一种瞬变电压抑制二极管及其制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种瞬变电压抑制二极管及其制备方法。

背景技术：

随着智能手机应用模块的不断丰富，续航能力成为了瓶颈。手机锂电池容量也从功能机时代的几百毫安时提升到了几千毫安时以上。在如此大锂电池容量情况下，要保证手机在几个小时内充满，快充技术成为必然。

在如此大锂电池容量情况下，要保证手机在几个小时时间内充满，快充技术成为必然，目前手机快充充电器的输出电压从5v，7v，9v，12v不等，充电电流在1.5-2.5安培不等。如此高电压大电流的充电模式，必然会在手机充电端引入更大的干扰信号，如更大的突波及浪涌，导致周围的集成电路承受不住这种突波而损坏。因此，具备快充功能的手机充电口，要具备比常规充电口更可靠的充电系统，对手机充电端的保护成为一个新的课题。

随着保护等级的不断提升，现有的手机充电保护用tvs(transientvoltagesuppressors瞬变电压抑制二极管，简称tvs)的浪涌要求高达大于300v，测试次数为连续700次，截止电压为15v。局部市场如印度、非洲等电力电压不稳定区域对瞬变电压抑制二极管的要求更高，对截止电压的要求甚至高达24～28v。在如此高电压要求下，同时要保证后端集成器件不损坏，这对瞬变电压抑制二极管的设计提出了很高的要求，既要求击穿电压足够高，又要求钳位电压足够低。而传统瞬变电压抑制二极管器件的特性为击穿电压越高，钳位电压也越高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种瞬变电压抑制二极管，其中，包括：

衬底，为p型，包括分别定义有中心区和边缘区的一正面和一背面；

保护层，覆盖于所述衬底的所述正面的所述边缘区之上，并将所述衬底的所述正面的所述中心区内的表面予以暴露；

所述保护层予以暴露的所述衬底的所述正面的所述中心区内制备有一第一n阱，且所述第一n阱中制备有若干栅结构；

所述衬底于所述背面的所述中心区内制备有一第二n阱，以及于所述边缘区内环绕所述第二n阱的环形p阱；

第一金属层，覆盖于所述衬底的所述正面的所述中心区之上；

第二金属层，覆盖于所述衬底的所述背面之上。

上述的瞬变电压抑制二极管，其中，所述保护层为氧化物层。

上述的瞬变电压抑制二极管，其中，所述第一金属层还覆盖所述保护层的部分上表面。

上述的瞬变电压抑制二极管，其中，所述第一n阱为轻掺杂。

上述的瞬变电压抑制二极管，其中，所述第二n阱为重掺杂。

上述的瞬变电压抑制二极管，其中，所述环形p阱为重掺杂。

上述的瞬变电压抑制二极管，其中，所述第一金属层为铝金属层。

一种瞬变电压抑制二极管的制备方法，其中，包括：

步骤s1，提供p型的一衬底，所述衬底包括分别定义有中心区和边缘区的一正面和一背面，于所述衬底的所述正面的所述边缘区之上覆盖有一保护层，所述保护层将所述衬底的所述正面的所述中心区内的表面予以暴露，且所述保护层予以暴露的所述衬底的所述正面的所述中心区内制备有一第一n阱；

步骤s2，于所述第一n阱内制备形成若干栅结构；

步骤s3，制备一第一金属层覆盖于所述衬底的所述正面的所述中心区之上；

步骤s4，于所述衬底于所述背面的所述中心区内制备一第二n阱，以及于所述边缘区内制备环绕所述第二n阱的环形p阱；

步骤s5，制备一第二金属层覆盖于所述衬底的所述背面之上。

上述的制备方法，其中，所述第一n阱为轻掺杂；以及

所述第二n阱为重掺杂。

上述的制备方法，其中，所述环形p阱为重掺杂。

有益效果：本发明提出的一种瞬变电压抑制二极管及其制备方法，能够获得足够高的击穿电压和足够低的钳位电压，以适应具有快速充电功能的产品。

附图说明

图1为本发明一实施例中瞬变电压抑制二极管的结构原理图；

图2为本发明一实施例中瞬变电压抑制二极管的制备方法的步骤流程图；

图3～7为本发明一实施例中瞬变电压抑制二极管的制备方法中各步骤形成的结构原理图；

图8为本发明一实施例中瞬变电压抑制二极管的电压电流曲线图；

图9为本发明一实施例中瞬变电压抑制二极管的浪涌曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

实施例一

在一个较佳的实施例中，如图1所示，提出了一种瞬变电压抑制二极管，其中，可以包括：

衬底10，为p型，包括分别定义有中心区ce和边缘区eg的一正面和一背面；

保护层20，覆盖于衬底10的正面的边缘区eg之上，并将衬底10的正面的中心区ce内的表面予以暴露；

保护层20予以暴露的衬底10的正面的中心区ce内制备有一第一n阱w1，且第一n阱中制备有若干栅结构gd；

衬底10于背面的中心区ce内制备有一第二n阱w2，以及于边缘区eg内环绕第二n阱w2的环形p阱w3；

第一金属层m1，覆盖于衬底10的正面的中心区ce之上；

第二金属层n2，覆盖于衬底10的背面之上。

上述技术方案中，保护层20应覆盖于衬底10的正面的边缘区eg之上，但是保护层20也可以部分延伸至中心区ce内；保护层20衬底10的正面的中心区ce内的表面予以暴露，从而使得第一n阱w1能够形成于衬底10的正面的中心区ce内；第一n阱w1也可以部分延伸至边缘区eg内；栅结构gd具体可以包括形成于沟槽中的介质层，以及填充沟槽的填充层，且该填充层可以是多晶硅；第二n阱w2应形成于衬底10的背面的中心区ce内，但也可以部分延伸至边缘区eg内；衬底10可以是硅衬底；如图8所示，本发明中瞬变电压抑制二极管的电流-电压曲线具有回退的区段，具体可以通过控制衬底10的电阻率调节击穿电压vthig，以及通过控制第二n阱w2的扩散条件来调节vhold，n离子扩散的温度越高，时间越长，第二n阱w2的结深越深，vhold越小，通过浪涌时的钳位电压越小；如图9所示，本发明中瞬变电压抑制二极管的浪涌曲线，测试条件为110a，可见本发明中瞬变电压抑制二极管的钳位电压只有30.4v(伏)，远低于传统的52v。

在一个较佳的实施例中，保护层20可以为氧化物层。

在一个较佳的实施例中，第一金属层m1还覆盖保护层20的部分上表面。

在一个较佳的实施例中，第一n阱w1为轻掺杂。

在一个较佳的实施例中，第二n阱w2为重掺杂。

在一个较佳的实施例中，环形p阱w3为重掺杂。

在一个较佳的实施例中，第一金属层m1为铝金属层。

实施例二

在一个较佳的实施例中，如图2所示，还提出了一种瞬变电压抑制二极管的制备方法，各步骤形成的结构原理图可以如图3～7所示，其中，该制备方法可以包括：

步骤s1，提供p型的一衬底10，衬底10包括分别定义有中心区ce和边缘区eg的一正面和一背面，于衬底10的正面的边缘区eg之上覆盖有一保护层20，保护层20将衬底10的正面的中心区ce内的表面予以暴露，且保护层20予以暴露的衬底10的正面的中心区ce内制备有一第一n阱w1；

步骤s2，于第一n阱w1内制备形成若干栅结构gd；

步骤s3，制备一第一金属层m1覆盖于衬底10的正面的中心区ce之上；

步骤s4，于衬底10于背面的中心区ce内制备一第二n阱w2，以及于边缘区eg内制备环绕第二n阱w2的环形p阱w3；

步骤s5，制备一第二金属层m2覆盖于衬底10的背面之上。

上述技术方案中，第一n阱w1和/或第二n阱w2可以通过离子注入工艺形成；环形p阱w3的深度可以略深于第二n阱w2；第一金属层m1和第二金属层m2可以通过蒸镀的方式形成，形成第一金属层m1可以对正面进行保护；

在一个较佳的实施例中，第一n阱w1为轻掺杂；以及

第二n阱w2为重掺杂。

在一个较佳的实施例中，环形p阱w3为重掺杂。

综上所述，本发明提出的一种瞬变电压抑制二极管，包括：衬底，为p型，包括分别定义有中心区和边缘区的一正面和一背面；保护层，覆盖于衬底的正面的边缘区之上，并将衬底的正面的中心区内的表面予以暴露；保护层予以暴露的衬底的正面的中心区内制备有一第一n阱，且第一n阱中制备有若干栅结构；衬底于背面的中心区内制备有一第二n阱，以及于边缘区内环绕第二n阱的环形p阱；第一金属层，覆盖于衬底的正面的中心区之上；第二金属层，覆盖于衬底的背面之上；以及该瞬变电压抑制二极管的制备方法；能够获得足够高的击穿电压和足够低的钳位电压，以适应具有快速充电功能的产品。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。