本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有防電源反接防雙向浪涌器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

在復(fù)雜電磁環(huán)境下工作的電子電路經(jīng)常會遭遇瞬變電壓浪涌的沖擊，電壓浪涌會導(dǎo)致電子電路系統(tǒng)的誤動作甚至損壞。為了防止瞬變的浪涌電壓對整個電路系統(tǒng)的沖擊，提高電子系統(tǒng)的可靠性，浪涌保護(hù)成為了現(xiàn)代電子電路必須考慮的問題。tvs型浪涌保護(hù)電路具有精確導(dǎo)通、無限重復(fù)、電壓范圍寬(幾伏到幾百伏)和快速響應(yīng)(ns級)、準(zhǔn)確鉗位的優(yōu)越性能，因而廣泛應(yīng)用在電源、通信線路以及各類電子電路的防護(hù)。

由直流電源供電的用電終端在維修更換時極有可能把終端的正負(fù)極與電源的正負(fù)極接反，造成短路導(dǎo)致終端及電源損壞，同時電源電壓會受其他負(fù)載或外界環(huán)境的影響而引入電壓瞬態(tài)脈沖，引起電源所供電終端的誤動作及損壞。因此為了提高產(chǎn)品的可靠性，在電源供電設(shè)計上一般會考慮電源的浪涌防護(hù)以及反接防護(hù)。目前直流電源電壓浪涌防護(hù)主要是采用單向功率tvs管進(jìn)行防護(hù)，其典型電路如圖1所示，單向tvs將正向浪涌鉗位到安全水平防止電源電壓浪涌損壞后端負(fù)載線路；防電源反接保護(hù)電路如圖2所示，當(dāng)電源極性正確時，圖中nmos中源漏之間的寄生二極管先導(dǎo)通，此時，mos的s極對地電壓約為0.7v，g極電壓由于穩(wěn)壓管的作用被穩(wěn)到5v以上的電位，使得vgs大于nmos的開啟電壓，于是nmos導(dǎo)通，將寄生二極管短路，因此電流只經(jīng)過nmos，而不經(jīng)過寄生二極管。當(dāng)電源接反時，vgs＝0，mos截止，寄生二極管反偏，電源開路，終端電路得以保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)目的是提出了一種新的具有防止電源反接和雙向浪涌防護(hù)功能的器件。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

一種防電源反接防雙向浪涌器件，主要由防電源反接單元和瞬態(tài)抑制單元構(gòu)成的三端子保護(hù)器件，所述防電源反接單元包括至少一個二極管d；所述瞬態(tài)抑制單元包括至少一個雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管和至少一個單向tvs瞬態(tài)抑制二極管。

具體地，所述二極管d為一個，雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管為一個，單向tvs瞬態(tài)抑制二極管為一個。

進(jìn)一步地，所述二極管d的陽極與雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管的一端相連，構(gòu)成第一主端子t1；二極管d的陰極與雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管的另一端相連并與單向tvs瞬態(tài)抑制二極管的陰極端相連構(gòu)成第三主端子t3；單向tvs瞬態(tài)抑制二極管的陽極端為第二主端子t2。

進(jìn)一步地，所述二極管d包括：n型半導(dǎo)體襯底，形成于n型半導(dǎo)體襯底中的p型接觸區(qū)，形成于n型半導(dǎo)體襯底中的n型接觸區(qū)；所述二極管d還包括形成于p型接觸區(qū)及n型接觸區(qū)中的金屬電極，兩個金屬電極分別構(gòu)成第一主端子t1、第三主端子t3的一部分。

具體地，所述p型接觸區(qū)為p型摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域或肖特基勢壘區(qū)域。

進(jìn)一步地，所述雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管包括：n型半導(dǎo)體襯底，形成于n型半導(dǎo)體襯底中的p阱，形成于p阱中的n阱以及形成于n阱中的兩塊p型半導(dǎo)體區(qū)域；所述雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管還包括形成于兩個p型接觸區(qū)中的兩個金屬電極，兩個電極分別構(gòu)成第一主端子t1、第三主端子t3的一部分。

進(jìn)一步地，所述單向tvs瞬態(tài)抑制二極管包括：n型半導(dǎo)體襯底；形成于n型半導(dǎo)體襯底另一面中的n阱，形成于n阱中p型半導(dǎo)體區(qū)域以及形成于p型半導(dǎo)體區(qū)域中的金屬電極，該電極構(gòu)成第二主端子t2。

作為優(yōu)選，所述二極管d、雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管和單向瞬態(tài)抑制二極管的基底為n型襯底或p型襯底。

具體地，所述二極管d、雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管和單向tvs瞬態(tài)抑制二極管的基底為硅、鍺硅、砷化鎵、碳化硅或氮化鎵。

本發(fā)明還包括一種防電源反接防雙向浪涌器件的制造方法，其特征在于，主要包括以下步驟：基底氧化，p阱形成，n阱形成，形成p+接觸，形成n+接觸，接觸孔刻蝕，金屬淀積、刻蝕，合金，鈍化，退火，即形成產(chǎn)品。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的防電源反接防雙向浪涌器件，可以只用一個芯片同時實(shí)現(xiàn)防電源反接及雙向浪涌防護(hù)功能，同時能減小電源模塊pcb板的面積，從而大大降低成本。

(2)本發(fā)明的防電源反接防雙向浪涌器件，當(dāng)?shù)谝恢鞫俗觮1到第二主端子t2出現(xiàn)正向浪涌電壓時單向tvs瞬態(tài)抑制二極管發(fā)生動作將浪涌電壓鉗位到安全的電壓水平防止后續(xù)電壓敏感電路被過電壓損壞，當(dāng)?shù)谝恢鞫俗觮1到第二主端子t2出現(xiàn)負(fù)方向的浪涌電壓時雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管發(fā)生動作，將浪涌過電壓鉗位到安全水平。當(dāng)?shù)谝恢鞫俗觮1與第二主端子t2之間電源極性接反時二極管d處于截止?fàn)顟B(tài)，不能形成電流回路，因而起到電源反接保護(hù)的作用。

(3)本發(fā)明的防電源反接防雙向浪涌器件，當(dāng)用電終端因?yàn)閱⑼；蛘吒行载?fù)載開關(guān)等動作產(chǎn)生浪涌電壓時，單向tvs瞬態(tài)抑制二極管及雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管能對浪涌過電壓進(jìn)行鉗位，從而防止用電終端負(fù)載對電源產(chǎn)生沖擊，保證電源供電的純凈。

附圖說明

圖1是常見的電源浪涌保護(hù)電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是常見的防止電源反接電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的防電源反接防雙向浪涌器件的等效電路示意圖；

圖4是本發(fā)明的實(shí)施例2的防電源反接防雙向浪涌器件的剖面示意圖；

圖5是本發(fā)明的一面接觸孔光刻掩模板示意圖；

圖6是本發(fā)明的另一面接觸孔光刻掩模板示意圖；

圖7是本發(fā)明的一面金屬區(qū)光刻掩模板示意圖；

圖8是本發(fā)明的另一面金屬區(qū)光刻掩模板示意圖；

圖9是本發(fā)明的實(shí)施例3的防電源反接防雙向浪涌器件的剖面示意圖；

其中，101-肖特基勢壘區(qū)域。

具體實(shí)施方式

以下通過具體的實(shí)例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

實(shí)施例1

一種防電源反接防雙向浪涌器件的制造方法，主要包括以下步驟：基底氧化，p阱形成，n阱形成，形成p+接觸，形成n+接觸，接觸孔刻蝕，金屬淀積、刻蝕，合金，鈍化，退火，即形成產(chǎn)品。

具體的為，基底氧化，p阱光刻，p阱摻雜，n阱光刻，n阱摻雜，p+區(qū)光刻，形成p+接觸，n+區(qū)光刻，形成n+接觸，接觸孔光刻，金屬淀積、刻蝕，合金，鈍化，退火，即形成產(chǎn)品。

具體工藝步驟為：

第一步：選擇缺陷較少的n型摻雜<111>晶向硅單晶片，片厚約200μm，電阻率0.2-2ω·cm，打標(biāo)清洗、烘干待用。

第二步：硅片表面生長氧化層，進(jìn)行一面p阱區(qū)光刻，掩模板圖形如圖5所示，經(jīng)過半導(dǎo)體行業(yè)公知的光刻工藝刻蝕出區(qū)域1，之后進(jìn)行p阱區(qū)離子注入摻雜，典型工藝為：硼注入，注入能量100-150kev，劑量5e13-5e14cm^-2。離子注入后進(jìn)行p阱區(qū)再分布推結(jié)，典型工藝為溫度1230℃-1250℃，時間600-900min。

第三步：二次光刻，掩模板圖形如圖5、圖6所示，經(jīng)過半導(dǎo)體行業(yè)公知的光刻工藝刻蝕出區(qū)域2；之后進(jìn)行n阱區(qū)離子注入摻雜，典型工藝為：磷注入，注入能量80-120kev，劑量1e14-3e14cm^-2。離子注入后進(jìn)行n阱區(qū)再分布推結(jié)，典型工藝為溫度1210℃-1230℃，時間360-600min。

第四步：三次光刻，掩模板圖形如圖5、圖6所示，經(jīng)過半導(dǎo)體行業(yè)公知的光刻工藝刻蝕出區(qū)域3，然后進(jìn)行p型接觸區(qū)摻雜，可以進(jìn)行離子注入，典型工藝為：硼注入，能量60-80kev，劑量5e15-1e16cm^-2，也可以進(jìn)行擴(kuò)散摻雜，典型工藝為；片狀氮化硼源擴(kuò)散，溫度960℃-1000℃，時間30min-120min；之后進(jìn)行p型接觸區(qū)再分布擴(kuò)散，典型工藝為：1150℃-1200℃，時間30min-60min。

第五步：四次光刻，掩模板圖形如圖5所示，經(jīng)過半導(dǎo)體行業(yè)公知的光刻工藝刻蝕出區(qū)域5，然后進(jìn)行n型接觸區(qū)摻雜，可以進(jìn)行離子注入，典型工藝為：磷注入，能量40-60kev，劑量5e15-1e16cm^-2，也可以進(jìn)行擴(kuò)散摻雜，典型工藝為；pocl3擴(kuò)散，溫度960℃-1000℃，時間30min-120min；之后進(jìn)行n型接觸區(qū)再分布擴(kuò)散，典型工藝為：1150℃-1200℃，時間30min-60min。

第六步：五次光刻，掩模板圖形如圖5、圖6所示，經(jīng)過半導(dǎo)體行業(yè)公知的光刻工藝刻蝕出金屬接觸區(qū)域4，然后進(jìn)行焊接金屬層淀積，在硅片雙面進(jìn)行鋁pvd淀積，厚度正面5-6um，背面2-3um。

第七步：六次光刻，掩模板圖形如圖7、8所示，經(jīng)過半導(dǎo)體行業(yè)公知的光刻工藝進(jìn)行金屬層光刻，刻蝕出區(qū)域6，然后進(jìn)行金屬層真空合金，最后在硅片背面進(jìn)行ti-ni-ag復(fù)合三層金屬的pvd沉積。

第八步：硅片初測、切割、裝架、燒結(jié)、封裝測試。

實(shí)施例2

如圖3所示，一種防電源反接防雙向浪涌器件，主要由防電源反接單元和瞬態(tài)抑制單元構(gòu)成的三端子保護(hù)器件，所述電源反接單元包括至少一個二極管d；所述瞬態(tài)抑制單元包括至少一個雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c和至少一個單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a。本發(fā)明的防電源反接防雙向浪涌器件，可以只用一個芯片同時實(shí)現(xiàn)防電源反接及雙向浪涌防護(hù)功能，同時能減小電源模塊pcb板的面積，從而大大降低成本。

本實(shí)施例中，作為優(yōu)選，所述二極管d為一個，雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c為一個，單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a為一個。

進(jìn)一步地，所述二極管d的陽極與雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c的一端相連，構(gòu)成保護(hù)芯片的第一主端子t1；二極管d的陰極與雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c的另一端相連并與單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a的陰極端相連構(gòu)成保護(hù)芯片的第三主端子t3；單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a的陽極端為保護(hù)芯片的第二主端子t2。

進(jìn)一步地，如圖4所示，所述二極管d包括：n型半導(dǎo)體襯底，形成于n型半導(dǎo)體襯底中的p型接觸區(qū)，形成于n型半導(dǎo)體襯底中的n型接觸區(qū)；所述二極管d還包括形成于p型接觸區(qū)及n型接觸區(qū)中的金屬電極，兩個金屬電極分別構(gòu)成第一主端子t1、第三主端子t3的一部分。

具體地，所述p型接觸區(qū)為p型摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域。

進(jìn)一步地，所述雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c包括：n型半導(dǎo)體襯底，形成于n型半導(dǎo)體襯底中的p阱，形成于p阱中的n阱以及形成于n阱中的兩塊p型半導(dǎo)體區(qū)域；所述雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c還包括形成于兩個p型接觸區(qū)中的兩個金屬電極，兩個電極分別構(gòu)成第一主端子t1、第三主端子t3的一部分。

進(jìn)一步地，所述單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a包括：n型半導(dǎo)體襯底；形成于n型半導(dǎo)體襯底另一面中的n阱，形成于n阱中p型半導(dǎo)體區(qū)域以及形成于p型半導(dǎo)體區(qū)域中的金屬電極，該電極構(gòu)成第二主端子t2。

具體地，所述二極管d、雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c和單向tvs管a的基底為n型襯底，作為變形，所述二極管d、雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c和單向tvs管a的基底也可以為p型襯底。

具體地，所述二極管d、雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c和單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a的基底為硅，作為變形，所述二極管d、雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c和單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a的基底也可以為鍺硅、砷化鎵、碳化硅或氮化鎵。

本發(fā)明的防電源反接防雙向浪涌器件工作原理為，當(dāng)?shù)谝恢鞫俗觮1到第二主端子t2出現(xiàn)正向浪涌電壓時單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a發(fā)生動作將浪涌電壓鉗位到安全的電壓水平防止后續(xù)電壓敏感電路被過電壓損壞，當(dāng)?shù)谝恢鞫俗觮1到第二主端子t2出現(xiàn)負(fù)方向的浪涌電壓時雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c發(fā)生動作，將浪涌過電壓鉗位到安全水平。當(dāng)?shù)谝恢鞫俗觮1與第二主端子t2之間電源極性接反時二極管d處于截止?fàn)顟B(tài)，不能形成電流回路，因而起到電源反接保護(hù)的作用。

本發(fā)明的防電源反接防雙向浪涌器件，當(dāng)用電終端因?yàn)閱⑼；蛘吒行载?fù)載開關(guān)等動作產(chǎn)生浪涌電壓時，單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a及雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c能對浪涌過電壓進(jìn)行鉗位，從而防止用電終端負(fù)載對電源產(chǎn)生沖擊，保證電源供電的純凈。

實(shí)施例3：

如圖3所示，一種防電源反接防雙向浪涌器件，主要由防電源反接單元和瞬態(tài)抑制單元構(gòu)成的三端子保護(hù)器件，所述電源反接單元包括至少一個二極管d；所述瞬態(tài)抑制單元包括至少一個雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c和至少一個單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a。本發(fā)明的防電源反接防雙向浪涌器件，可以只用一個芯片同時實(shí)現(xiàn)防電源反接及雙向浪涌防護(hù)功能，同時能減小電源模塊pcb板的面積，從而大大降低成本。

本實(shí)施例中，作為優(yōu)選，所述二極管d為一個，雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c為一個，單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a為一個。

進(jìn)一步地，所述二極管d的陽極與雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c的一端相連，構(gòu)成保護(hù)芯片的第一主端子t1；二極管d的陰極與雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c的另一端相連并與單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a的陰極端相連構(gòu)成保護(hù)芯片的第三主端子t3；單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a的陽極端為保護(hù)芯片的第二主端子t2。

進(jìn)一步地，如圖9所示，所述二極管d包括：n型半導(dǎo)體襯底，形成于n型半導(dǎo)體襯底中的p型接觸區(qū)，形成于n型半導(dǎo)體襯底中的n型接觸區(qū)；所述二極管d還包括形成于p型接觸區(qū)及n型接觸區(qū)中的金屬電極，兩個金屬電極分別構(gòu)成第一主端子t1、第三主端子t3的一部分。

具體地，所述二極管d的p型接觸區(qū)為肖特基勢壘區(qū)域101。

進(jìn)一步地，所述雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c包括：n型半導(dǎo)體襯底，形成于n型半導(dǎo)體襯底中的p阱，形成于p阱中的n阱以及形成于n阱中的兩塊p型半導(dǎo)體區(qū)域；所述雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c還包括形成于兩個p型接觸區(qū)中的兩個金屬電極，兩個電極分別構(gòu)成第一主端子t1、第三主端子t3的一部分。

進(jìn)一步地，所述單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a包括：n型半導(dǎo)體襯底；形成于n型半導(dǎo)體襯底另一面中的n阱，形成于n阱中p型半導(dǎo)體區(qū)域以及形成于p型半導(dǎo)體區(qū)域中的金屬電極，該電極構(gòu)成第二主端子t2。

具體地，所述二極管d、雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c和單向tvs管a的基底為n型襯底。

本發(fā)明的防電源反接防雙向浪涌器件工作原理為，當(dāng)?shù)谝恢鞫俗觮1到第二主端子t2出現(xiàn)正向浪涌電壓時單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a發(fā)生動作將浪涌電壓鉗位到安全的電壓水平防止后續(xù)電壓敏感電路被過電壓損壞，當(dāng)?shù)谝恢鞫俗觮1到第二主端子t2出現(xiàn)負(fù)方向的浪涌電壓時雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c發(fā)生動作，將浪涌過電壓鉗位到安全水平。當(dāng)?shù)谝恢鞫俗觮1與第二主端子t2之間電源極性接反時二極管d處于截止?fàn)顟B(tài)，不能形成電流回路，因而起到電源反接保護(hù)的作用。

本發(fā)明的防電源反接防雙向浪涌器件，當(dāng)用電終端因?yàn)閱⑼；蛘吒行载?fù)載開關(guān)等動作產(chǎn)生浪涌電壓時，單向tvs瞬態(tài)抑制二極管a及雙向tvs瞬態(tài)抑制二極管c能對浪涌過電壓進(jìn)行鉗位，從而防止用電終端負(fù)載對電源產(chǎn)生沖擊，保證電源供電的純凈。

以上所述的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。