一种单向低压TVS器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种单向低压TVS器件，包括N型硅片， N型硅片中设有P1掺杂区和P2掺杂区，P1掺杂区中设有N1+掺杂区，P2掺杂区中设有N2+掺杂区，位于P2掺杂区远离P1掺杂区一侧的N型硅片中设有N3+掺杂区；N型硅片的正面设有氧化层，氧化层的上表面设有上金属化电极和互连金属层；N型硅片的背面依次设有N+掺杂区和下金属化电极。本发明专利技术内置两个倒置的三极管，利用三极管集电极-发射极击穿原理，通过设置合理的放大倍数，能够制造出击穿电压低、漏电低的单向TVS器件，避免了低击穿电压时齐纳击穿导致的高漏电问题，且制造方法简单易行，适应批量生产的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种单向低压TVS器件及其制造方法
本专利技术属于半导体功率器件
，具体涉及一种单向低压TVS器件及其制造方法。
技术介绍
雷电和不可预测的浪涌电流等瞬态干扰造成电子电路的损坏，已成为电器设备的主要模式原因之一，因此，在电路中必须配备防护器件以保护脆弱敏感的IC和精密的电子元器件。瞬态抑制二极管（TransientVoltageSuppressor，TVS）作为有效的防护器件，使瞬态干扰得到了有效抑制。TVS是利用硅半导体材料制成的特殊功能的二极管，当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能迅速开启，同时吸收浪涌电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面精密的电子元器件免受瞬态高能量的冲击而损坏。国内现有技术生产TVS器件，一般在较低电阻率的P型硅片上，通过扩散的方式形成一个深的大面积的N+结，采用挖槽的方式隔离，通过调整结深和掺杂浓度来调整电压。但是对于工作电压小于6V的低压TVS，由于此时PN结击穿中齐纳击穿所占比例增大，器件漏电成倍增加，通常为几十至几百微安，这会降低电器设备的可靠性，造成误动作和能源的浪费。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种击穿电压和漏电量均较低的单向低压TVS器件及其制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种单向低压TVS器件，包括N型硅片，N型硅片中设有P1掺杂区和P2掺杂区，P1掺杂区中设有N1+掺杂区，P2掺杂区中设有N2+掺杂区，位于P2掺杂区远离P1掺杂区一侧的N型硅片中设有N3+掺杂区；N型硅片的正面设有氧化层，氧化层的上表面设有上金属化电极和互连金属层，上金属化电极通过贯穿氧化层的开孔与N1+掺杂区和N2+掺杂区的上表面连接，互连金属层通过贯穿氧化层的开孔与P2掺杂区和N3+掺杂区的上表面连接；N型硅片的背面设有N+掺杂区，N+掺杂区的背面设有下金属化电极。上述P1掺杂区的结深大于N1+掺杂区的结深，P2掺杂区的结深大于N2+掺杂区的结深。上述上金属化电极和互连金属层的材质为Al，下金属化电极的材质为Ti-Ni-Ag。制造上述单向低压TVS器件的方法，包括以下步骤：（1）取厚度为250~270μm，电阻率为0.025~0.050Ω·cm的N型硅片；（2）用磨片机对N型硅片的正面进行研磨，再用抛光机进行抛光，抛光后的N型硅片的厚度为195~205μm；（3）清洗N型硅片，进入高温扩散炉，在1100~1180℃的温度下湿氧氧化3~5h，生长一层1.1~1.4μm厚的氧化层；（4）N型硅片正面的氧化层用光刻胶保护，待背面的氧化层腐蚀净后除去光刻胶；（5）采用POCL3气相掺杂法，在1070~1100℃温度下对N型硅片的背面预扩80~120min，形成N+掺杂区；（6）在N型硅片的正面光刻出P1掺杂区和P2掺杂区；（7）同时在P1掺杂区和P2掺杂区进行硼杂质注入、推结，注入条件为：剂量9E14~9E15cm-2，能量75~85KeV；推结条件为：温度1100℃~1150℃，时间2~5h，结深4~8μm；（8）在N型硅片的正面光刻出N1+掺杂区、N2+掺杂区和N3+掺杂区；（10）同时在N1+掺杂区、N2+掺杂区和N3+掺杂区进行磷杂质注入、推结，注入条件为：剂量1E15~1E16cm-2，能量45~55KeV；推结条件为：温度950℃~1050℃，时间20~60min，结深2~5μm；（11）在氧化层上光刻出开孔，同时腐蚀净N+掺杂区背面的氧化层；（12）在氧化层的上表面和开孔处蒸发Al，光刻和反刻后形成上金属化电极和互连金属层，并合金；（13）在N+掺杂区的背面蒸发Ti-Ni-Ag，形成下金属化电极。与现有技术相比，本专利技术的优点是：本专利技术内置两个倒置的三极管，利用三极管集电极-发射极击穿原理，通过设置合理的放大倍数，能够制造出击穿电压低（＜6V）、漏电低（＜1μA）的单向TVS器件，避免了传统TVS器件由于高浓度结在低击穿电压时齐纳击穿导致的高漏电问题，且制造方法简单易行，适应批量生产的要求。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术中上金属化电极接正电位时的工作原理图；图3是本专利技术中下金属化电极接正电位时的工作原理图。其中，1、N型硅片，2、P1掺杂区，3、P2掺杂区，4、N1+掺杂区，5、N2+掺杂区，6、N3+掺杂区，7、氧化层，8、上金属化电极，9、互连金属层，10、N+掺杂区，11、下金属化电极，T1或T2、倒置三极管。具体实施方式：请参阅图1，一种单向低压TVS器件，包括N型硅片1，N型硅片1中设有P1掺杂区2和P2掺杂区3，P1掺杂区2中设有N1+掺杂区4，P2掺杂区3中设有N2+掺杂区5，位于P2掺杂区3远离P1掺杂区2一侧的N型硅片1中设有N3+掺杂区6；N型硅片1的正面设有氧化层7，氧化层7的上表面设有上金属化电极8和互连金属层9，上金属化电极8通过贯穿氧化层7的开孔与N1+掺杂区4和N2+掺杂区5的上表面连接，互连金属层9通过贯穿氧化层7的开孔与P2掺杂区3和N3+掺杂区6的上表面连接；N型硅片1的背面设有N+掺杂区10，N+掺杂区10的背面设有下金属化电极11。在本专利技术中，P1掺杂区2的结深大于N1+掺杂区4的结深，P2掺杂区3的结深大于N2+掺杂区5的结深；上金属化电极8和互连金属层9的材质为Al，下金属化电极11的材质为Ti-Ni-Ag。请参阅图2，当上金属化电极8接正电位时，由N1+掺杂区4、P1掺杂区2、N型硅片1构成的倒置三极管T1与由N2+掺杂区5、P2掺杂区3、N型硅片1构成的倒置三极管T2处于共射极状态，而倒置三极管T2的发射极（N3+掺杂区6）和基极（P2掺杂区3）被互连金属层9短路，倒置三极管T2无放大作用，不工作。TVS器件的击穿电压取决于倒置三极管T1基极-发射极的击穿电压，从而实现TVS器件的反向击穿特性，且，根据三极管击穿原理，通过合理设置倒置三极管T1的放大倍数，可以实现TVS器件的低的反向击穿（＜6V）和低漏电水平（＜1μA），此时该TVS器件的电流流动方向如图中的箭头所示。请参阅图3，当下金属化电极11接正电位时，由于倒置三极管T1的P1掺杂区2和N型硅片1构成反偏PN结，T1不工作。而互连金属层9将N型硅片1和P2掺杂区3短路，P2掺杂区3和N2+掺杂区5构成正偏PN结，倒置三极管T2处于开通状态，从而实现TVS器件的正向偏置，此时该TVS器件的电流流动方向如图中的箭头所示。制造上述单向低压TVS器件的方法，包括以下步骤：（1）取厚度为250~270μm，电阻率为0.025~0.050Ω·cm的N型硅片1；（2）用磨片机对N型硅片1的正面进行研磨，再用抛光机进行抛光，抛光后的N型硅片1的厚度为195~205μm；（3）清洗N型硅片1，进入高温扩散炉，在1100~1180℃的温度下湿氧氧化3~5h，生长一层1.1~1.4μm厚的氧化层；（4）N型硅片1正面的氧化层7用光刻胶保护，待背面的氧化层腐蚀净后除去光刻胶；（5）采用POCL3气相掺杂法，在1070~1100℃温度下对N型硅片1的背面预扩80~120min，形成N+掺杂区10；（6）在N型硅片1的正面光刻出P1掺杂区2和P2掺杂区3；（7）同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单向低压TVS器件，其特征在于：包括N型硅片，所述N型硅片中设有P1掺杂区和P2掺杂区，所述P1掺杂区中设有N1+掺杂区，所述P2掺杂区中设有N2+掺杂区，位于所述P2掺杂区远离P1掺杂区一侧的N型硅片中设有N3+掺杂区；所述N型硅片的正面设有氧化层，所述氧化层的上表面设有上金属化电极和互连金属层，所述上金属化电极通过贯穿氧化层的开孔与N1+掺杂区和N2+掺杂区的上表面连接，所述互连金属层通过贯穿氧化层的开孔与P2掺杂区和N3+掺杂区的上表面连接；所述N型硅片的背面设有N+掺杂区，所述N+掺杂区的背面设有下金属化电极。

【技术特征摘要】
1.一种制造单向低压TVS器件的方法，其特征在于：该单向低压TVS器件包括N型硅片，所述N型硅片中设有P1掺杂区和P2掺杂区，所述P1掺杂区中设有N1+掺杂区，所述P2掺杂区中设有N2+掺杂区，位于所述P2掺杂区远离P1掺杂区一侧的N型硅片中设有N3+掺杂区；所述N型硅片的正面设有氧化层，所述氧化层的上表面设有上金属化电极和互连金属层，所述上金属化电极通过贯穿氧化层的开孔与N1+掺杂区和N2+掺杂区的上表面连接，所述互连金属层通过贯穿氧化层的开孔与P2掺杂区和N3+掺杂区的上表面连接；所述N型硅片的背面设有N+掺杂区，所述N+掺杂区的背面设有下金属化电极；所述P1掺杂区的结深大于N1+掺杂区的结深，所述P2掺杂区的结深大于N2+掺杂区的结深；所述上金属化电极和互连金属层的材质为Al，所述下金属化电极的材质为Ti-Ni-Ag；其制造方法包括以下步骤：（1）取厚度为250~270μm，电阻率为0.025~0.050Ω·cm的N型硅片；（2）用磨片机对N型硅片的正面进行研磨，再用抛光机进行抛光，抛光后的N型硅片的厚度为195~205μm；（3）清洗N型硅片，进入高温扩散炉，在1100~1180℃的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，王成森，姜瑞，王志超，
申请(专利权)人：江苏捷捷微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32