一种带负阻特性的单向TVS器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种带负阻特性的单向瞬态电压抑制二极管器件，包括：第一区域，是P区，由P型掺杂硅衬底构成；第二区域，是N+区，由正面N型掺杂的扩散区构成；第三区域，是P+区，由正面P型掺杂的扩散区构成；第四区域，是N+区，由背面N型掺杂的扩散区构成；其中第二区域和第三区域在第一区域的正面中，第二区域在第一区域的中间，第二区域和第三区域间距大于等于零；第四区域在第一区域的背面中，占据第一区域的整个背面。本发明专利技术通过背面深槽后氧化工艺，将背面容易发生短路的位置保护起来，降低了风险，能够改善表面状态，使得击穿发生在硅的体内，提高稳定性和可靠性，该结构的超低漏电流对器件自身的耗电和功耗优势明显。

【技术实现步骤摘要】
一种带负阻特性的单向TVS器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件领域，特别涉及双向和单向低压瞬态电压抑制器件领域，为一种带负阻特性的单向TVS(TransientVoltageSuppressors)器件及其制备方法。
技术介绍
伴随IC电路集成度的不断提高、大规模集成电路中线宽也不断地在缩小，IC电路中更容易发生静电放电(ESD)和瞬态过电压对IC芯片造成破坏，因此，在整个电路系统中过压保护就变得至关重要。在消费电子充电电路中，要求浪涌残压超低的单向器件才能满足保护需求，而常规单向TVS二极管：击穿电压高、后端残压过高，容易损坏后端IC芯片，但负向浪涌抑制效果很优秀；常规双向TVS二极管：击穿电压低、残压低，但负向浪涌的残压很高，容易损坏IC芯片；为改进传统的单向和双向二极管存在的缺点、结合两者的优点，本专利中提出一种特殊的结构，既具有双向TVS二极管低残压和低击穿电压的优点，又具有单向TVS二极管负向浪涌残压超低的优点，在保护后端IC芯片时，正向浪涌残压超低，负向浪涌残压更低，对后端芯片能够起到优秀的保护作用。目前绝大部分电源和充电端口的保护都趋向于选择单向保护器件，随着手机、平板等电子设备出货量越来越大，充电电流、充电电压越来越高，各种版本的快充不断推出，为保证充电的安全性和可靠性，对保护器件提出更高的要求，同时针对封装要求体积小、厚度薄和更易焊接。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有产品特性中的不足，提供一种带负阻特性的单向TVS器件及其制备方法，这种带负阻特性的二极管不仅具有双向二极管低残压、低漏电流、低击穿电压的特点，同时还具有单向二极管正向超低残压的特点。本专利技术的一种带负阻特性的单向TVS二极管，包括：第一区域，是P区，由P型掺杂硅衬底构成；第二区域，是N+区，由正面N型掺杂的扩散区构成；第三区域，是P+区，由正面P型掺杂的扩散区构成；第四区域，是N+区，由背面N型掺杂的扩散区构成；其中第二区域和第三区域在第一区域的正面中，第二区域在第一区域的中间，第二区域和第三区域间距大于等于零；第四区域在第一区域的背面中，占据第一区域的整个背面。第一区域的P型掺杂浓度在5E17cm-3～2E18cm-3之间；第二区域的N型峰值掺杂浓度范围是5E18cm-3～3E19cm-3；第三区域的P型峰值掺杂浓度范围是5E18cm-3～5E19cm-3；第四区域的N型峰值掺杂浓度范围是5E18cm-3～3E19cm-3。第二区域的N型杂的结深范围为25μm～30μm；第三区域的P型杂的结深范围为5μm～15μm；第四个区域的N型杂的结深范围为25μm～30μm。上述带负阻特性的单向TVS器件的制备方法包括以下步骤：步骤(1)：在P型硅衬底晶圆片正面和背面开出N型掺杂区域窗口；步骤(2)：在P型硅衬底晶圆片正面和背面同时扩散，形成双面N型元素掺杂；步骤(3)：在晶圆片正面和背面氧化层上开出P型掺杂区域窗口；步骤(4)：用扩散掺杂的方式进行双面P型元素掺杂；步骤(5)：高温推阱；步骤(6)：对背面进行深槽刻蚀，将背面P型元素掺杂区域挖掉，后氧化隔离；步骤(7)：正面和背面的接触孔区域做金属布线引出。本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种带负阻特性的单向TVS器件采用P型衬底片，采用N+、P+高浓度扩散形成NPN结构的TVS；此种结构在反向击穿时，由于NPN穿通后的负阻效应，可以极大的降低残压，对后端IC能够起到优秀的保护效果。同时由于此结构的背面采用深槽结构，能够改善表面状态，使得击穿发生在硅的体内，提高稳定性和可靠性，同时在封装时可以有效的提高器件封装良率，避免背面短路情况的发生。该结构的超低漏电流对器件自身的耗电和功耗优势明显。附图说明图1是本专利技术带负阻特性的单向TVS的结构示意图。图2是本专利技术带负阻特性的单向TVS的功能示意图。图3.1-3.7是本专利技术实施例1带负阻特性的单向TVS器件制造工艺示意图。图4.1-4.7是实施例2带负阻特性的单向TVS器件制造工艺示意图。图5是是实施例3的带负阻特性的单向TVS器件结构示意图(正面N型重掺杂区和P型重掺杂区间距为零)。图6是是实施例4的带负阻特性的单向TVS器件结构示意图(正面N型重掺杂区在外侧，P型重掺杂区在内侧)。图7是是实施例5的带负阻特性的单向TVS器件结构示意图(不做挖深槽隔离)。图8是是实施例6的带负阻特性的单向TVS器件结构示意图(不做挖深槽隔离，正面N型重掺杂区和P型重掺杂区间距为零)。图9是实施例7的带负阻特性的单向TVS器件结构示意图(挖深槽隔离，正面N型重掺杂区在外侧，P型重掺杂区在内侧)。图10是本专利技术提出的带负阻特性的单向TVS的掺杂分布曲线。图11是本专利技术提出的带负阻特性的单向TVS的电压电流特性曲线。图12是本专利技术提出的带负阻特性的单向TVS的封装示意图(其中71为银浆，61为封装框架)。具体实施方式如图1所示，本专利技术的带负阻特性的单向TVS器件，包括：第一区域，是P区，由P型掺杂硅衬底22构成；第二区域，是N+区，由正面N型掺杂的扩散区31构成；第三区域，是P+区，由正面P型掺杂的扩散区32构成；第四区域，是N+区，由背面N型掺杂的扩散区31构成；其中第二区域和第三区域在第一区域的正面中，第二区域在第一区域的中间，第二区域和第三区域间距大于零；第四区域在第一区域的背面中，占据第一区域的整个背面；P型硅衬底背面的N型掺杂区域31做金属41引出，所述P型硅衬底正面的N型掺杂区域31和P型掺杂区域32做互连金属41引出。第一区域的P型掺杂浓度在5E17cm-3～2E18cm-3之间；第二区域的N型峰值掺杂浓度范围是5E18cm-3～3E19cm-3；第三区域的P型峰值掺杂浓度范围是5E18cm-3～5E19cm-3；第四区域的N型峰值掺杂浓度范围是5E18cm-3～3E19cm-3。第二区域的N型杂的结深范围为25μm～30μm；第三区域的P型杂的结深范围为5μm～15μm；第四个区域的N型杂的结深范围为25μm～30μm。图2所示是本专利技术的带负阻特性的单向TVS器件的功能示意图。P型掺杂硅衬底22、背面N型掺杂的扩散区31、正面N型掺杂的扩散区31和正面P型掺杂的扩散区32构成反向保护的NPN带负阻的二极管Z1和Z2；P型掺杂硅衬底22、背面N型掺杂的扩散区31和正面P型掺杂的扩散区32构成正向保护的PN二极管D1。通过工艺控制和版图设计可以实现带负阻特性的单向二极管特性。实施例1：图3-1到3-7是上述带负阻特性的单向TVS器件制造工艺示意图。图3-1所示，形成氧化层23，在氧化层上涂光刻胶24，然后在P型硅衬底22的正面和背面开出N型掺杂区域的扩散窗口；图3-2所示，在P型硅衬底22的正面和背面同时进行N型掺杂扩散，形成正面和背面的N型掺杂区域31；图3-3所示，在P型硅衬底22的正面和背面开出P型掺杂区域32的扩散窗口；图3-4所示，在P型硅衬底22的正面和背面同时进行P型掺杂扩散，形成正面和背面的P型掺杂区域32；图3-5所示，对在P型硅衬底22的正面和背面形成正面和背面的N型掺杂区域31和P型掺杂区域32进行高温推结。图3-6所示，在P型硅衬底22的背面P型掺杂区域32进行深槽工艺，将背面P型掺杂区域32全部挖掉，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带负阻特性的单向TVS二极管，其特征在于，包括：第一区域，是P区，由P型掺杂硅衬底构成；第二区域，是N+区，由正面N型掺杂的扩散区构成；第三区域，是P+区，由正面P型掺杂的扩散区构成；第四区域，是N+区，由背面N型掺杂的扩散区构成；其中第二区域和第三区域在第一区域的正面中，第二区域在第一区域的中间，第二区域和第三区域间距大于等于零；第四区域在第一区域的背面中，占据第一区域的整个背面。

【技术特征摘要】
2017.12.05 CN 20171126482541.一种带负阻特性的单向TVS二极管，其特征在于，包括：第一区域，是P区，由P型掺杂硅衬底构成；第二区域，是N+区，由正面N型掺杂的扩散区构成；第三区域，是P+区，由正面P型掺杂的扩散区构成；第四区域，是N+区，由背面N型掺杂的扩散区构成；其中第二区域和第三区域在第一区域的正面中，第二区域在第一区域的中间，第二区域和第三区域间距大于等于零；第四区域在第一区域的背面中，占据第一区域的整个背面。2.根据权利要求1所述的带负阻特性的单向TVS器件，其特征在于：第一区域的P型掺杂浓度在5E17cm-3～2E18cm-3之间；第二区域的N型峰值掺杂浓度范围是5E18cm-3～3E19cm-3；第三区域的P型峰值掺杂浓度范围是5E18cm-3～5E19cm-3；第四区域的N型峰值掺杂浓度范围是5E18cm-3～3E19cm-3。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王允，苏海伟，赵德益，赵志方，张啸，吕海凤，霍田佳，杜牧涵，苏亚兵，蒋骞苑，
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