TVS二极管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种TVS二极管的制作方法包括以下步骤：提供包括N+型衬底和N-外延层的N+/N-外延衬底；在该N-外延层的表面中形成P+掺杂区域；在该N-外延层表面形成钝化层；在该N+/N-外延衬底的背面淀积金属金层形成阴电极；进行金属金的热扩散，使金属金层中的金属金从该N+/N-外延衬底的底部渗入至N+/N-外延衬底的内部，并扩散到PN结的周围以在该N+/N-外延衬底的内部形成金的替位掺杂区域；在该N-外延层的表面形成阳电极，其中该阳电极形成于该N-外延层的表面上与该P+掺杂区域相对应的位置。本发明专利技术还公开了一种TVS二极管。本发明专利技术将背面掺金工艺放至铝金属工艺前面，使一定浓度的金原子经热扩散进入硅衬底并替位硅原子形成复合中心，提高了TVS二极管的开关速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种TVS 二极管及其制作方法，特别是涉及一种快恢复TVS 二极管及其制作方法。
技术介绍
瞬态(瞬变)电压抑制二级管，即TVS (Transient Voltage Suppressor) 二极管大量使用在各种电子电路系统中，其与电阻、电容等元器件配合，以作为瞬态高压抑制保护的用途。随着电子电路系统的开关频率越来越高，要求与之配套的TVS也应具有快的开关速度，以保证电路不会因TVS低的开关速度而影响整个电子电路系统的性能。要获得快开关速度的TVS 二极管，一般方法是在二极管pn结附近引入复合中心，这样在二极管开关转换过程可以加快少子的复合，提高开关速度。金是一种可供选择的材料，引入金原子替位硅原子后，可产生深能级复合中心，减小少子寿命，并且金原子的浓度越高，复合中心越多，二极管的开关速地也相应提高。在制造工艺上，一般采用背面掺金金工艺的方法。目前TVS二极管制造工艺中采用的背面掺金工艺，具体流程实例如下首先是硅片制备(以N+型衬底为例)，接着生长N-型外延层，然后N型外延层上局部P+掺杂(构成Pn结)，之后在N-型外延 层上淀积金属铝，光刻铝层形成TVS的阳电极，阳电极制作完毕之后进行硅片的表面钝化以及硅片的背面减薄，之后在硅片的背面淀积金属金层、金原子扩散形成复合中心，以及最后在硅片背面形成TVS的阴电极。从上述的现有工艺流程上可以看出，背金工艺的金属金层的淀积和金热扩散步骤是在淀积金属铝形成阳电极的工艺之后进行的，为避免高温对铝层影响，一般金的热扩散温度不会高于450°C。然而，要使背金原子进入硅片中，穿越相对较厚的硅衬底，再扩散到外延层上PN结附近，并且同时还要保证一定的金的掺杂浓度，除了对硅片背面进行厚度减薄外，金热扩散的温度一般不应低于750 °C。因此目前TVS工艺的金的热扩散温度偏低，金原子难以有效扩散到二极管的PN结附近形成复合中心，由此造成了制作所得的TVS 二极管的开关速度提高不明显。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中金的热扩散温度偏低、金原子难以有效扩散到二极管的PN结附近形成复合中心、TVS 二极管的开关速度提高不明显的缺陷，提供一种复合中心较多、开关速度较快的TVS 二极管及其制作方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种TVS 二极管的制作方法，其特点在于，其包括以下步骤S1、提供一 N+/N-外延衬底，其中该N+/N-外延衬底包括N+型衬底和位于该N+型衬底表面上的N-外延层；S2、在该N-外延层的表面中形成P+掺杂区域；S3、在该N-外延层的表面形成钝化层；S4、在该N+/N-外延衬底的背面淀积金属金层形成阴电极；S5、进行金属金的热扩散,使金属金层中的金属金从该N+/N-外延衬底的底部渗入至该N+/N-外延衬底的内部，并扩散到由该P+掺杂区域以及该N-外延层所形成的PN结的周围，以在该N+/N-外延衬底的内部形成金的替位掺杂区域；S6、在该N-外延层的表面形成阳电极，其中该阳电极形成于该N-外延层的表面上与该P+掺杂区域相对应的位置，其中，所述的N型替换为P型时，P同时替换为N。优选地，步骤S1中提供的该N+型衬底的厚度为650-750 μ m，和/或该N+型衬底的电阻率为O. 03-0. 07ohm · cm，和/或该N+型衬底的掺杂浓度为1. 32E17-5. 63E17/W，和/或该N-外延层的厚度为2-5um，和/或该N-外延层的电阻率为l-5ohm MmdP /或该N-外延层的掺杂浓度为8. 9E14/cm3-4. 8E15/cm3。其中，可以购买市售的N+/N-外延衬底，例如晶向为〈100〉的外延片，也可以通过在N型衬底的表面生长N-外延层自行制备该N+/N-外延衬底。 优选地，步骤S2还包括以下步骤S21、在该N-外延层的表面上形成第一掩膜,其中未被该第一掩膜覆盖的区域为第一开放区域，例如采用掩模板作为该第一掩膜；S22、加速P型离子并通过离子注入的方式将该P型离子从该第一开放区域注入至该N-外延层中；S23、去除该第一掩膜，并对步骤S22中的离子注入区域进行热处理，激活并推进该P型离子以形成该P+掺杂区域。优选地，其中，步骤S21中通过光刻方式形成该第一掩膜，其中该第一掩膜为厚度为2_3um的光刻胶，和/或，步骤S22中该P型离子被加速至60KeV-120KeV，其中该P型离子的掺杂剂量为lE15-lE16/cm2,由此形成的P+掺杂区域的方块电阻为5-30ohm/ □，该P+掺杂区域的深度为l-3um,和/或，步骤S23中热处理的温度为1100-1200°C，热处理时间为60-120分钟。优选地，步骤S3中通过CVD (化学气相淀积)方式形成厚度为3-5um的钝化层，其中该钝化层为二氧化硅薄膜。优选地，步骤S3之后、步骤S4之前还包括以下步骤SP、通过机械减薄将该N+型衬底的厚度减薄至250-300um。该N+型衬底被减薄后，金原子就更容易扩散，并且在热扩散的同时还能保证一定的浓度。优选地，步骤S4中淀积的金属金层的厚度为500-1000人。优选地，步骤S5中金属金的热扩散温度为750-1000°C。优选地，步骤S6还包括以下步骤S61、在与该P+掺杂区域相对应的该钝化层中形成接触孔；S62、在该接触孔中淀积金属铝或者铝硅铜合金；S63、刻蚀该金属铝或者铝硅铜合金以形成该阳电极。优选地，其中，步骤S61中通过光刻方式形成该接触孔，和/或，步骤S62中采用PVD (Physical Vapor Deposition,物理气相淀积)方式淀积厚度为2. 5-4. Oum的金属铝或者铝硅铜合金，和/或，步骤S63中采用光刻刻蚀该金属铝或者铝硅铜合金以形成该阳电极，例如淀积光刻胶并形成一第二掩膜，未被该第二掩膜覆盖的区域为第二开放区域，随后将第二开放区域的金属铝或者铝硅铜合金刻蚀去除，使得最终形成的阳电极的宽度与该P+掺杂区域的宽度相适应。本专利技术还提供一种TVS 二极管，其特点在于，其包括一 N+/N-外延衬底，其中该N+/N-外延衬底包括N+型衬底和位于该N+型衬底表面上的N-外延层；位于该N-外延层的表面中的P+掺杂区域；位于该N-外延层的表面上的钝化层；位于该N+/N-外延衬底的背面的阴电极,该阴电极为金属金；位于该N-外延层的表面上的阳电极，其中该阳电极位于该N-外延层的表面上与该P+掺杂区域相对应的位 置；形成于该N+/N-外延衬底的内部的金的替位掺杂区域，该金的替位掺杂区域是通过金属金的热扩散，使金属金从该N+/N-外延衬底的底部渗入至该N+/N-外延衬底的内部，并扩散到由该P+掺杂区域以及该N-外延层所形成的PN结的周围形成的，其中，所述的N型替换为P型时，P同时替换为N。优选地，该N+型衬底的厚度为250-300 μ m，和/或该N+型衬底的电阻率为O. 03-0. 07ohm*cm，和/或该N+型衬底的掺杂浓度为1. 32E17-5. 63E17/cm3，和/或该N-夕卜延层的厚度为2-5um，和/或该N-外延层的电阻率为l-5ohm· cm，和/或该N-外延层的掺杂浓度为8. 9E14/cm3-4. 8E15/cm3。其中，可以购买市售的N+/N-外延衬底，例如晶向为〈100〉的外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TVS二极管的制作方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、提供一N+/N?外延衬底，其中该N+/N?外延衬底包括N+型衬底和位于该N+型衬底表面上的N?外延层；S2、在该N?外延层的表面中形成P+掺杂区域；S3、在该N?外延层的表面形成钝化层；S4、在该N+/N?外延衬底的背面淀积金属金层形成阴电极；S5、进行金属金的热扩散，使金属金层中的金属金从该N+/N?外延衬底的底部渗入至该N+/N?外延衬底的内部，并扩散到由该P+掺杂区域以及该N?外延层所形成的PN结的周围，以在该N+/N?外延衬底的内部形成金的替位掺杂区域；S6、在该N?外延层的表面形成阳电极，其中该阳电极形成于该N?外延层的表面上与该P+掺杂区域相对应的位置，其中，所述的N型替换为P型时，P同时替换为N。

【技术特征摘要】
1.一种TVS 二极管的制作方法，其特征在于，其包括以下步骤 51、提供一N+/N-外延衬底，其中该N+/N-外延衬底包括N+型衬底和位于该N+型衬底表面上的N-外延层； 52、在该N-外延层的表面中形成P+掺杂区域； 53、在该N-外延层的表面形成钝化层； 54、在该N+/N-外延衬底的背面淀积金属金层形成阴电极； 55、进行金属金的热扩散，使金属金层中的金属金从该N+/N-外延衬底的底部渗入至该N+/N-外延衬底的内部，并扩散到由该P+掺杂区域以及该N-外延层所形成的PN结的周围，以在该N+/N-外延衬底的内部形成金的替位掺杂区域； 56、在该N-外延层的表面形成阳电极，其中该阳电极形成于该N-外延层的表面上与该P+掺杂区域相对应的位置， 其中，所述的N型替换为P型时，P同时替换为N。2.如权利要求1所述的TVS二极管的制作方法，其特征在于，步骤S1中提供的该N+型衬底的厚度为650-750 μ m，和/或该N+型衬底的掺杂浓度为1. 32E17-5. 63E17/cm3,和/或该N-外延层的厚度为2-5um，和/或该N-外延层的掺杂浓度为8. 9E14-4. 8E15/cm3。3.如权利要求1所述的TVS二极管的制作方法，其特征在于，步骤S2还包括以下步骤 521、在该N-外延层的表面上形成第一掩膜,其中未被该第一掩膜覆盖的区域为第一开放区域； 522、加速P型离子并通过离子注入的方式将该P型离子从该第一开放区域注入至该N-外延层中； 523、去除该第一掩膜，并对步骤S22中的离子注入区域进行热处理，激活并推进该P型离子以形成该P+掺杂区域。4.如权利要求3所述的TVS二极管的制作方法，其特征在于，其中， 步骤S21中通过光刻方式形成该第一掩膜，其中该第一掩膜为厚度为2-3um的光刻胶，和/或， 步骤S22中该P型离子被加速至60Kev-120Kev，其中该P型离子的掺杂剂量为lE15-lE16/cm2，和 / 或， 步骤S23中热处理的温度为1100-1200°C，热处理时间为60-120分钟。5.如权利要求1所述的TVS二极管的制作方法，其特征在于，步骤S3中通过CVD方式形成厚度为3-5um的钝化层，其中该钝化层为二氧化硅薄膜。6.如权利要求1所述的TVS二极管的制作方法，其特征在于，步骤S3之后、步骤S4之前还包括以下步骤 Sp、通过机械减薄将该N+型衬底的厚度减薄至250-300um。7.如权利要求1所述的TVS二极管的制作方法，其特征在于，步骤S4中淀积的金属金层的厚度为500-1000人。8.如权利要求1所述的TVS二极管的制作方法，其特征在于，步骤S5中金属金的热扩散温度为750-1000°...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪刚，顾建平，
申请(专利权)人：上海韦尔半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：