新型电压保护器件制造技术

本实用新型专利技术实施方式提供了一种新型的电压保护半导体器件，主要是通过在现有双向二极管的五层结构中的表面扩散Ｐ型区上增加电介质层和氧化层，利用电介质和氧化层形成的等效镇流电阻，增大了二极管的正向内阻，减小电压接通瞬间的冲击电流，以起到保护二极管的作用；另外通过选取高电导率的衬底材料，使整个器件容易进入雪崩工作条件，利用雪崩击穿的原理，使得表面扩散Ｐ型区只需要３０微米或以下的浅结扩散就可以让器件在３０Ｖ左右触发，降低了工艺实施难度，减少了器件的制造成本。附图中１为氧化层，２为电介质层，３为电介质层。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术专利涉及半导体领域，尤其涉及一种新型的电压保护半导体器件。
技术介绍
近年来，随着国内电子节能灯的日趋普及，电压保护器件的用量逐渐增大。电压保护器件主要是应用于电子节能灯、电子镇流器和其它无线电线路中，而在电子节能灯、电子镇流器和其它无线电线路中，主要是使用双向触发二极管作为电压保护器件。双向触发二极管的主要技术难点是使双向可控硅能够可靠触发导通，即当双向触发二极管击穿时，流过的工作电流大于双向可控硅的门极典型触发电流，根据可控硅门极典型触发电流的需求，一般是选用型号为DB3的双向触发二极管。DB3双向触发二极管是一种纵向五层半导体器件，是利用NPN双极晶体管收集极-发射极反向击穿特性形成负阻现象实现双向触发的，具有低的反向漏电流，较强的正向浪涌承受能力，较强的引线拉力承受能力等特性。如图1所示为DB3双触发二极管的结构示意图，它是玻壳台面型结构，是一种纵向五层半导体器件，现对其工作特性进行介绍如下：DB3双触发二极管是利用NPN双极晶体管收集极-发射极反向穿通型击穿特性形成负阻现象，来实现双向触发的。NPN晶体管在共发射极电路中，当基极开路时(即基极电流Ib＝0)，若外加电压较小，收集极不发生雪崩倍增效应；而当外加电压加大至约为收集极-发射极的反向击穿电压BVCEO时，收集极-发射极穿通型击穿，才会发生雪崩倍增效应，这个时候收集极反向偏压减小，收集极的电流增大，当收集极反向减少至维持电压VSUS时，收集极电流Ic突然变大，出现了负阻现象，此时就能够实现双向触发，使双向可控硅能够可靠导通。当收集极发生雪崩击穿，且BVCEO＝VB时，这里的VB为收集极雪崩击穿电压，BVCEO的最大值计算公式为：BVCEO=BVCBO1+βom---(1)]]>式(1)中BVCBO为收集极雪崩倍增因子M趋于无穷大时，收集极上加的反向偏压，βo为大电流直流放大系数，m为常数，与收集极掺杂浓度和掺杂种类有关，从式(1)可知，双触发二级管出现负阻现象的条件与m和βo有关。DB3双触发二极管的伏安特性曲线由图2所示，其电性能参数如下表1所示：-->从上表可以看出，DB3电性能参数的一致性较好，其转折电压VBO基本上在30V左右，这样具有很好的一致性，可以应用在板级电源的保护中。但同时也可以看出，以上器件由于完全依靠穿通型的击穿作用机制，在制作器件时，衬底材料必须选择高阻，并且必须进行60微米以上的深结扩散。以上所述的DB3双触发二极管的主要优点是具有较低的反向漏电流，较强的正向浪涌承受能力。这种性能可以保证，当双向触发二极管击穿时，流过的工作电流大于双向可控硅的门极典型触发电流，使双向可控硅能够可靠触发导通。而这种性能是利用NPN双极晶体管收集极-发射极反向击穿特性形成负阻现象来实现的，要想形成负阻现象就必须使用P型低浓度掺杂衬底，N区采用深扩散，使用的衬底也非常薄。综上所述，在实现本技术专利过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：上述二极管内部的正向内阻较小，在接通电压的瞬间，有很大的冲击电流通过二极管，容易造成二极管的损坏；而且在制作器件时，衬底材料必须选择高阻，并且进行60微米以上的深结扩散，加大了工艺难度；另外，该器件的稳定性较差，耐热性不好，温度系数也较大，同时器件的工作频率范围较小，噪声电动势较大，不适合在高频电路中使用。
技术实现思路
鉴于上述现有技术所存在的问题，本技术专利实施方式提供一种新型的电压保护半导体器件。本技术专利实施方式是通过以下技术方案实现的：一种新型电压保护器件，包括双向二极管的五层结构，所述五层结构中的表面扩散P型区上包括有：电介质层和氧化层；电介质层位于表面扩散P型区上，氧化层覆盖在一层电介质上，另一层电介质覆盖在氧化层上并与下面一层的电介质接触。另外的，所述的电介质层为银层或铝层。另外的，所述的氧化层为二氧化硅SiO2层。另外的，所述的五层结构中衬底P区采用高电导率材料构成。更进一步的，所述的衬底P区采用高电导率材料构成，进一步为衬底P区采用0.005欧姆以上电导率的材料构成。另外的，所述的五层结构中的表面扩散P型区为浅结扩散。-->更进一步的，所述的浅结扩散为30微米或30微米以下的扩散。另外的，所述电介质层的宽度要超过表面扩散P型区，连接表面扩散P型区和下面的N型区；所述的氧化层要覆盖电介质层的边缘。另外的，所述的表面扩散P型区的掺杂浓度为5×1021/cm-3；距离表面以下的N型区的掺杂浓度为4.6×1019/cm-3；衬底P型区的掺杂浓度为2×1016/cm-3。由上述所提供的技术方案可以看出，通过氧化层场板的技术，能够提高器件的可靠性，有效增大了二极管的正向内阻，减小电压接通瞬间的冲击电流，防止二极管的损坏；同时降低了工艺实施难度，即原来需要60微米的表面扩散深度，现在仅需30微米或以下就可以，降低了器件的制造成本；另外，还提高了器件的稳定性和耐热性，扩大了器件的工作频率范围，减小了噪声电动势，使器件更适合在高频电路中使用。附图说明图1为现有技术中DB3双触发二极管的结构示意图；图2为现有技术中DB3双触发二极管的伏安特性曲线图；图3为本技术专利实施方式新型电压保护器件的结构示意图；图4为本技术专利实施方式新型电压保护器件的俯视结构示意图；图5为本技术专利实施方式内部镇流电阻的等效电路图；图6为本技术专利实施例所述的电压保护器件的结构示意图；图7为本技术专利实施方式表面扩散P型区浓度和对应的结深关系示意图；图8为本技术专利实施方式纵向杂质浓度分布示意图。具体实施方式本技术专利实施方式提供了一种新型的电压保护半导体器件，主要是通过在现有双向二极管的五层结构中的表面扩散P型区上增加电介质层和氧化层，利用电介质和氧化层形成的等效镇流电阻，增大了二极管的正向内阻，减小电压接通瞬间的冲击电流，以起到保护二极管的作用；同时还可以利用氧化层场板的作用，降低表面电场强度，从而提高器件的稳定性、耐热性，降低器件的温度系数。另外，通过选取高电导率的衬底材料，使整个器件容易进入雪崩工作条件，利用雪崩击穿的原理，使得表面扩散P型区只需要30微米或以下的浅结扩散就可以让器件在30V左右触发，降低了工艺实施难度，减少了器件的制造成本。为更好的描述本技术专利实施方式，现结合附图对本技术专利的具体实施方式进行说明：如图3所示，为本技术专利实施方式所述新型电压保护器件的结构示意图，图中1为氧化层，2为电介质层，3为电介质层。图4所示为俯视图。图中，在双向二极管的五层结构中，表面扩散P型区上依次包括有：电介质层、氧化层和电介质层，这里所述的电介质层可以是银层或铝层，如可以将接触表面扩散P型区的电介质层设置为铝层，将其上的电介质层设置为银层；所述的电介质层之间还设置有一层氧化层，这里的氧化层可以是二氧化硅(SiO2)构成的，氧化层覆盖在一层电介质上，但所述的氧化层并没有完全覆盖电介质层，上下两层电介质是可以相互接触的。-->另外，由于双向二极管是对称结构，所以以上所述的结构也是上下对称的。通过这样的设计结构，可以在双向二极管内形成一个镇流电阻RAg1，也就是说，所述的电介质层和氧化层可以组成一个等效的镇流电阻RAg1，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型电压保护器件，包括双向二极管的五层结构，其特征在于，所述五层结构中的表面扩散Ｐ型区上包括有：电介质层和氧化层；电介质层位于表面扩散Ｐ型区上，氧化层覆盖在一层电介质上，另一层电介质覆盖在氧化层上并与下面一层的电介质接触。

【技术特征摘要】
1.一种新型电压保护器件，包括双向二极管的五层结构，其特征在于，所述五层结构中的表面扩散P型区上包括有：电介质层和氧化层；电介质层位于表面扩散P型区上，氧化层覆盖在一层电介质上，另一层电介质覆盖在氧化层上并与下面一层的电介质接触。2.如权利要求1所述的新型电压保护器件，其特征在于，所述的电介质层为银层或铝层。3.如权利要求1所述的新型电压保护器件，其特征在于，所述的氧化层为二氧化硅SiO2层。4.如权利要求1所述的新型...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜岩峰，张东，高剑，于明，
申请(专利权)人：北京自动测试技术研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]