图设计，大幅度提升了TVS器件的浪涌电流能力，同时具有更低的钳位电压，且不需要额外增大版面。附图说明图1为本专利技术的大功率单向TVS器件的正面版图基本结构。图2为本专利技术的大功率单向TVS器件的背面版图基本结构。具体实施方式下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。实施例1：本实施例芯片外形尺寸，长度为1.8mm，宽度为1.2mm，适合用于小型封装外壳。P+区100与N+区200面积比例为1:3；。其中P+区与N+区的间距为70μm。金属区尺寸与芯片整体尺寸一样。本实施例的具体制造方法过程为：步骤1：所选硅片为P型衬底，在硅片正面和背面同时先生长氧化层作为阻挡层。P型衬底的电阻率为1±0.5Ω·cm，厚度为200±20μm；作为优选，生长的氧化层厚度为0.6μm。步骤2：通过光刻和氧化层刻蚀，打开硅片正面和背面的N+区域，然后进行掺杂。作为优选，掺杂方式为炉管涂源热扩散和离子注入，其中更为优选，是通过炉管进行热扩散掺杂。步骤3：进入炉管设备，进行高温扩散同时在N+区上生长氧化层。作为优选，生长的氧化层厚度与步骤1中氧化层的厚度相同。步骤4：通过光刻和氧化层刻蚀，打开硅片正面和背面的P+区域，然后进行掺杂。作为优选，掺杂方式为炉管涂源热扩散和离子注入，其中更为优选，是通过炉管进行热扩散掺杂。步骤5：进入炉管设备，进行高温扩散同时在P+区上生长氧化层。作为优选，生长的氧化层厚度与步骤1中氧化层的厚度相同。步骤6：对硅片正面进行涂胶、曝光、显影，定义出接触孔300图形，然后用腐蚀液体去除正面接触孔内的氧化层，同时背面的氧化层也被全部去除。步骤7：在硅片的正面和背面溅射金属400，形成阳极引出和阴极引出。采用本方案设计制造的TVS器件，具有性能强、体积小的特点，其能承受的最大浪涌电流是200A，可以经受高达350V以上的浪涌电压冲击，比传统TVS器件性能提升100％，可以满足应用于手机VBUS端最新的要求标准。实施例2：本实施例芯片外形尺寸，长度为1.8mm，宽度为1.2mm，适合用于小型封装外壳。P+区100与N+区200面积比例为1:1；。其中P+区与N+区的间距为50μm。金属区尺寸与芯片整体尺寸一样。采用本方案设计制造的TVS器件，具性能稍弱于实施例1，其能承受的最大浪涌电流是130A。实施例3：本实施例芯片外形尺寸，长度为1.8mm，宽度为1.2mm，适合用于小型封装外壳。P+区100与N+区200面积比例为1:6；其中P+区与N+区的间距为120μm。金属区尺寸与芯片整体尺寸一样。采用本方案设计制造的TVS器件，具性能稍弱于实施例1，其能承受的最大浪涌电流是160A。实施例4：本实施例芯片外形尺寸，长度为1.2mm，宽度为0.9mm，适合用于更小封装形式的外壳。P+区与N+区面积比例为1:4；P+区与N+区的间距为50μm。作为优选，金属区尺寸与芯片整体尺寸一样。采用本方案设计制造的TVS器件，具有性能强、体积更小的特点，其能承受的最大浪涌电流是130A，可以经受高达300V以上的浪涌电压冲击，比传统TVS器件性能提升90％，可以满足应用于手机VBUS端最新的要求标准。实施例5：本实施例芯片外形尺寸，长度为1.2mm，宽度为0.9mm，适合用于更小封装形式的外壳。P+区与N+区面积比例为1:2；P+区与N+区的间距为30μm。作为优选，金属区尺寸与芯片整体尺寸一样。采用本方案设计制造的TVS器件，其性能稍弱于实施例4，其能承受的最大浪涌电流是70A。实施例6：本实施例芯片外形尺寸，长度为1.2mm，宽度为0.9mm，适合用于更小封装形式的外壳。P+区与N+区面积比例为1:5；P+区与N+区的间距为100μm。作为优选，金属区尺寸与芯片整体尺寸一样。采用本方案设计制造的TVS器件，其性能稍弱于实施例4，其能承受的最大浪涌电流是100A。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例而已，并非对本专利技术作任何形式上的限制。本专利技术虽然已经作为较佳的实施例公布如上，然而并非用以限定本专利技术。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本专利技术的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和
技术实现思路
对本专利技术技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本专利技术技术方案的内容，依据本专利技术的技术实质对以上实施例所做的任何修改、等同替换、等效变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率单向TVS器件，其特征在于：在硅片上进行双面版图设计，其中：硅片正面版图包括P+区、N+区、接触孔、正面阴极金属；N+区在中心区域，P+区围绕N+区呈环状结构，同时P+区与N+区之间存在间隔；接触孔只打开正面N+区，使得正面阴极金属通过接触孔只引出N+区；硅片背面版图包括P+区、N+区、背面阳极金属；硅片背面无介质层，背面阳极金属直接与硅片背面整体全部接触，即将硅片背面的P+区和N+区进行短接引出。

【技术特征摘要】
1.一种大功率单向TVS器件，其特征在于：在硅片上进行双面版图设计，其中：硅片正面版图包括P+区、N+区、接触孔、正面阴极金属；N+区在中心区域，P+区围绕N+区呈环状结构，同时P+区与N+区之间存在间隔；接触孔只打开正面N+区，使得正面阴极金属通过接触孔只引出N+区；硅片背面版图包括P+区、N+区、背面阳极金属；硅片背面无介质层，背面阳极金属直接与硅片背面整体全部接触，即将硅片背面的P+区和N+区进行短接引出。2.根据权利要求1所述的大功率单向TVS器件，其特征在于：硅片背面的N+区和P+区与硅片正面的N+区和P+区的版图相同。3.根据权利要求1所述的大功率单向TVS器件，其特征在于：正面阴极金属以及背面阳极金属的长度和宽度与硅片的长度和宽度一致。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋骞苑，王允，苏海伟，赵德益，叶毓明，李亚文，赵志方，何鑫鑫，张利明，吴青青，冯星星，
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