本發(fā)明屬于半導(dǎo)體防護(hù)器件領(lǐng)域，尤其涉及一種低電容雙向tvs器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

tvs器件是一種鉗位型過壓保護(hù)器件，用于保護(hù)電子設(shè)備免受雷擊和靜電放電等高能量破壞，它能以10^-12秒的響應(yīng)速度將浪涌電壓鉗位在較低的電平，從而避免電子設(shè)備損壞。tvs具有響應(yīng)時(shí)間快、瞬態(tài)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(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于家電、汽車電子、消費(fèi)電子、精密電子儀表、通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域。

隨著現(xiàn)在電子產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代，對保護(hù)器件的要求也在不斷提高，尤其是通訊類電子設(shè)備方面，為了滿足通訊設(shè)備的高頻率工作需求，要求保護(hù)器件的寄生電容要盡可能的小，以滿足通訊設(shè)備在高頻率工作中，不會因?yàn)榧纳娙葸^大，導(dǎo)致傳輸信號失真，影響設(shè)備正常的工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種低電容雙向tvs器件及其制造方法，目的是降低tvs二極管的電容值，本發(fā)明的低電容雙向tvs二極管是一個(gè)單片集成的器件，非常易于封裝。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種低電容雙向tvs器件，tvs器件為雙向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，包括反向并聯(lián)的兩個(gè)低電容二極管d，兩個(gè)低電容二極管d均與tvs二極管t串聯(lián)；

tvs器件包括n+型半導(dǎo)體襯底和設(shè)于n+型半導(dǎo)體襯底上側(cè)的p-型外延層，n+型半導(dǎo)體襯底與p-型外延層之間設(shè)有p+型埋層；

所述p-型外延層內(nèi)兩側(cè)設(shè)有n+型隔離區(qū)，且n+隔離區(qū)延伸至n+型半導(dǎo)體襯底；

所述p-型外延層內(nèi)側(cè)中間依次分布有第一n型基區(qū)、第一n-型基區(qū)、第二n型基區(qū)、第二n-型基區(qū)；

所述第一n型基區(qū)、第二n型基區(qū)內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)n+型注入?yún)^(qū)，其中一個(gè)n+型注入?yún)^(qū)外覆有p型基區(qū)；

所述第一n-型基區(qū)、第二n-型基區(qū)內(nèi)部設(shè)有p+型注入?yún)^(qū)和n+型注入?yún)^(qū)；

所述n+型半導(dǎo)體襯底和p-型外延層表面均覆有金屬層，n+型半導(dǎo)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(jìn)一步地，所述低電容二極管與tvs二級管串聯(lián)集成在一塊芯片上，形成單片集成芯片。

進(jìn)一步地，所述n+型半導(dǎo)體襯底是電阻率為0.01～0.05ω·cm的n型硅襯底。

進(jìn)一步地，所述p-型外延層的厚度為5～10μm。

本發(fā)明還提供一種低電容雙向tvs器件制造方法，所述方法包括以下步驟：襯底材料準(zhǔn)備、襯底氧化、p+型埋層區(qū)光刻、p+型埋層區(qū)硼離子注入及推結(jié)、外延生長、外延層氧化、隔離區(qū)光刻、隔離區(qū)磷離子注入及推結(jié)、n-基區(qū)光刻、n-基區(qū)磷離子注入及推結(jié)、n基區(qū)光刻、n基區(qū)磷離子注入及推結(jié)、p型基區(qū)光刻、p型基區(qū)硼離子注入及推結(jié)、p+注入?yún)^(qū)光刻、p+注入?yún)^(qū)硼離子注入及推結(jié)、n+注入?yún)^(qū)光刻、n+注入?yún)^(qū)磷離子注入及推結(jié)、引線孔光刻、蒸鋁、鋁反刻、減薄、背面金屬化。

進(jìn)一步地，所述襯底材料準(zhǔn)備步驟中選擇n型半導(dǎo)體硅片，所選n型半導(dǎo)體硅片電阻率為0.01～0.05ω·cm，硅片厚度為320～330μm，并進(jìn)行單面拋光；襯底氧化步驟中的條件是氧化溫度為1100±10℃、時(shí)間為1h、氧化層的厚度tox≥0.8μm。

進(jìn)一步地，所述p+型埋層區(qū)硼離子注入及推結(jié)的步驟為：首先進(jìn)行硼離子注入，注入的條件是劑量為5e14～5e15cm^-2、能量為110kev；硼離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1200±10℃、時(shí)間為60～90分鐘；隔離區(qū)磷離子注入及推結(jié)的步驟為：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為5e14～5e15cm^-2、能量為120kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1200℃±10℃、時(shí)間為1-3h；n-基區(qū)磷離子注入及推結(jié)的步驟為：首首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為2e12～2e13cm^-2、能量為140kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1230±10℃、時(shí)間為120～150分鐘；n基區(qū)磷離子注入及推結(jié)的步驟為：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為3e13～3e14cm^-2、能量為120kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1200±10℃、時(shí)間為150～180分鐘；p型基區(qū)硼離子注入及推結(jié)的步驟為：首先進(jìn)行硼離子注入，注入的條件是劑量為5e12～5e13cm^-2、能量為140kev；硼離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1220±10℃、時(shí)間為90～120分鐘；p+注入?yún)^(qū)硼離子注入及推結(jié)的步驟為：首先進(jìn)行硼離子注入，注入的條件是劑量為4e14～4e15cm^-2、能量為60～80kev；硼離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1100±10℃、時(shí)間為50～80分鐘；n+注入?yún)^(qū)磷離子注入及推結(jié)的步驟為：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為1e15～3e15cm^-2、能量為60kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1050±10℃、時(shí)間為40～60分鐘。

進(jìn)一步地，所述外延生長的條件是溫度為1120±10℃、時(shí)間為1h、外延層厚度5～10μm、電阻率為50～100ω·cm；外延層氧化的條件是氧化溫度為1120±10℃、時(shí)間為2h、氧化層的厚度tox≥1.0μm。

進(jìn)一步地，所述蒸鋁步驟中鋁層厚度為3.0～4.0μm。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過反向并聯(lián)的兩個(gè)低電容二極管和串聯(lián)的兩個(gè)tvs二極管，形成一個(gè)單片集成的器件，非常易于封裝，降低了tvs二極管的電容值，滿足通訊設(shè)備的高頻率工作要求，不會因?yàn)榧纳娙葸^大而導(dǎo)致傳輸信號失真。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的低電容雙向tvs器件的電路原理圖，其中:t表示為tvs二極管，d表示為低電容二極管。

圖2為本發(fā)明的低電容雙向tvs器件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的低電容雙向tvs器件浪涌電流從電極t1到t2的示意圖；

圖4為本發(fā)明的低電容雙向tvs器件浪涌電流從電極t2到t1的示意圖。

其中：1為n+型半導(dǎo)體襯底，2為p+型埋層，3為p-型外延層，4為n+型隔離區(qū)，5a和5b為n型基區(qū)，6a和6b為n-型基區(qū)，7為p+型注入?yún)^(qū)，8為n+型注入?yún)^(qū)，9為p型基區(qū)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示的一種低電容雙向tvs器件，tvs器件為雙向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，包括反向并聯(lián)的兩個(gè)低電容二極管d，兩個(gè)低電容二極管d均與tvs二極管t串聯(lián)，低電容二極管與tvs二級管串聯(lián)集成在一塊芯片上，形成單片集成芯片。

如圖2所示，tvs器件包括n+型半導(dǎo)體襯底1和設(shè)于n+型半導(dǎo)體襯底1上側(cè)的p-型外延層3，n+型半導(dǎo)體襯底1與p-型外延層3之間設(shè)有p+型埋層2，n+型半導(dǎo)體襯底1是電阻率為0.01～0.05ω·cm的n型硅襯底；p-型外延層3內(nèi)兩側(cè)設(shè)有n+型隔離區(qū)4，且n+隔離區(qū)4延伸至n+型半導(dǎo)體襯底1；p-型外延層3內(nèi)側(cè)中間依次分布有第一n型基區(qū)5a、第一n-型基區(qū)6a、第二n型基區(qū)5b、第二n-型基區(qū)6b，p-型外延層3的厚度為5～10μm；第一n型基區(qū)5a、第二n型基區(qū)5b內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)n+型注入?yún)^(qū)8，其中一個(gè)n+型注入?yún)^(qū)8外覆有p型基區(qū)9；第一n-型基區(qū)6a、第二n-型基區(qū)6b內(nèi)部設(shè)有p+型注入?yún)^(qū)7和n+型注入?yún)^(qū)8；n+型半導(dǎo)體襯底1和p-型外延層3表面均覆有金屬層，n+型半導(dǎo)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。

當(dāng)在電極t1上出現(xiàn)相對于電極t2為正的浪涌電壓時(shí)，如圖3所示，浪涌電流從電極t1經(jīng)過由p+型注入?yún)^(qū)7與第一n-型基區(qū)6a的組成正偏pn結(jié)，再經(jīng)過由第二n型基區(qū)5b與p型基區(qū)9組成的反偏結(jié)以及p型基區(qū)9與n+型注入?yún)^(qū)8組成的正偏pn結(jié)，最終經(jīng)n+型隔離區(qū)4到達(dá)電極t2；瞬態(tài)的浪涌高壓使反偏的pn結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，浪涌高壓被鉗位在一較低的水平，同時(shí)雪崩擊穿結(jié)和正偏的pn結(jié)有效的將浪涌電流泄放，從而保護(hù)后端電路不會因?yàn)殡妷哼^大而損壞。

當(dāng)在電極t2上出現(xiàn)相對于電極t1為正的浪涌電壓時(shí)，如圖4所示，浪涌電流從電極t2通過n+型隔離區(qū)4經(jīng)過由p+型注入?yún)^(qū)7與第二n-型基區(qū)6b組成的正偏pn結(jié)，再經(jīng)過由第一n型基區(qū)5a與p型基區(qū)9組成的反偏結(jié)以及p型基區(qū)9與n+型注入?yún)^(qū)8組成的正偏pn結(jié)，最終到達(dá)電極t1。

實(shí)施例1：

一種低電容單向tvs器件制造方法，該制造方法包括以下步驟：

s1：襯底材料準(zhǔn)備：準(zhǔn)備好n型半導(dǎo)體硅片，所選n型半導(dǎo)體硅片電阻率為0.03ω·cm，硅片厚度為325μm，并進(jìn)行單面拋光；

s2：襯底氧化：對硅片進(jìn)行氧化，氧化溫度為1100℃，時(shí)間為1h，氧化層的厚度為0.8μm；

s3：p+型埋層區(qū)光刻：對p+型埋層區(qū)進(jìn)行光刻；

s4：p+型埋層區(qū)硼離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行硼離子注入，注入的條件是劑量為5e15cm^-2、能量為110kev；硼離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1200℃、時(shí)間為80分鐘；

s5：外延生長：外延生長的條件是溫度為1120℃、時(shí)間為1h、外延層厚度7μm、電阻率為80ω·cm；

s6：外延層氧化：對外延層進(jìn)行氧化，氧化溫度為1120℃，時(shí)間為2h，氧化層的厚度為1.0μm；

s7：隔離區(qū)光刻：對隔離區(qū)進(jìn)行光刻；

s8：隔離區(qū)磷離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為5e15cm^-2、能量為120kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1200℃℃、時(shí)間為2h；

s9：n-基區(qū)光刻：對n-基區(qū)進(jìn)行光刻；

s10：n-基區(qū)磷離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為2e13cm^-2、能量為140kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1230℃、時(shí)間為130分鐘；

s11：n基區(qū)光刻：對n基區(qū)進(jìn)行光刻；

s12：n基區(qū)磷離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為3e14cm^-2、能量為120kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1200℃、時(shí)間為165分鐘；

s13：p型基區(qū)光刻；

s14：p型基區(qū)硼離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行硼離子注入，注入的條件是劑量為5e13cm^-2、能量為140kev；硼離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1220℃、時(shí)間為115分鐘；

s15：p+注入?yún)^(qū)光刻：對p+注入?yún)^(qū)進(jìn)行光刻；

s16：p+注入?yún)^(qū)硼離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行硼離子注入，注入的條件是劑量為4e15cm^-2、能量為70kev；硼離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1100℃、時(shí)間為65分鐘；

s17：n+注入?yún)^(qū)光刻：對n+注入?yún)^(qū)進(jìn)行光刻；

s18：n+注入?yún)^(qū)磷離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為2e15cm^-2、能量為60kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1050℃、時(shí)間為50分鐘；

s19：引線孔光刻：采用引線孔版進(jìn)行引線孔光刻；

s20：蒸鋁：蒸鋁的條件是鋁層厚度為3.5μm；

s21：鋁反刻：采用鋁反刻版進(jìn)行鋁反刻；

s22：鋁合金：對鋁反刻后的硅片進(jìn)行合金操作；

s23：減?。簩杵M(jìn)行減薄處理；

s24：背面金屬化：對硅片背面蒸發(fā)ti-ni-ag三層金屬。

實(shí)施例2：

一種低電容單向tvs器件制造方法，該制造方法包括以下步驟：

s1：襯底材料準(zhǔn)備：準(zhǔn)備好n型半導(dǎo)體硅片，所選n型半導(dǎo)體硅片電阻率為0.05ω·cm，硅片厚度為330μm，并進(jìn)行單面拋光；

s2：襯底氧化：對硅片進(jìn)行氧化，氧化溫度為1110℃，時(shí)間為1h，氧化層的厚度為1.0μm；

s3：p+型埋層區(qū)光刻；

s4：p+型埋層區(qū)硼離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行硼離子注入，注入的條件是劑量為5e15cm^-2、能量為110kev；硼離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1210℃、時(shí)間為90分鐘；

s5：外延生長：外延生長的條件是溫度為1130℃、時(shí)間為1h、外延層厚度10μm、電阻率為100ω·cm；

s6：外延層氧化：對外延層進(jìn)行氧化，氧化溫度為1130℃，時(shí)間為2h，氧化層的厚度為1.2μm；

s7：隔離區(qū)光刻；

s8：隔離區(qū)磷離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為5e15cm^-2、能量為120kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1210℃、時(shí)間為3h；

s9：n-基區(qū)光刻；

s10：n-基區(qū)磷離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為2e13cm^-2、能量為140kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1240℃、時(shí)間為150分鐘；

s11：n基區(qū)光刻；

s12：n基區(qū)磷離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為3e14cm^-2、能量為120kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1210℃、時(shí)間為180分鐘；

s13：p型基區(qū)光刻；

s14：p型基區(qū)硼離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行硼離子注入，注入的條件是劑量為5e13cm^-2、能量為140kev；硼離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1230℃、時(shí)間為120分鐘；

s15：p+注入?yún)^(qū)光刻；

s16：p+注入?yún)^(qū)硼離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行硼離子注入，注入的條件是劑量為4e15cm^-2、能量為80kev；硼離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1110℃、時(shí)間為80分鐘；

s17：n+注入?yún)^(qū)光刻；

s18：n+注入?yún)^(qū)磷離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為3e15cm^-2、能量為60kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1060℃、時(shí)間為60分鐘；

s19：引線孔光刻：采用引線孔版進(jìn)行引線孔光刻；

s20：蒸鋁：蒸鋁的條件是鋁層厚度為4.0μm；

s21：鋁反刻：采用鋁反刻版進(jìn)行鋁反刻；

s22：鋁合金；

s23：減?。?/p>

s24：背面金屬化。

實(shí)施例3：

一種低電容單向tvs器件制造方法，該制造方法包括以下步驟：

s1：襯底材料準(zhǔn)備：準(zhǔn)備好n型半導(dǎo)體硅片，所選n型半導(dǎo)體硅片電阻率為0.01ω·cm，硅片厚度為320μm，并進(jìn)行單面拋光；

s2：襯底氧化：對硅片進(jìn)行氧化，氧化溫度為1090℃，時(shí)間為1h，氧化層的厚度為1.2μm；

s3：p+型埋層區(qū)光刻；

s4：p+型埋層區(qū)硼離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行硼離子注入，注入的條件是劑量為5e14cm^-2、能量為110kev；硼離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1190℃、時(shí)間為60分鐘；

s5：外延生長：外延生長的條件是溫度為1110℃、時(shí)間為1h、外延層厚度5μm、電阻率為50ω·cm；

s6：外延層氧化：對外延層進(jìn)行氧化，氧化溫度為1110℃，時(shí)間為2h，氧化層的厚度為1.4μm；

s7：隔離區(qū)光刻；

s8：隔離區(qū)磷離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為5e14cm^-2、能量為120kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1190℃、時(shí)間為1h；

s9：n-基區(qū)光刻；

s10：n-基區(qū)磷離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為2e12cm^-2、能量為140kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1220℃、時(shí)間為120分鐘；

s11：n基區(qū)光刻；

s12：n基區(qū)磷離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為3e13cm^-2、能量為120kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1190℃、時(shí)間為150分鐘；

s13：p型基區(qū)光刻；

s14：p型基區(qū)硼離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行硼離子注入，注入的條件是劑量為5e12cm^-2、能量為140kev；硼離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1210℃、時(shí)間為90分鐘；

s15：p+注入?yún)^(qū)光刻；

s16：p+注入?yún)^(qū)硼離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行硼離子注入，注入的條件是劑量為4e14cm^-2、能量為60kev；硼離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1090℃、時(shí)間為50分鐘；

s17：n+注入?yún)^(qū)光刻；

s18：n+注入?yún)^(qū)磷離子注入及推結(jié)：首先進(jìn)行磷離子注入，注入的條件是劑量為1e15cm^-2、能量為60kev；磷離子注入完成后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)的條件是溫度為1040℃、時(shí)間為40分鐘；

s19：引線孔光刻：采用引線孔版進(jìn)行引線孔光刻；

s20：蒸鋁：蒸鋁的條件是鋁層厚度為3.0μm；

s21：鋁反刻：采用鋁反刻版進(jìn)行鋁反刻；

s22：鋁合金；

s23：減??；

s24：背面金屬化。

本發(fā)明通過反向并聯(lián)的兩個(gè)低電容二極管和串聯(lián)的兩個(gè)tvs二極管，形成一個(gè)單片集成的器件，非常易于封裝，降低了tvs二極管的電容值，滿足通訊設(shè)備的高頻率工作要求，不會因?yàn)榧纳娙葸^大而導(dǎo)致傳輸信號失真。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。