一种大浪涌单向TVS器件的制作方法

本实用新型属于半导体分立器件领域，涉及一种保护器件设计和制造，尤其涉及一种大浪涌单向TVS器件。

背景技术：

瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressors，简称TVS)是一种普遍使用的保护器件，它具有极快的响应速度和相当大的浪涌泄放能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以泄放一个瞬间大电流，把它的两端电压钳位在一个预定的数值上，从而保护后级电路芯片不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击，保障了电路系统和模块的安全运行，因此TVS是一种必不可少的保护类器件。

随着集成电路芯片的不断发展，各类芯片的特征尺寸和工作电压都在不断减小，因此对相应的TVS保护器件也提出了更高的要求，一方面要求TVS保护器件的面积越来越小，以匹配不断缩小的电路板；另一方面，随着各类移动终端设备对安全性和可靠性越来越高的要求，因此要求TVS保护器件既要有很高的浪涌电流保护能力，同时又要有低的钳位电压。

目前传统的TVS保护器件，为了提高功率，往往是通过增大TVS 器件面积来提高浪涌能力的方法，由于增大器件面积，导致封装后的成品体积增大，因而不能很好地满足各类移动终端小型化的需求，另一方面增大TVS器件面积，对于降低钳位电压的效果并不理想。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，突破传统技术瓶颈，本实用新型提供一种一种大浪涌单向TVS器件。

本实用新型的技术方案是：

一种大浪涌单向TVS器件，包括P型衬底硅片、正面N+区，背面N+区，所述P型衬底硅片正面设有绝缘介质层，所述正面N+区通过接触孔引出正面阴极金属，所述背面N+区和P衬底硅片同时引出背面阳极金属，使得背面N+区和P衬底硅片短接。

优选地，所述接触孔窗口比正面N+区小，更为优选地，接触孔每边比正面N+区小5～12μm。

上述大浪涌单向TVS器件的制备方法包括以下步骤：

步骤1：选用P型衬底硅片，使用性硫酸和双氧水的混合溶剂进行清洗，然后在硅片的正面和背面同时生长氧化层；

步骤2：在硅片正面通过涂胶、曝光、显影，定义出正面N+区域，然后在硅片背面也通过涂胶、曝光、显影，定义出背面N+区域，然后进入酸槽，将正面和背面打开区域的氧化层去除，再将光刻胶去除。

步骤3：对硅片正面N+区和背面N+区同时进行掺杂。

步骤4：在炉管设备内进行高温扩散推结；

步骤5：将硅片两面的氧化层全部除去，然后对硅片正面淀积绝缘介质层，然后通过光刻、刻蚀技术做出正面接触孔；

步骤6：在硅片的正面和背面溅射金属，形成阳极引出和阴极引出。

作为优选，步骤1中P型衬底的电阻率为0.5～5Ω*cm，厚度为 150～250μm，更为优选的，电阻率为1～2Ω*cm，厚度为180～220μm；

作为优选，步骤1生长的氧化层厚度为0.5～1.2μm。

作为优选，步骤2去除氧化层时，使用缓冲氧化层刻蚀液；

作为优选，步骤2中N+区域占整个硅片表面积的70％～85％，更为优选的，N+区域占整个硅片表面积的80％。

作为优选，步骤3通过炉管进行热扩散掺杂，实现同时对正面和背面的掺杂，掺杂源为三氯氧磷(POCl3)，掺杂温度为850～1000℃。

作为优选，步骤4的高温扩散推结过程工艺条件为：温度范围是 1100～1200℃，时间为12～16个小时，使得N+区的结深在10～60μm。

本实用新型通过在衬底片背面增加的N+区域，形成寄生NPN晶体管，并对和域同时做金属引出，使寄生NPN晶体管的发射极与基极短接，实现了在同等面积条件下，大幅度提高了TVS的浪涌能力，所获得的TVS器件具有大功率、体积小、集成度高、成本低等优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中步骤1完成结构；

图2为本实用新型实施例1中步骤2完成结构；

图3为本实用新型实施例1中步骤3完成结构；

图4为本实用新型实施例1中步骤4完成结构；

图5为本实用新型实施例1中步骤5完成结构；

图6为本实用新型实施例1中步骤6完成结构；

图7为本实用新型实施例2中最终完成结构；

图8为本实用新型实施例3中最终完成结构；

图9为本实用新型实施例4中最终完成结构；

图中，10为P型衬底，20为氧化层，30为N+区，40为介质层， 50为正面阴极金属，60为背面阳极金属

具体实施方式

下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。

实施例1：

步骤1：首先，选用P型衬底硅片，进行化学溶剂(硫酸和双氧水的混合溶剂)清洗，然后在硅片的正面和背面同时生长氧化层。

作为优选，P型衬底的电阻率为0.5～5Ω*cm，厚度为 150～250μm，更为优选的，电阻率为1～2Ω*cm，厚度为 180～220μm；

作为优选，生长的氧化层厚度为0.5～1.2μm。本步骤完成结构如图1所示。

步骤2：在硅片正面通过涂胶、曝光、显影，定义出正面N+区域，然后在硅片背面也通过涂胶、曝光、显影，定义出背面N+区域，然后进入酸槽，将正面和背面打开区域的氧化层去除，再将光刻胶去除。

作为优选，去除氧化层时，使用缓冲氧化层刻蚀液。

作为优选，N+区域占整个硅片表面积的70％～85％，更为优选的， N+区域占整个硅片表面积的80％。本步骤完成结构如图2所示。

步骤3：对硅片正面N+区和背面N+区同时进行掺杂。

作为优选，通过炉管进行热扩散掺杂，可以实现同时对正面和背面的掺杂，掺杂源为三氯氧磷(化学式为POCl3)，掺杂温度为 850～1000℃。本步骤完成结构如图3所示。

步骤4：在炉管设备内进行高温扩散推结。

作为优选，高温过程工艺条件为，温度范围是1100～1200℃，时间为12～16个小时，使得N+区的结深在10～60μm。本步骤完成结构如图4所示。

步骤5：将硅片两面的氧化层全部除去，然后对硅片正面淀积绝缘介质层，然后通过光刻、刻蚀技术做出正面接触孔。

作为优选，接触孔窗口比正面N+区要小，更为优选的，接触孔每边比正面N+区小5～12μm。本步骤完成结构如图5所示。

步骤6：在硅片的正面和背面溅射金属，形成阳极引出和阴极引出。本步骤完成结构如图6所示。

实施例2

通过调整背面N+区位置得到另一较佳的实施例，如图7。

实施例3

通过调整介质层、正面N+区和背面N+区位置得到另一较佳的实施例，如图8。

实施例4

通过调整介质层和正面N+区位置得到另一较佳的实施例，如图 9。

本实用新型比传统的单向TVS器件具有以下技术优势：

(1)对传统单向TVS器件结构进行创新，通过在衬底片背面增加的N+区域，形成寄生NPN晶体管，并对P衬底和背面N+区域同时做金属引出，使寄生NPN晶体管的发射极与基极短接。当TVS主二极管处于工作状态反向击穿时，此寄生的NPN晶体管也开始工作，利用NPN晶体管的电流放大特性，使得TVS器件整体的电流能力得到了大幅度的提高，并获得骤回特性。故采用本实用新型可以在不增加TVS器件面积的前提下，可以大大提升TVS器件的电流能力、提升功率，最大浪涌电流可以提高50％～70％，并获得优良的单向骤回特性，具有极大的应用价值。

(2)本实用新型的制造过程简单，最多仅需三张光刻版(正面 N+、背面N+、正面接触孔)，故具有工艺流程较短，控制精度高，成品率高，成本低等优势。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。本实用新型虽然已经作为较佳的实施例公布如上，然而并非用以限定本实用新型。