專利名稱：Led保護二極管的結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及LED保護二極管的制造技術，尤其涉及應用于多只LED燈串聯(lián)構(gòu)成的 LED保護二極管的芯片結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術：
LED(發(fā)光二極管)燈管由于具有體積小、重量輕、壽命長等優(yōu)點，已廣泛應用于照明燈具、交通指示燈、電子顯示板中。目前常用的LED照明、顯示裝置多數(shù)采用多只LED燈串聯(lián)后，配上適合的恒流驅(qū)動器組成。對于多只LED燈串聯(lián)構(gòu)成的發(fā)光支路，其中一只LED 燈損壞就會導致整個支路開路，而導致整個支路上的LED燈熄滅，嚴重還會損壞與該支路并聯(lián)的其它LED燈。CN1889804A及CN201114864Y專利申請各公開了一種LED保護裝置，兩個保護裝置分別采用晶閘管、穩(wěn)壓管、電阻等數(shù)個分離元器件組成，在PVC版上布線復雜，占有面積較大，生產(chǎn)成本高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術的上述缺陷，提供一種LED保護芯片制造工藝簡單，易于生產(chǎn)，流程簡便，芯片面積小，成品率高，單顆芯片成本低的技術方案，即，提供一種 LED保護二極管芯片工藝制造方法、LED保護二極管芯片及其保護裝置。所述的一種LED保護二極管芯片制造方法，包括如下步驟步驟1 :P+襯底上進行N型外延；步驟2 對N型外延表面進行氧化；步驟3 對N型外延表面的SI02層進行光刻刻蝕，在SI02層形成P+硼擴散窗口 ；步驟4 對P+窗口進行P+硼擴散；步驟5 去除外延表面的SI02 ；步驟6 對N型外延表面進行氧化；步驟7 對N型外延表面進行光刻，形成光刻膠P窗口；步驟8 對P窗口注入硼；步驟9 去膠、對P注入窗口退火，形成P區(qū)；步驟10 對N型外延表面進行光刻，形成光刻膠N+窗口；步驟11 對N+窗口注入砷；步驟12 去膠、對N型外延表面淀積SI02、進行注入后退火，形成N+區(qū)；步驟13 對N型外延表面的SI02層進行光刻刻蝕，在SI02層形成孔窗口 ；步驟14 在表面濺射或蒸發(fā)鋁；步驟15 對鋁進行光刻、刻蝕，形成鋁電極；步驟16 淀積鈍化層、對鈍化層進行光刻、刻蝕，形成壓點窗口，對背面進行金屬化。
本發(fā)明的另一目的是利用上述的方法，提供一種可以與LED芯片合封的LED保護二極管芯片的結(jié)構(gòu)。所述的一種LED保護二極管芯片的結(jié)構(gòu)組成是P+襯底，在P+襯底上進行N型外延，并對N型外延表面進行氧化；對N型外延表面的SI02層進行光刻刻蝕，在SI02層形成P+硼擴散窗口 ；對P+窗口進行P+硼擴散，去除外延表面的SI02，對N型外延表面進行氧化；對N型外延表面進行光刻，形成光刻膠P窗口； 對P窗口注入硼，去膠、對P注入窗口退火，形成P基區(qū)；對N型外延表面進行光刻，形成光刻膠N+窗口 ；對N+窗口注入砷，去膠、對N型外延表面淀積SI02、進行注入后退火，形成N+ 區(qū)；對N型外延表面的SI02層進行光刻刻蝕，在SI02層形成孔窗口，在表面濺射或蒸發(fā)鋁； 對鋁進行光刻、刻蝕，形成鋁電極；淀積鈍化層、對鈍化層進行光刻、刻蝕，形成壓點窗口，對背面進行金屬化形成電極。利用上述的LED保護二極管芯片的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的一種LED保護二極管的保護裝置， 該裝置包含一個PNP三極管，一個NPN三極管，一個外延電阻，一個P/N+ 二極管及一個P/N 外延二極管；其中PNP三極管的發(fā)射極e通過P+硼擴散區(qū)、表面金屬AL與外延電阻及P/N 外延二極管的負極連接，PNP三極管的發(fā)射極b與外延電阻的另一端及P/N+二極管的負極、 NPN三極管的集電極C連接，NPN三極管的基極B與P/N+ 二極管的正極及PNP三極管的集電極c連接，NPN三極管的發(fā)射極E與P/N外延二極管的正極及PNP三極管的集電極c連接；該LED保護二極管芯片可單獨進行封裝后，使用時并聯(lián)在LED器件的兩側(cè)，正面金屬鋁電極1端與LED負極相連，背面電極2端與LED正極相連，每顆LED并聯(lián)一個LED保護二極管；也可以直接封裝并聯(lián)在LED器件的內(nèi)部。當LED燈串中的某一顆損壞開路時，當電壓高于P/N+ 二極管擊穿電壓與PNP、NPN三極管基極發(fā)射極正向電壓和時，內(nèi)部的P/N+ 二極管出現(xiàn)擊穿，PNP、NPN三極管基極發(fā)射極正向電流增大，PNP、NPN三極管導通，發(fā)射極電流增大，電流從PNP三極管發(fā)射極流入，從NPN三極管發(fā)射極流出從而避免出現(xiàn)整串燈不亮的情況；并且當LED燈串電壓反接時，內(nèi)部的P/N外延二極管導通，且導通電壓約0. 7V，低于單顆LED的電壓，從而保護LED不會由于反接而失效。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明LED保護芯片制造工藝簡單，易于生產(chǎn)，流程簡便，芯片面積小，成品率高，單顆芯片成本低；本發(fā)明LED保護芯片可以根據(jù)使用需要直接合封并聯(lián)在LED器件的內(nèi)部，也可以單獨進行封裝，使用時并聯(lián)在LED器件的兩側(cè)，可以滿足不同的線路應用需求；與其它LED保護裝置相比，本發(fā)明保護裝置具有安裝簡便、成本低、通用性強等特點，可以廣范應用與多個LED燈泡串聯(lián)組成的各種照明燈具中。
圖1 (a)是P+襯底上進行N型外延示意圖；圖1 (b)是對N型外延表面進行氧化示意圖；圖1(c)是在SI02層形成P+硼擴散窗口示意圖；圖1 (d)是對P+窗口進行P+硼擴散示意圖；圖1 (e)是去除外延表面的SI02示意圖；圖1 (f)是對N型外延表面進行氧化的示意圖；圖1(g)是形成光刻膠P窗口的示意圖；圖1 (h)是對P窗口注入硼的示意圖 1(i圖1 (j圖1(k圖 1 (1圖 1(m圖 1(η圖 1 (ο圖 1(ρ圖 2 (a圖 2 (b圖 2(C圖 2(d
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種LED保護二極管芯片工藝制造方法、LED保護二極管芯片及其保護裝置進一步描述。本發(fā)明的LED保護二極管芯片工藝制造方法包括如下具體步驟步驟1 電阻率小于0.02 Ω · cm的Ρ<111>襯底上進行N型外延，外延厚度12 14um，外延電阻率0. 8 1Ω · cm，如圖1(a)；步驟2 對N型外延表面進行氧化，生成厚度0. 6 0. 8umSI02,如圖1 (b)；步驟3 對N型外延表面的SI02層進行光刻刻蝕，在SI02層形成P+硼擴散窗口， 如圖1(c)；步驟4 對P+窗口進行P+硼擴散，P+硼擴散方塊電阻5 7 Ω / □，結(jié)深10 llum，如圖 1(d)；步驟5 去除外延表面的S102，如圖1(e)；步驟6 對N型外延表面進行氧化，生成厚度0.02 0.04um SI02，如圖1(f)；步驟7:對N型外延表面進行光亥lj，形成光刻膠P窗口，如圖1(g)；步驟8 對P窗口注入60keV 3. 0EHcm_2硼離子，如圖1(h)；步驟10 對N型外延表面進行光刻，形成光刻膠N+窗口，如圖1 (j)；步驟11 對 N+窗口注入 120keV 6. 0E15cm_2 砷離子，如圖 1 (k)；步驟12 去表面光刻膠；對N型外延表面720°C，LPCVD生長0. 5 0. 6um SI02 ； 進行注入后1050°C，20' N2退火，形成N+區(qū)，如圖1(1)；步驟13 對N型外延表面的SI02層進行光刻刻蝕，在SI02層形成孔窗口，如圖 l(m)；步驟14 在表面濺射或蒸發(fā)1. 5 3um鋁金屬，如圖l(n)；步驟15 對鋁進行光刻、刻蝕、430°C 30' N2合金，形成鋁電極如圖1 (ο)；步驟16 表面低溫淀積0. 8 1. 2um鈍化層；對鈍化層進行光刻、刻蝕，形成壓點窗口 ；對背面進行金屬化，如圖I(P)。圖2(a)是LED保護二極管芯片剖面結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖2(a)所示，表示了一種
是形成P區(qū)的示意是形成光刻膠N+窗口的示意是對N+窗口注入砷的示意是形成N+區(qū)的示意是在SI02層形成孔窗口的示意是在表面濺射或蒸發(fā)鋁的示意是形成鋁電極的示意是對背面進行金屬化的示意是LED保護二極管芯片剖面結(jié)構(gòu)的示意是本發(fā)明的LED保護二極管芯片等效線路原理是LED保護二極管電壓電流關系曲線是本發(fā)明的LED保護二極管封裝后與LED器件并聯(lián)的示意圖?？梢耘cLED芯片合封的LED保護二極管芯片的結(jié)構(gòu)。所述的一種LED保護二極管芯片的結(jié)構(gòu)組成是P+襯底，在P+襯底上進行N型外延，并對N型外延表面進行氧化；對N型外延表面的SI02層進行光刻刻蝕，在SI02層形成P+硼擴散窗口 ；對P+窗口進行P+硼擴散，去除外延表面的SI02，對N型外延表面進行氧化；對N型外延表面進行光刻，形成光刻膠P窗口； 對P窗口注入硼，去膠、對P注入窗口退火，形成P基區(qū)；對N型外延表面進行光刻，形成光刻膠N+窗口 ；對N+窗口注入砷，去膠、對N型外延表面淀積SI02、進行注入后退火，形成N+ 區(qū)；對N型外延表面的SI02層進行光刻刻蝕，在SI02層形成孔窗口，在表面濺射或蒸發(fā)鋁； 對鋁進行光刻、刻蝕，形成鋁電極；淀積鈍化層、對鈍化層進行光刻、刻蝕，形成壓點窗口，對背面進行金屬化形成電極。圖2(b)是本發(fā)明的LED保護二極管芯片等效線路原理圖。圖2 (d)是本發(fā)明的 LED保護二極管直接封裝并聯(lián)在LED器件內(nèi)部的示意圖。如圖2(b)所示，圖2(b)的PNP由圖2(a)中的P+襯底、N外延、P基區(qū)三部分構(gòu)成；NPN由圖1中的N外延、P基區(qū)、發(fā)射區(qū)N+ 三部分構(gòu)成；P/N外延二極管由圖1中的N外延、P基區(qū)、邊緣發(fā)射區(qū)N+三部分構(gòu)成；P/N+ 二極管由圖1中的發(fā)射區(qū)N+、P基區(qū)兩部分構(gòu)成；外延電阻由圖1中的邊緣發(fā)射區(qū)N+、N外延、中心的發(fā)射區(qū)N+三部分構(gòu)成。該結(jié)構(gòu)包含一個PNP三極管，一個NPN三極管，一個外延電阻，一個P/N+ 二極管及一個P/N外延二極管；其中PNP三極管的發(fā)射極e通過P+硼擴散區(qū)、表面金屬AL與外延電阻及P/N外延二極管的負極連接，PNP三極管的發(fā)射極b與外延電阻的另一端及P/N+ 二極管的負極、NPN三極管的集電極C連接，NPN三極管的基極B與P/N+ 二極管的正極及PNP三極管的集電極c連接，NPN三極管的發(fā)射極E與P/N外延二極管的正極及PNP三極管的集電極c連接。圖2(c)是LED保護二極管電壓電流關系曲線圖。如圖2(d)所示，該LED保護二極管芯片可單獨進行封裝后，使用時并聯(lián)在LED器件的兩側(cè)，正面金屬鋁電極1端與LED負極相連，背面電極2端與LED正極相連，每顆LED并聯(lián)一個LED保護二極管；根據(jù)需要也可以直接封裝并聯(lián)在LED器件的內(nèi)部，正面金屬鋁電極1端與LED負極相連，背面電極2端與LED正極相連。當LED燈串中的某一顆損壞開路時，當電壓高于P/N+ 二極管擊穿電壓與 PNP、NPN三極管基極發(fā)射極正向電壓和時，內(nèi)部的P/N+ 二極管出現(xiàn)擊穿，PNP、NPN三極管基極發(fā)射極正向電流增大，PNP、NPN三極管導通，發(fā)射極電流增大，電流從PNP三極管發(fā)射極流入，從NPN三極管發(fā)射極流出從而避免出現(xiàn)整串燈不亮的情況；并且當LED燈串電壓反接時，內(nèi)部的P/N外延二極管首先導通，且導通電壓約0. 7V，低于單顆LED的電壓，從而保護 LED不會由于反接而失效，圖2(c)是LED保護二極管電壓電流關系曲線圖可以清楚地表明其保護性能。應當理解是，上述實施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實質(zhì)精神范圍內(nèi)的非實質(zhì)性的替換或修改的發(fā)明創(chuàng)造均落入本發(fā)明保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種LED保護二極管芯片制造方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟 步驟1 :P+襯底上進行N型外延；步驟2 對N型外延表面進行氧化；步驟3 對N型外延表面的SI02層進行光刻刻蝕，在SI02層形成P+硼擴散窗口 ；步驟4 對P+窗口進行P+硼擴散；步驟5:去除外延表面的SI02;步驟6 對N型外延表面進行氧化；步驟7 對N型外延表面進行光刻，形成光刻膠P窗口；步驟8:對P窗口注入硼；步驟9 去膠、對P注入窗口退火，形成P區(qū)；步驟10 對N型外延表面進行光刻，形成光刻膠N+窗口；步驟11 對N+窗口注入砷；步驟12 去膠、對N型外延表面淀積SI02、進行注入后退火，形成N+區(qū)； 步驟13 對N型外延表面的SI02層進行光刻刻蝕，在SI02層形成孔窗口 ； 步驟14 在表面濺射或蒸發(fā)鋁； 步驟15 對鋁進行光刻、刻蝕，形成鋁電極；步驟16 淀積鈍化層、對鈍化層進行光刻、刻蝕，形成壓點窗口，對背面進行金屬化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟1進一步包括在電阻率小于0.02 Ω · cm的Ρ<111>襯底上進行N型外延，外延厚度12 14um，外延電阻率0. 8 1 Ω · cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步驟2進一步包括氧化生成厚度0.6 0. 8umSI02。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步驟4進一步包括所述的P+硼擴散是P+硼擴散方塊電阻5 7 Ω / □，結(jié)深10 llum。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步驟6進一步包括所述的氧化生成厚度 0. 02 0. 04um SI02。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步驟8進一步包括注入 60keV3. 0E14cm-2 硼離子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步驟11進一步包括注入 120keV6. 0E15cm-2 砷離子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步驟12進一步包括對N型外延表面720°C，LPCVD生長0. 5 0. 6um SI02 ；進行注入后1050°C，20 ‘ N2退火，形成N+區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述的步驟14進一步包括所述的鋁是1.5 3um招金屬。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述的步驟15進一步包括430°C30' N2合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的步驟16進一步包括所述的鈍化層為表面低溫淀積0. 8 1. 2um鈍化層。
12.—種LED保護二極管芯片的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其構(gòu)成是P+襯底，在P+襯底上進行N型外延，并對N型外延表面進行氧化；對N型外延表面的SI02層進行光刻刻蝕，在SI02 層形成P+硼擴散窗口 ；對P+窗口進行P+硼擴散，去除外延表面的SI02，對N型外延表面進行氧化；對N型外延表面進行光刻，形成光刻膠P窗口 ；對P窗口注入硼，去膠、對P注入窗口退火，形成P基區(qū)；對N型外延表面進行光刻，形成光刻膠N+窗口 ；對N+窗口注入砷，去膠、對N型外延表面淀積SI02、進行注入后退火，形成N+區(qū)；對N型外延表面的SI02層進行光刻刻蝕，在SI02層形成孔窗口，在表面濺射或蒸發(fā)鋁；對鋁進行光刻、刻蝕，形成鋁電極； 淀積鈍化層、對鈍化層進行光刻、刻蝕，形成壓點窗口，對背面進行金屬化，形成背面電極。
13. —種LED保護二極管的保護裝置，其特征在于，該裝置包含一個PNP三極管，一個 NPN三極管，一個外延電阻，一個P/N+ 二極管及一個P/N外延二極管；其中PNP三極管的發(fā)射極e通過P+硼擴散區(qū)、表面金屬AL與外延電阻及P/N外延二極管的負極連接，PNP三極管的發(fā)射極b與外延電阻的另一端及P/N+ 二極管的負極、NPN三極管的集電極C連接，NPN 三極管的基極B與P/N+ 二極管的正極及PNP三極管的集電極c連接，NPN三極管的發(fā)射極 E與P/N外延二極管的正極及PNP三極管的集電極c連接；該LED保護二極管芯片可單獨進行封裝后，使用時并聯(lián)在LED器件的兩側(cè)，正面金屬鋁電極1端與LED負極相連，背面電極 2端與LED正極相連，每顆LED并聯(lián)一個LED保護二極管；也可以直接封裝并聯(lián)在LED器件的內(nèi)部。當LED燈串中的某一顆損壞開路時，當電壓高于P/N+ 二極管擊穿電壓與PNP、NPN 三極管基極發(fā)射極正向電壓和時，內(nèi)部的P/N+ 二極管出現(xiàn)擊穿，PNP、NPN三極管基極發(fā)射極正向電流增大，PNP、NPN三極管導通，發(fā)射極電流增大，電流從PNP三極管發(fā)射極流入，從 NPN三極管發(fā)射極流出從而避免出現(xiàn)整串燈不亮的情況；并且當LED燈串電壓反接時，內(nèi)部的P/N外延二極管導通，且導通電壓約0. 7V，低于單顆LED的電壓，從而保護LED不會由于反接而失效。
全文摘要
本發(fā)明的一種LED保護二極管芯片制造方法及其LED保護二極管芯片的結(jié)構(gòu)和具有保護二極管芯片的保護裝置，其步驟包括在P+襯底上進行N型外延、對N型外延表面進行氧化、光刻刻蝕、P+窗口進行P+硼擴散等步驟。LED保護二極管芯片的結(jié)構(gòu)及其LED保護二極管的保護裝置，該裝置包含一個PNP三極管，一個NPN三極管，一個外延電阻，一個P/N+二極管及一個P/N外延二極管；該LED保護二極管芯片可單獨進行封裝后并聯(lián)在LED器件的兩側(cè)，也可以直接封裝并聯(lián)在LED器件的內(nèi)部。當LED燈串中的某一顆損壞開路時，裝置內(nèi)部的P/N+二極管出現(xiàn)擊穿，PNP三極管及NPN三極管導通，電流從保護裝置流過從而避免出現(xiàn)整串燈不亮的情況；并且當LED燈串電壓反接時，內(nèi)部的P/N外延二極管導通，從而保護LED不會由于反接而失效。本發(fā)明LED保護芯片制造工藝簡單，易于生產(chǎn)，流程簡便，芯片面積小，成品率高，單顆芯片成本低；保護裝置具有安裝簡便、成本低、通用性強等特點，可以廣范應用與多個LED燈泡串聯(lián)組成的各種照明燈具中。
文檔編號H01L27/02GK102157516SQ20101060610
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者崔建, 徐敏杰, 王平, 王英杰 申請人:杭州士蘭集成電路有限公司