专利名称：低电容过压保护器件及其生产工艺的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种防雷系统中的低电容过压保护的半导体器件及其生产工艺，尤指一种主要在高频领域应用的，其电容要求在3OpF以下的低电容过压保护器件及其降低电容的方法。
背景技术：
在各种现代化通信网络设备中，经常会受到意外的电压瞬变的浪涌电流，如雷电、静电放电、电磁辐射等，它们会使通信设备的性能下降、出现误动作甚至损坏、干扰系统的正常运行、降低装备的可靠性。
在常规P-N结中，越到表面，掺杂浓度越大，而表面的高浓度掺杂会对器件的电学参数带来了诸多不利影响，如低击穿、表面漏电、以及大电容等，导致它不适合在高频领域的应用。
发明内容
为了克服上述不足之处，本发明的主要目的旨在提供一种由三个P-N结组成双端四层双向对称结构的低电容过压保护器件，其生产工艺能降低其电容的低电容过压保护器件及其生产工艺。
本发明要解决的技术问题是要解决器件中的掺杂类型问题，要解决器件的横截面问题，要解决器件由三个P-N结组成双端四层双向对称结构问题，要解决如何减小调整层有效面积及其如何降低电容的方法等有关技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该装置由发射结、集电结、引脚及引线框架的半导体器件等组成，该芯片由三个P-N结组成双端四层双向对称结构，每一组自上而下依次分别掺杂为N2、P2、N1、P1四层，形成正偏发射结，为J1结，正偏转折结，为J3结，负偏集电结，为J2结；在发射结的外侧刻有铝层A，在铝层A的外侧设有铜引脚A，在N区的外侧刻有铝层B，在铝层B的外侧设有铜引脚B；在N区和P区之间设有短路孔；该半导体保护芯片的引脚通过金属引线与引线框架相连接。
所述的低电容过压保护器件的双端结构为K端和A端。
所述的低电容过压保护器件的半导体器件的横截面或为正方形或为方形或为其它形状。
所述的低电容过压保护器件的短路孔有8个或8个以上，他们均匀并且等大的分布在器件的发射区。
一种低电容过压保护器件的生产工艺，其包括玻璃钝化及台面工艺，高阻的衬底材料和减小调整层有效面积技术等方法，该技术的具体工作步骤是a)、玻璃钝化及台面工艺1)、玻璃钝化台面工艺是利用熔凝玻璃具有的负电荷效应及吸杂作用，对清洁的P-N结台面进行钝化，为钝化结构；2)、通过刮涂法来实现玻璃钝化，然后通过高低温烧结；b)、高阻的衬底材料材料的电阻率为高阻、低掺杂的衬底材料；c)、减小调整层有效面积
1)、通过在传统调整层上增设新调整层，并在原有调整层上挖孔，为减小调整层面积和调整层不与短路孔重叠结构的改进型调整层；2)、通过半导体制造工艺在调整层上形成挖孔，在原有调整层光刻版上添加符合要求的原孔，并为不能跟阴极短路孔有交错现象的结果；3)制造改进型调整层的光刻版，该挖孔不能与阴极短路孔交叉，其关系为同心圆叠加。
所述的低电容过压保护器件的生产工艺的刮涂法用硅酸铅，硼酸硅铅作为钝化玻璃。
本发明的有益效果是该器件具有三个P-N结组成的双端四层双向对称结构，主要应用在高频领域，其电容要求在30pF以下的低电容过压保护器件，不仅大大简化了保护单元的电路，提高了可靠性，而且降低了成本；玻璃钝化台面工艺是利用熔凝玻璃具有负电荷效应及吸杂作用，对清洁的P-N结台面进行钝化，玻璃钝化主要是用在台面工艺中，用来保护裸露的PN结，减少了表面漏电，减少了结电容，提高了电流耐力di/df，可保证玻璃粉和硅的良好接触；该保护器件在未来对通信网络设备的安全性与可靠性起着不可估量的作用。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图1是本发明纵向结构示意图；附图2是本发明图1的左侧部分简明示意图；
附图3是本发明横向结构示意图；附图4是本发明伏安特性曲线示意图；附图5是公知常规的P-N结结构示意图；附图6是本发明玻璃钝化台面工艺结构之一示意图；附图7是本发明玻璃钝化台面工艺结构结构之二示意图；附图8是本发明P-N结侧壁电容示意图；附图9是公知的传统调整层的结构示意图；附图10是本发明改进型调整层的结构示意图；附图11是公知的原调整层光刻板示意图；附图12是本发明改进型调整层光刻板示意图；附图13是公知的原调整层电容结构示意图；附图14是本发明改进型调整层电容结构示意图；附图中标号说明101—铜引脚A；102—铝层A；103—发射结；104—集电结；105—转折结；106—铝层B；107—铜引脚B；108—短路孔；109—N区；110—P区；400—阻断区起点；401—阻断区和转折区交点；402—转折区终点；
403—转折区和负阻区交点；404—导通区终点；601—玻璃钝化层A；701—玻璃钝化层B；801—侧壁电容；901—传统调整层A；902—阴极短路孔A；903—阴极短路孔B；904—传统调整层B；1001—新调整层A；1002—挖孔部分A；1003—新调整层B；1004—挖孔部分B；1201—添加的挖孔；具体实施方式
请参阅附图1、2、3、4所示，本发明由发射结、集电结、引脚及引线框架的半导体器件等组成，该芯片由三个P-N结组成双端四层双向对称结构，每一组自上而下依次分别掺杂为N2、P2、N1、P1四层，形成正偏发射结(103)，为J1结，正偏转折结(105)，为J3结，负偏集电结(104)，为J2结；在发射结(103)的外侧刻有铝层A(102)，在铝层A(102)的外侧设有铜引脚A(101)，在N区(109)的外侧刻有铝层B(106)，在铝层B(106)的外侧设有铜引脚B(107)；在N区(109)和P区(110)之间设有短路孔(108)；该半导体保护芯片的引脚通过金属引线与引线框架相连接。
所述的低电容过压保护器件的双端结构为K端和A端。
所述的低电容过压保护器件的半导体器件的横截面或为正方形或为方形或为其它形状。
所述的低电容过压保护器件的短路孔(108)有8个或8个以上，他们均匀并且等大的分布在器件的发射区。
请参阅附图5、6、7、8、9、10、11、12、13、14所示，一种低电容过压保护器件的生产工艺，其包括玻璃钝化及台面工艺，高阻的衬底材料和减小调整层有效面积技术，该技术的具体工作步骤是a)、玻璃钝化及台面工艺1)、玻璃钝化台面工艺是利用熔凝玻璃具有的负电荷效应及吸杂作用，对清洁的P-N结台面进行钝化，为钝化结构；2)、通过刮涂法来实现玻璃钝化，然后通过高低温烧结；b)、高阻的衬底材料材料的电阻率为高阻、低掺杂的衬底材料；c)、减小调整层有效面积1)、通过在传统调整层上增设新调整层，并在原有调整层上挖孔，为减小调整层面积和调整层不与短路孔重叠结构的改进型调整层；2)、通过半导体制造工艺在调整层上形成挖孔，在原有调整层光刻版上添加符合要求的原孔，并为不能跟阴极短路孔有交错现象的结果；3)制造改进型调整层的光刻版，该挖孔不能与阴极短路孔交叉，其关系为同心圆叠加。
所述的低电容过压保护器件的生产工艺的刮涂法用硅酸铅，硼酸硅铅作为钝化玻璃。
本发明的具体实施方式
如下请参阅附图1、2、3所示，该半导体过电压保护器件是双端四层结构，器件的基本结构如图1所示，P和N表示器件中的掺杂类型，以其中一个单向可控硅结构为例(图1虚线左侧部分)，器件有三个P-N结，图1中“103”记为J1结、“104”记为J2结、“105”记为J3结，可以参照图2的简明示意图。
图1中的“102”，“106”端是刻的铝层，用来连接铜引脚，以便连入使用电路。图1的“101”、“107”为铜引脚。
根据防雷等级要求的不同，器件横向表面积可分为大、中、小三个档次，为方便生产，该类器件的横截面一般设计成正方形。
图3是器件的横向结构示意图，“108”是器件的短路孔，设计有8个短路孔，图3的“108”对应于图1的“108”；图3中“109”表示器件的N区，对应于图1的“109”；图3中“102”表示铝层，对应于图1中的“102”和“106”；图3中的“110”表示P区，对应于图1中的“110”。
由于改器件双向对称的特性，生产工艺上，必须采用双面工艺。首先，必须采用双面光刻法，刻出器件调整层，然后按照普通半导体生产工艺，依次制造形成P区-“110”；阴极发射区(同时形成短路孔)-“103”、“108”、“109”；采用台面工艺，形成玻璃钝化层；最后刻上铝层-“102”、“106”，就可以投入到封装线了。
请参阅附图4所示，该类器件是双向对称器件，图4所示为器件的伏安特性曲线，从图上可以看出，器件具有双向对称的特性曲线，设有阻断区起点(400)、阻断区和转折区交点(401)、转折区终点(402)、转折区和负阻区交点(403)和导通区终点(404)；针对第一象限，特性曲线可以划分为(400-401)阻断区、(401-402)转折区、(402-403)负阻区(403-404)导通区这四个区域。以器件正向导通的情况为例(图三第一象限的模式)，说明其工作原理。当雷电浪涌产生的正向电压(沿PNPN流向)加在器件两端时。J1和J3结正偏，J2结承受反向电压，其反向漏电流沿着P2基区横向流动，由短路点流向T2电极。当浪涌电压上升时，J2结反向漏电流增加，P2基区横向电压降随之增加。一旦该压降大于J3结的开启电压，器件部分开通，N区向P2区注入电子，α2开始逐渐增大。当α1+α2＝1时，器件全面开通，进入低阻大电流状态。当浪涌电流下降时，α1、α2随之下降。当浪涌电流小于器件的维持电流时，α1+α2＜1，器件自动恢复到高阻状态。
请参阅附图5、6、7、8、9、10、11、12、13、14所示，由于半导体本身的特性，该类器件的电容值一般在50pF左右，导致它不适合在高频领域应用。高频领域需要它的电容在30pF以下。
我们通过采用以下方法，来降低其电容1)、采用玻璃钝化及台面工艺如图5所示，在常规P-N结中，越到表面，掺杂浓度越大，而表面的高浓度掺杂会对器件的电学参数带来了诸多不利影响，如低击穿、表面漏电、以及大电容等。
如图6、图7所示，玻璃钝化台面工艺利用了熔凝玻璃具有的负电荷效应及较强的吸杂作用。对清洁的P-N结台面进行钝化，可使钝化后的器件具有击穿电压高、漏电流小、高温稳定性好、可靠性高等优点。因此使用台面工艺是降低器件电容的一种有效途径。
图6、图7、图8分别是两种钝化结构，其中的“601”和“701”分别都是钝化层，601为玻璃钝化层A；701为玻璃钝化层B；更重要的是台面工艺能有效消除P-N结侧面产生的电容，如图8中“801”形象的表示出了P-N结的侧壁电容，801为侧壁电容，从而降低了P-N结总的电容。
玻璃钝化及台面工艺为玻璃钝化台面工艺是利用熔凝玻璃具有负电荷效应及吸杂作用，对清洁的P-N结台面进行钝化。玻璃钝化主要是用在台面工艺中，一是用来保护裸露的PN结，减少了表面漏电。二是减少了结电容。对于可控硅而言减少了表面漏电就保证了击穿的硬特性，同时也提高电流耐力di/df。我们使用刮涂法来实现玻璃钝化，然后通过高低温烧结，来保证玻璃粉和硅的良好接触。
刮涂法可使用硅酸铅，硼酸硅铅作为钝化玻璃，因为他们具有杰出的化学耐久性。
2)、采用高阻(低掺杂)的衬底材料由于P-N结的电容C∝NANDNA+ND,]]>即正比于P-N结低掺杂一侧的掺杂浓度平方根，所以选用电阻率更高的衬底材料，可以有效降低器件的电容。
材料的电阻率可以通过四探针测试仪量取，根据实际生产，采用70+10Ω·CM的称底材料，能有效降低电容。
3)、减小调整层有效面积在器件的设计中，调整层主要是用来调整器件的击穿电压。传统调整层如图9所示，图中“901”为传统调整层A、“904”为传统调整层B，“902”为阴极短路孔A，“903”为阴极短路孔B；改进型调整层如图10所示，“1001”是新调整层A，“1003”是新调整层B，“1002”是新调整层的挖孔部分A，“1004”是新调整层的挖孔部分B，从而减小了调整层的面积。不难看出，改进型调整层的面积更小，同时调整层不与短路孔(掺杂浓度较高)重叠。这样，可有效降低器件的电容。
通过在原有调整层上挖孔，是减小调整层的面积的最好办法。在调整层上挖孔，需要注意不能跟阴极短路孔有交错现象出现，如图10所示。可在原有调整层光刻版上添加符合要求的原孔，从而通过半导体制造工艺在调整层上形成挖孔，减少调整层面积。
图11是制造原有调整的光刻版，图12是制造改进型调整层的光刻版，“1201”就是为了减小调整层面积而添加的挖孔，“1201”为添加的挖孔，注意该挖孔不能与阴极短路孔交叉，它们的关系最好是同心圆叠加。
通过这种方法可使调整层面积减少1/3，即使该部分P-N结电容减少1/3，从而减少了器件的总电容值，C1+C2+C3＝1/3C。
权利要求
1.一种低电容过压保护器件，该器件有发射结、集电结、引脚及引线框架的半导体器件，其特征在于该芯片由三个P-N结组成双端四层双向对称结构，每一组自上而下依次分别掺杂为N2、P2、N1、P1四层，形成正偏发射结(103)，为J1结，正偏转折结(105)，为J3结，负偏集电结(104)，为J2结；在发射结(103)的外侧刻有铝层A(102)，在铝层A(102)的外侧设有铜引脚A(101)，在N区(109)的外侧刻有铝层B(106)，在铝层B(106)的外侧设有铜引脚B(107)；在N区(109)和P区(110)之间设有短路孔(108)；该半导体保护芯片的引脚通过金属引线与引线框架相连接。
2.根据权利要求1所述的低电容过压保护器件，其特征在于所述的双端结构为K端和A端。
3.根据权利要求1所述的低电容过压保护器件，其特征在于所述的半导体器件的横截面或为正方形或为方形或为其它形状。
4.根据权利要求1所述的低电容过压保护器件，其特征在于所述的短路孔(108)有8个或8个以上，他们均匀并且等大的分布在器件的发射区。
5.一种低电容过压保护器件的生产工艺，其特征在于包括玻璃钝化及台面工艺，高阻的衬底材料和减小调整层有效面积技术，该技术的具体工作步骤是a)、玻璃钝化及台面工艺1)、玻璃钝化台面工艺是利用熔凝玻璃具有的负电荷效应及吸杂作用，对清洁的P-N结台面进行钝化，为钝化结构；2)、通过刮涂法来实现玻璃钝化，然后通过高低温烧结；b)、高阻的衬底材料材料的电阻率为高阻、低掺杂的衬底材料；c)、减小调整层有效面积1)、通过在传统调整层上增设新调整层，并在原有调整层上挖孔，为减小调整层面积和调整层不与短路孔重叠结构的改进型调整层；2)、通过半导体制造工艺在调整层上形成挖孔，在原有调整层光刻版上添加符合要求的原孔，并为不能跟阴极短路孔有交错现象的结果；3)制造改进型调整层的光刻版，该挖孔不能与阴极短路孔交叉，其关系为同心圆叠加。
6.根据权利要求5所述的低电容过压保护器件的生产工艺，其特征在于所述的刮涂法用硅酸铅，硼酸硅铅作为钝化玻璃。
全文摘要
一种涉及防雷系统中的低电容过压保护的半导体器件，尤指一种主要在高频领域应用的，其电容要求在30pF以下的低电容过压保护器件及其生产工艺。该装置由发射结、集电结、引脚及引线框架的半导体器件等组成，该芯片由三个P－N结组成双端四层双向对称结构，每一组自上而下依次分别掺杂为N
文档编号H01L21/332GK1851927SQ20061002700
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月29日 优先权日2006年5月29日
发明者傅坚, 张关宝, 程真, 杨力宏, 李怀东 申请人:上海维安热电材料股份有限公司