基于二極管鏈的led開路保護(hù)集成芯片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子保護(hù)領(lǐng)域，涉及一種LED的開路保護(hù)裝置，具體地說是一種基于二極管鏈的LED開路保護(hù)集成芯片，同時(shí)本發(fā)明還提供了一種上述集成芯片的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)由于具有亮度高、耗能低、壽命長的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用到照明領(lǐng)域中。但是由于發(fā)光二極管的1-V特性是呈指數(shù)變化的，因此，即使電壓發(fā)生微小的變化，也會(huì)導(dǎo)致發(fā)光二極管的電流變化很大，而通過發(fā)光二極管的電流大小直接決定了發(fā)光二極管的亮度，進(jìn)而通過發(fā)光二極管的電流的變化直接影響發(fā)光二極管的亮度。為了保證發(fā)光二極管的亮度保持不變，實(shí)際中很多的LED驅(qū)動(dòng)芯片采用恒流模式，同時(shí)為了保證所有發(fā)光二極管發(fā)光一致(大部分照明領(lǐng)域使用的LED照明裝置均是由多個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的)，LED照明陣列采用所有發(fā)光二極管串聯(lián)型，或者串并聯(lián)混合型，以滿足照明的需求。
[0003]雖然現(xiàn)有技術(shù)中能夠基本上實(shí)現(xiàn)令LED發(fā)光陣列的發(fā)光二極管發(fā)光一致，但是在實(shí)際使用過程中由于半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝的離散性和誤差，導(dǎo)致每一個(gè)LED的性能參差不齊，因此在將多個(gè)LED串聯(lián)的時(shí)候，它們的工作狀態(tài)也各不相同，當(dāng)其中一組LED燈組開路時(shí)，如果沒有對該組LED燈組進(jìn)行開路保護(hù)的措施，會(huì)令整個(gè)串聯(lián)電路斷路，即剩余的LED燈組也無法正常工作，從而令整個(gè)LED照明陣列的照明出現(xiàn)故障，降低整個(gè)LED照明陣列的使用壽命，而工作人員必須經(jīng)過繁瑣的測試才能得知是哪一組LED燈組出現(xiàn)故障，再進(jìn)行更換或維修，因此造成后期更換、維修工作的繁瑣。同時(shí)，由于LED反向耐壓很小，當(dāng)發(fā)生靜電放電時(shí)，過大的反向電壓容易燒毀LED。
[0004]為了避免上述情況發(fā)生，現(xiàn)有技術(shù)通常利用集成放大器，以及一些分立元件組成的開路檢測及保護(hù)電路對每組LED燈組進(jìn)行開路以及ESD保護(hù)，當(dāng)然現(xiàn)有的保護(hù)方法存在以下的缺陷:電路復(fù)雜，體積大，功耗大，不利于降低成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于二極管鏈的LED開路保護(hù)集成芯片，在其對應(yīng)保護(hù)的LED燈組開路時(shí)，能夠輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓值，令剩余的LED燈組仍能夠正常工作；同時(shí)反向并聯(lián)的二極管可以在LED兩端出現(xiàn)過大反向電壓時(shí)直接將電流泄放掉，防止LED燒毀。
[0006]同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種上述保護(hù)集成芯片的制造方法，通過該方法能夠制造出大的導(dǎo)通電流的單個(gè)二極管。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
所述基于二極管鏈的LED開路保護(hù)集成芯片包括由結(jié)構(gòu)完全相同的若干個(gè)二極管正向串聯(lián)而形成的正向二極管鏈，還包括一個(gè)與正向二極管鏈反向并聯(lián)的反向并聯(lián)二極管，正向二極管鏈的兩端作為基于二極管鏈的LED開路保護(hù)集成芯片的正負(fù)極。
[0008]作為對本發(fā)明二極管鏈的限定:正向二極管鏈的導(dǎo)通電壓和反向并聯(lián)二極管的擊穿電壓大于LED的導(dǎo)通電壓，并且小于為LED供電的外部電源模塊的輸出電壓，以保證LED正常工作時(shí)芯片關(guān)斷，LED開路或者出現(xiàn)大的反向電壓時(shí)芯片導(dǎo)通；
所述正向二極管鏈中串聯(lián)的二極管數(shù)量取決于單個(gè)二極管正向?qū)妷捍笮〖捌溆糜陂_路保護(hù)的LED導(dǎo)通電壓。
[0009]作為對本發(fā)明二極管及反向并聯(lián)二極管的進(jìn)一步限定:所述構(gòu)成正向二極管鏈的所有二極管及反向并聯(lián)二極管結(jié)構(gòu)相同，均包括從下至上依次層疊的P型襯底、N阱有源區(qū)、N+有源區(qū)和P+有源區(qū)、二氧化硅層和金屬互連層，所述N+有源區(qū)一起構(gòu)成二極管或反向并聯(lián)二極管的陰極，P+有源區(qū)一起構(gòu)成二極管或反向并聯(lián)二級管的陽極。
[0010]作為對本發(fā)明二極管及反向并聯(lián)二極管的更進(jìn)一步限定:所述每個(gè)二極管均及反向并聯(lián)二極管包括若干個(gè)N+有源區(qū)與P+有源區(qū)，N+有源區(qū)與P+有源區(qū)依次間隔設(shè)置在N阱有源區(qū)頂部，且每個(gè)二極管及反向并聯(lián)二極管的所有N+有源區(qū)相連接、每個(gè)二極管及反向并聯(lián)二極管的所有P+有源區(qū)相連接。
[0011]作為對本發(fā)明二極管及反向并聯(lián)二極管的再更進(jìn)一步限定:所述N+有源區(qū)或P+有源區(qū)面積和結(jié)深相同，且正對其上層的二氧化硅層分別開有接觸孔，通過在接觸孔淀積金屬形成金屬電極，所有每個(gè)二極管及反向并聯(lián)二極管的所有N+有源區(qū)或所有P+有源區(qū)上方對應(yīng)的金屬電極通過金屬互連層連接一起。
[0012]作為對本發(fā)明的最后一種限定:所述每個(gè)二極管及反向并聯(lián)二極管獨(dú)處一個(gè)N阱有源區(qū)，每個(gè)二極管及反向并聯(lián)二極管相互隔離，且所有N阱有源區(qū)設(shè)于同一個(gè)P型襯底上。
[0013]作為對本發(fā)明基于二極管鏈的LED開路保護(hù)集成芯片的制造方法的限定:所述基于二極管鏈的LED開路保護(hù)集成芯片的制造方法包括以下步驟:
(一)在娃片上制作含有若干個(gè)如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的基于二極管鏈的LED開路保護(hù)集成芯片的晶圓；
(二)對做好的晶圓的性能測試、劃片、封裝，形成單個(gè)基于二極管鏈的LED開路保護(hù)二端集成芯片。
[0014]作為對上述方法中步驟(一)的限定:所述步驟(一)中晶圓上的LED開路保護(hù)集成芯片制造包括以下步驟:
所述步驟(一)中晶圓上的LED開路保護(hù)集成芯片制造包括以下步驟:
1)在制作好的P型硅襯底上通過擴(kuò)散或者離子注入N型雜質(zhì)形成若干個(gè)具有一定結(jié)深的N阱有源區(qū)；
2)每個(gè)N阱有源區(qū)頂層氧化光刻P+有源區(qū)窗口，通過擴(kuò)散或者離子注入P型雜質(zhì)形成P+有源區(qū)；
3)每個(gè)N阱有源區(qū)頂層再次氧化光刻N(yùn)+有源區(qū)窗口，通過擴(kuò)散或者離子注入N型雜質(zhì)形成N+有源區(qū)；
4)再次氧化光刻接觸孔，淀積金屬并刻蝕形成金屬電極；
5)金屬互連線制作:將同一N阱有源區(qū)所有的N+有源區(qū)相連接、所有的P+有源區(qū)相連接，形成具有并聯(lián)PN結(jié)結(jié)構(gòu)的二極管或反向并聯(lián)二極管,所有N+有源區(qū)作為二極管或反向并聯(lián)二極管的陰極，P+有源區(qū)作為二極管或反向并聯(lián)二極管的陽極，將二極管串聯(lián)，同時(shí)最后一個(gè)二極管陰極與第一個(gè)二極管的陽極連接；
6)將第一個(gè)二極管的陽極和最后一個(gè)二極管陽極分別連接反向并聯(lián)二極管的陰極、陽極，形成基于二極管鏈的LED開路保護(hù)集成芯片。
[0015]作為對上述方法的進(jìn)一步限定:所述每個(gè)二極管及反向并聯(lián)二極管獨(dú)處一個(gè)N阱有源區(qū)，所有N阱有源區(qū)制作在同一 P型襯底上。
[0016]作為對上述方法的更進(jìn)一步限定:所述每個(gè)二極管及反向并聯(lián)二極管的所有N+有源區(qū)或所有P+有源區(qū)上方對應(yīng)的金屬電極通過金屬互連層連接一起。
[0017]由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的技術(shù)進(jìn)步在于:
(1)本發(fā)明的芯片由正向二極管鏈與反向并聯(lián)二極管構(gòu)成，二極管鏈的所有正向串聯(lián)的二極管的導(dǎo)通電壓以及反向并聯(lián)二極管的擊穿電壓高于與其并聯(lián)的LED燈組的導(dǎo)通電壓、低于為整個(gè)LED照明陣列供電模塊的最大輸出電壓，從而保證:當(dāng)并聯(lián)的LED燈組正常時(shí)，電壓只導(dǎo)通LED燈組，當(dāng)并聯(lián)的LED燈組出現(xiàn)斷路故障時(shí)，電壓會(huì)導(dǎo)通該二極管鏈構(gòu)成的芯片，保證后續(xù)串聯(lián)的LED燈組正常工作；當(dāng)LED由于靜電放電使兩端過高反向電壓時(shí)，芯片中的反向并聯(lián)的二極管可以將靜電電流泄放掉，防止LED燒毀；
(2)本發(fā)明的正向二極管鏈中所有二極管結(jié)構(gòu)與反向并聯(lián)二極管的結(jié)構(gòu)相同，均包括P型襯底，在P型襯底內(nèi)擴(kuò)散形成若干個(gè)N阱有源區(qū)，每個(gè)二極管的PN結(jié)制作在一個(gè)N阱有源區(qū)內(nèi)，因此，各個(gè)二極管之間，以及各個(gè)二極管與反向并聯(lián)二極管之間的PN結(jié)通過各自的N阱有源區(qū)互相隔離，保證了各個(gè)二極管以及整體芯片的穩(wěn)定性；
(3)本發(fā)明正向二極管鏈中每個(gè)的二極管以及反向并聯(lián)二極管內(nèi)設(shè)有多個(gè)并聯(lián)的PN結(jié)，能夠增強(qiáng)單個(gè)二極管的導(dǎo)通電流，提高了整體芯片的導(dǎo)通性能；
(4)本發(fā)明正向二極管鏈中的所有二極管以及反向并聯(lián)二極管均制作在同一個(gè)P型襯底上，不僅能夠保證芯片的穩(wěn)定性，而且降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。
[0018]綜上所述，本發(fā)明能夠?qū)Υ?lián)的LED燈組進(jìn)行開路保護(hù)，當(dāng)其中一組LED燈組發(fā)生故障時(shí)，保證剩余的LED燈組正常工作；對LED兩端由于靜電產(chǎn)生過大反向電壓時(shí)實(shí)現(xiàn)ESD保護(hù)，防止LED燒毀；同時(shí)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，成本低。
[0019]本發(fā)明適用于對任意串聯(lián)的LED照明陣列進(jìn)行開路與ESD保護(hù)。
[0020]本發(fā)明下面將結(jié)合說明書附圖與具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中正向二極管鏈中相鄰兩個(gè)串聯(lián)二極管結(jié)構(gòu)的剖面和俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖；
圖3是圖2等效示意圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的在P襯底上做N阱后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的在圖4工藝基礎(chǔ)上注入或擴(kuò)散P型雜質(zhì)形成P+有源區(qū)后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例2的在圖5工藝基礎(chǔ)上注入或擴(kuò)散N型雜質(zhì)形成N+有源區(qū)后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明實(shí)施例2的在圖6工藝基礎(chǔ)上氧化并刻蝕形成接觸孔后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例2的在圖7工藝基礎(chǔ)上淀積金屬并刻蝕形成金屬電極后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是本發(fā)明的LED開路保護(hù)集成芯片在LED開路保護(hù)應(yīng)用中的原理圖；
圖中:1一LED開路保護(hù)集成芯片，2—二極管，10—P型襯底，11-金屬互連層，20—N講有源區(qū)，21 一N+有源區(qū),22一P+有源區(qū),23一二