《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》是安徽富芯微電子有限公司於2017年5月22日申請的專利，該專利申請號：2017103650804，專利公布號：CN107170738A，專利公布日：2017年9月15日，發明人是：徐玉豹、鄒有彪、童懷志、劉宗賀、廖航、王泗禹、王禺。
《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》公開了一種低電容單向TVS器件，包括反向並聯的兩個低電容二極體，其中一個低電容二極體與TVS二極體串聯；《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》還提供一種低電容單向TVS器件製造方法，所述方法包括以下步驟：襯底材料準備、氧化、P+型埋層區光刻、硼離子注入及推結、外延生長、外延層氧化、隔離區光刻、磷離子注入及推結、N‑基區光刻、磷離子注入及推結、N基區光刻、磷離子注入及推結、P+注入區光刻、硼離子注入及推結、N+注入區光刻、磷離子注入及推結、引線孔光刻、蒸鋁、鋁反刻、減薄、背面金屬化。該發明通過TVS二極體與低電容二極體的串聯，起到了降低器件的電容值作用，保證了電子產品在使用中，不會因為TVS器件的寄生電容過大，影響其正常的工作。
2021年8月16日，《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種低電容單向TVS器件及其製造方法
- 公布號：CN107170738A
- 公布日：2017年9月15日
- 申請號：2017103650804
- 申請日：2017年5月22日
- 申請人：安徽富芯微電子有限公司
- 地址：安徽省合肥市高新區望江西路860號創新大廈521室
- 發明人：徐玉豹、鄒有彪、童懷志、劉宗賀、廖航、王泗禹、王禺
- Int.Cl.：H01L27/02(2006.01)I、H01L27/08(2006.01)I、H01L21/8222(2006.01)I
- 專利代理機構：北京和信華成智慧財產權代理事務所
- 代理人：胡劍輝
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
TVS器件是一種高效的電子電路防護器件，TVS器件在電路中與被保護的電路並聯，當被保護電路連線埠出現超過電路正常工作電壓時，TVS器件就會開始工作，以極快的回響速度將過電壓鉗位在一個較低的預定電壓範圍內，從而保護電路不會損壞。TVS具有回響時間快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓容易控制、體積小等優點，因此套用領域廣泛。TVS器件一直套用於各種電子產品，但隨著科技的不斷發展，一些電子類產品對TVS器件的性能要求也在不斷提高，如視頻傳輸類通訊設備以及高速乙太網等電子產品，要求TVS器件的電容要很小，以保證這些電子產品在使用中，不會因為TVS器件的寄生電容過大，影響其正常的工作。
發明內容
專利目的
《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》的目的是提供一種低電容單向TVS器件及其製造方法來實現高速通訊接口單向浪涌防護，且該發明的低電容單向TVS二極體是一個單片集成的器件，非常易於封裝。
技術方案
《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》包括反向並聯的兩個低電容二極體，其中一個低電容二極體與TVS二極體串聯；TVS器件包括N+型半導體襯底和設於N+型半導體襯底上側的P-型外延層，N+型半導體襯底與P-型外延層之間設有P+型埋層；所述P-型外延層內兩側設有N+型隔離區，P-型外延層內中央設有N型基區，N型基區左右兩側設有N-型基區；所述N型基區和N-型基區內部均設有P+型注入區和N+型注入區；所述N+型半導體襯底和P-型外延層表面均覆有金屬層，N+型半導體襯底通過金屬層與金屬電極T2相連，P-型外延層通過金屬層與金屬電極T1相連。進一步地，所述兩個低電容二極體與TVS二級管串聯集成在一塊晶片上，形成單片集成晶片。進一步地，所述N+型半導體襯底是電阻率為0.005～0.05歐姆·厘米的N型矽襯底。進一步地，所述P-型外延層的厚度為6～12微米。
《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》還提供一種低電容單向TVS器件製造方法，所述方法包括以下步驟：襯底材料準備、襯底氧化、P+型埋層區光刻、P+型埋層區硼離子注入及推結、外延生長、外延層氧化、隔離區光刻、隔離區磷離子注入及推結、N-基區光刻、N-基區磷離子注入及推結、N基區光刻、N基區磷離子注入及推結、P+注入區光刻、P+注入區硼離子注入及推結、N+注入區光刻、N+注入區磷離子注入及推結、引線孔光刻、蒸鋁、鋁反刻、減薄、背面金屬化。進一步地，所述襯底材料準備步驟中選擇N型半導體矽片，所選N型半導體矽片電阻率為0.005～0.05歐姆·厘米，矽片厚度為280～300微米，並進行單面拋光；襯底氧化步驟中的條件是氧化溫度為1100±10℃、時間為1小時、氧化層的厚度Tox≥0.8微米。進一步地，所述P+型埋層區硼離子注入及推結的步驟為：首先進行硼離子注入，注入的條件是劑量為4e14～5e15厘米、能量為120千電子伏特；硼離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1180±10℃、時間為50～80分鐘；隔離區磷離子注入及推結的步驟為：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為5e14～5e15厘米、能量為130千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1200℃±10℃、時間為1～3小時；N-基區磷離子注入及推結的步驟為：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為2e12～2e13厘米、能量為140千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1150±10℃、時間為120～150分鐘；N基區磷離子注入及推結的步驟為：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為3e13～3e14厘米、能量為120千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1100±10℃、時間為150～180分鐘；P+注入區硼離子注入及推結的步驟為：首先進行硼離子注入，注入的條件是劑量為4e14～4e15厘米、能量為60～80千電子伏特；硼離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1050±10℃、時間為30～60分鐘；N+注入區磷離子注入及推結的步驟為：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為1e15～4e15厘米、能量為40～60千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1020±10℃、時間為30～60分鐘。進一步地，所述外延生長的條件是溫度為1100±10℃、時間為1小時、外延層厚度6～12微米、電阻率為60～100歐姆·厘米；外延層氧化的條件是氧化溫度為1120±10℃、時間為2小時、氧化層的厚度Tox≥1.0微米。進一步地，所述蒸鋁步驟中鋁層厚度為3.0～4.0微米。
改善效果
《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》通過TVS二極體與低電容二極體的串聯，起到了降低器件的電容值作用，因為是單片集成的晶片，器件也便於封裝，保證了電子產品在使用中，不會因為TVS器件的寄生電容過大，影響其正常的工作。
附圖說明
圖1為《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》的低電容單向TVS器件的電路原理圖。
圖2為《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》的低電容單向TVS器件的結構示意圖。
圖3為《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》的低電容單向TVS器件的浪涌電流從T2流向T1的示意圖。
其中：1為N+型半導體襯底，2為P+型埋層，3為P-型外延層，4為N+型隔離區，5為N型基區，6為N-型基區，7為P+型注入區，8為N+型注入區。
技術領域
《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》屬於半導體防護器件領域，尤其涉及一種低電容單向TVS器件及其製造方法。
權利要求
1.《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》的特徵在於：包括反向並聯的兩個低電容二極體，其中一個低電容二極體與TVS二極體串聯；TVS器件包括N+型半導體襯底（1）和設於N+型半導體襯底（1）上側的P-型外延層（3），N+型半導體襯底（1）與P-型外延層（3）之間設有P+型埋層（2）；所述P-型外延層（3）內兩側設有N+型隔離區（4），P-型外延層（3）內中央設有N型基區（5），N型基區（5）左右兩側設有N-型基區（6）；所述N型基區（5）和N-型基區（6）內部均設有P+型注入區（7）和N+型注入區（8）；所述N+型半導體襯底（1）和P-型外延層（3）表面均覆有金屬層，N+型半導體襯底（1）通過金屬層與金屬電極T2相連，P-型外延層（3）通過通過金屬層與金屬電極T1相連；所述低電容二極體包括P+型注入區（7）和N-型基區（6），所述TVS二極體包括N型基區（5）與P+型注入區（7）。
2.根據權利要求1所述的一種低電容單向TVS器件，其特徵在於：所述兩個低電容二極體與TVS二級管串聯集成在一塊晶片上，形成單片集成晶片。
3.根據權利要求1所述的一種低電容單向TVS器件，其特徵在於：所述N+型半導體襯底（1）是電阻率為0.005～0.05歐姆·厘米的N型矽襯底。
4.根據權利要求1所述的一種低電容單向TVS器件，其特徵在於：所述P-型外延層（3）的厚度為6～12微米。
5.根據權利要求1所述的一種低電容單向TVS器件製造方法，其特徵在於：所述方法包括以下步驟：襯底材料準備、襯底氧化、P+型埋層區光刻、P+型埋層區硼離子注入及推結、外延生長、外延層氧化、隔離區光刻、隔離區磷離子注入及推結、N-基區光刻、N-基區磷離子注入及推結、N基區光刻、N基區磷離子注入及推結、P+注入區光刻、P+注入區硼離子注入及推結、N+注入區光刻、N+注入區磷離子注入及推結、引線孔光刻、蒸鋁、鋁反刻、減薄、背面金屬化。
6.根據權利要求5所述的一種低電容單向TVS器件製造方法，其特徵在於：所述襯底材料準備步驟中選擇N型半導體矽片，所選N型半導體矽片電阻率為0.005～0.05歐姆·厘米，矽片厚度為280～300微米，並進行單面拋光；襯底氧化步驟中的條件是氧化溫度為1100±10℃、時間為1小時、氧化層的厚度Tox≥0.8微米。
7.根據權利要求5所述的一種低電容單向TVS器件製造方法，其特徵在於：所述P+型埋層區硼離子注入及推結的步驟為：首先進行硼離子注入，注入的條件是劑量為4e14～5e15厘米、能量為120千電子伏特；硼離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1180±10℃、時間為50～80分鐘；隔離區磷離子注入及推結的步驟為：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為5e14～5e15厘米、能量為130千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1200℃±10℃、時間為1～3小時；N-基區磷離子注入及推結的步驟為：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為2e12～2e13厘米、能量為140千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1150±10℃、時間為120～150分鐘；N基區磷離子注入及推結的步驟為：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為3e13～3e14厘米、能量為120千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1100±10℃、時間為150～180分鐘；P+注入區硼離子注入及推結的步驟為：首先進行硼離子注入，注入的條件是劑量為4e14～4e15厘米、能量為60～80千電子伏特；硼離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1050±10℃、時間為30～60分鐘；N+注入區磷離子注入及推結的步驟為：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為1e15～4e15厘米、能量為40～60千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1020±10℃、時間為30～60分鐘。
8.根據權利要求5所述的一種低電容單向TVS器件製造方法，其特徵在於：所述外延生長的條件是溫度為1100±10℃、時間為1小時、外延層厚度6～12微米、電阻率為60～100歐姆·厘米；外延層氧化的條件是氧化溫度為1120±10℃、時間為2小時、氧化層的厚度Tox≥1.0微米。
9.根據權利要求5所述的一種低電容單向TVS器件製造方法，其特徵在於：所述蒸鋁步驟中鋁層厚度為3.0～4.0微米。
實施方式
如圖1所示的一種低電容單向TVS器件，包括反向並聯的兩個低電容二極體，其中一個低電容二極體與TVS二極體串聯，兩個低電容二極體與TVS二級管串聯集成在一塊晶片上，形成單片集成晶片。如圖2所示，TVS器件包括N+型半導體襯底1和設於N+型半導體襯底1上側的P-型外延層3，N+型半導體襯底1與P-型外延層3之間設有P+型埋層2；P-型外延層3內兩側設有N+型隔離區4，P-型外延層3內中央設有N型基區5，N型基區5左右兩側設有N-型基區6；N型基區5和N-型基區6內部均設有P+型注入區7和N+型注入區8；N+型半導體襯底1和P-型外延層3表面均覆有金屬層，N+型半導體襯底1通過金屬層與金屬電極T2相連，P-型外延層3通過金屬層與金屬電極T1相連，N+型半導體襯底1是電阻率為0.005～0.05歐姆·厘米的N型矽襯底，P-型外延層3的厚度為6～12微米。如圖3所示，當T1端出現相對於T2端的過電壓時，電流通過左側的由P+型注入區7和N-型基區6組成的正偏pn結經左側N+型隔離區4泄放到T2；當T2端出現相對於T1端的過電壓時，浪涌電流從電極T2經右側N+型隔離區4通過由P+型注入區7和N-型基區6組成的正偏pn結，再通過由N型基區5與P+型注入區7組成的反偏pn結，最終到達電極T1。
- 實施例1
《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》包括以下步驟：S1：襯底材料準備：準備好N型半導體矽片，所選N型半導體矽片電阻率為0.03Ω·厘米，矽片厚度為290微米，並進行單面拋光；S2：襯底氧化：對矽片進行氧化，氧化溫度為1100℃，時間為1小時，氧化層的厚度為0.8微米；S3：P+型埋層區光刻；S4：P+型埋層區硼離子注入及推結：首先進行硼離子注入，注入的條件是劑量為5e15厘米-2、能量為120千電子伏特；硼離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1180℃、時間為60分鐘；S5：外延生長：外延生長的條件是溫度為1100℃、時間為1小時、外延層厚度10微米、電阻率為80歐姆·厘米；S6：外延層氧化：對外延層進行氧化，氧化溫度為1120℃，時間為2小時，氧化層的厚度為1.0微米；S7：隔離區光刻；S8：隔離區磷離子注入及推結：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為5e15厘米-2、能量為130千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1200℃、時間為2小時；S9：N-基區光刻；S10：N-基區磷離子注入及推結：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為2e13厘米-2、能量為140千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1150℃、時間為130分鐘；S11：N基區光刻；S12：N基區磷離子注入及推結：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為3e14厘米-2、能量為120千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1100℃、時間為160分鐘；S13：P+注入區光刻；S14：P+注入區硼離子注入及推結：首先進行硼離子注入，注入的條件是劑量為4e15厘米-2、能量為70千電子伏特；硼離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1050℃、時間為50分鐘；S15：N+注入區光刻；S16：N+注入區磷離子注入及推結：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為4e15厘米-2、能量為50千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1020℃、時間為50分鐘；S17：引線孔光刻：採用引線孔版進行引線孔光刻；S18：蒸鋁：蒸鋁的條件是鋁層厚度為3.5微米；S19：鋁反刻：採用鋁反刻版進行鋁反刻；S20：鋁合金；S21：減薄；S22：背面金屬化。
- 實施例2
《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》包括以下步驟：S1：襯底材料準備：準備好N型半導體矽片，所選N型半導體矽片電阻率為0.005歐姆·厘米，矽片厚度為280微米，並進行單面拋光；S2：襯底氧化：對矽片進行氧化，氧化溫度為1090℃，時間為1小時，氧化層的厚度1微米；S3：P+型埋層區光刻；S4：P+型埋層區硼離子注入及推結：首先進行硼離子注入，注入的條件是劑量為4e14厘米-2、能量為120千電子伏特；硼離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1170℃、時間為50分鐘；S5：外延生長：外延生長的條件是溫度為1090℃、時間為1小時、外延層厚度6微米、電阻率為60歐姆·厘米；S6：外延層氧化：對外延層進行氧化，氧化溫度為1110℃，時間為2小時，氧化層的厚度1.2微米；S7：隔離區光刻；S8：隔離區磷離子注入及推結：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為5e14厘米-2、能量為130千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1190℃、時間為1小時；S9：N-基區光刻；S10：N-基區磷離子注入及推結：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為2e12厘米-2、能量為140千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1140℃、時間為120分鐘；S11：N基區光刻；S12：N基區磷離子注入及推結：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為3e13厘米-2、能量為120千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1090℃、時間為150分鐘；S13：P+注入區光刻；S14：P+注入區硼離子注入及推結：首先進行硼離子注入，注入的條件是劑量為4e14厘米-2、能量為60千電子伏特；硼離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1040℃、時間為30分鐘；S15：N+注入區光刻；S16：N+注入區磷離子注入及推結：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為1e15厘米-2、能量為40千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1010℃、時間為30分鐘；S17：引線孔光刻：採用引線孔版進行引線孔光刻；S18：蒸鋁：蒸鋁的條件是鋁層厚度為3.0微米；S19：鋁反刻：採用鋁反刻版進行鋁反刻；S20：鋁合金；S21：減薄；S22：背面金屬化。
- 實施例3
《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》包括以下步驟：S1：襯底材料準備：準備好N型半導體矽片，所選N型半導體矽片電阻率為0.05Ω·厘米，矽片厚度為300微米，並進行單面拋光；S2：襯底氧化：對矽片進行氧化，氧化溫度為1110℃，時間為1小時，氧化層的厚度1.2μm；S3：P+型埋層區光刻；S4：P+型埋層區硼離子注入及推結：首先進行硼離子注入，注入的條件是劑量為5e15厘米-2、能量為120千電子伏特；硼離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1190℃、時間為80分鐘；S5：外延生長：外延生長的條件是溫度為1100±10℃、時間為1小時、外延層厚度6～12微米、電阻率為60～100歐姆·厘米；S6：外延層氧化：對外延層進行氧化，氧化溫度為1130℃，時間為2小時，氧化層的厚度1.4微米；S7：隔離區光刻；S8：隔離區磷離子注入及推結：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為5e15厘米-2、能量為130千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1210℃、時間為3小時；S9：N-基區光刻；S10：N-基區磷離子注入及推結：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為2e13厘米-2、能量為140千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1160℃、時間為150分鐘；S11：N基區光刻；S12：N基區磷離子注入及推結：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為3e14厘米-2、能量為120千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1110℃、時間為180分鐘；S13：P+注入區光刻；S14：P+注入區硼離子注入及推結：首先進行硼離子注入，注入的條件是劑量為4e15厘米-2、能量為80千電子伏特；硼離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1060℃、時間為60分鐘；S15：N+注入區光刻；S16：N+注入區磷離子注入及推結：首先進行磷離子注入，注入的條件是劑量為4e15厘米-2、能量為60千電子伏特；磷離子注入完成後進行推結，推結的條件是溫度為1030℃、時間為60分鐘；S17：引線孔光刻：採用引線孔版進行引線孔光刻；S18：蒸鋁：蒸鋁的條件是鋁層厚度為4.0微米；S19：鋁反刻：採用鋁反刻版進行鋁反刻；S20：鋁合金；S21：減薄；S22：背面金屬化。
榮譽表彰
2021年8月16日，《一種低電容單向TVS器件及其製造方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
