單向瞬態(tài)電壓抑制器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種單向瞬態(tài)電壓抑制器。其中，外延層位于襯底上方。第一和第二本體區(qū)形成在外延層中，并且相互間隔一預(yù)設(shè)的水平間距。觸發(fā)和源極區(qū)形成在外延層中。第一源極區(qū)在第一和第二觸發(fā)區(qū)之間的第一本體區(qū)橫切附近，第一和第二觸發(fā)區(qū)在第一源極區(qū)的水平附近，且在第一本體區(qū)的橫切附近。第二源極區(qū)位于第三和第四觸發(fā)區(qū)之間的第二本體區(qū)橫切附近，第三和第四觸發(fā)區(qū)在第二源極區(qū)的水平附近，且在第二本體區(qū)的橫切附近。第四觸發(fā)區(qū)在第二和第三源極區(qū)之間。第四觸發(fā)區(qū)中的植入?yún)^(qū)在第三源極區(qū)的水平附近。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及ー種瞬態(tài)電壓抑制，更確切地說是指一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)及其制備方法。
技術(shù)介紹
瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)是用于保護集成電路免遭過電壓損害的器件。所設(shè)計的集成電路都是在電壓的正常范圍上工作的。然而，靜電放電(ESD)、電快速瞬變以及閃電等意外情況產(chǎn)生的不可預(yù)測、不可控的高電壓，會對電路造成嚴重損害。當(dāng)這種高電壓產(chǎn)生吋，就需要TVS器件保護集成電路，規(guī)避這些可能會損壞集成電路的情況。隨著集成電路中配置的易受過電壓影響的器件不斷增多，對TVS保護的需求也不斷增長。典型的TVS應(yīng)用在USB電源與數(shù)據(jù)線保護、數(shù)字視頻界面、高速以太網(wǎng)、筆記本電腦、監(jiān)視器以及平板顯示器中。 單向的TVS器件廣泛用于保護上述應(yīng)用的集成電路。這類器件受限于它們的工作方式。當(dāng)瞬態(tài)正循環(huán)時(即正電壓峰值)，單向TVS器件反向偏置。器件在雪崩模式下運行，將瞬態(tài)電流引入接地。瞬態(tài)被嵌制在TVS器件由TVS器件提供的箝位能級，確保對集成電路的保護。當(dāng)瞬態(tài)負循環(huán)時(即負電壓峰值)，單向TVS器件正向偏置。瞬態(tài)被嵌制在單邊器件的內(nèi)置電壓降，電流沿正向傳導(dǎo)。傳統(tǒng)的單向TVS器件采用ー個NPN晶體管，基極和發(fā)射極短接，以實現(xiàn)單向器件的功能。這些都可以典型應(yīng)用于鉗位電壓為5V以下的器件。然而，為了使3. 3V以下(例如3. 3V、2. 4V或I. 8V)的應(yīng)用獲得有效的保護，NPN晶體管的基極(即p_層)必須極其輕摻雜。由于單向TVS器件的鉗位電壓與基極層的摻雜濃度關(guān)系密切，因此處理/制備エ藝中任何細微的變化都會嚴重地影響單向器件的性能。因此，在本領(lǐng)域中，有必要提出ー種支持5V以下應(yīng)用的單向TVS器件。正是在這一背景下，提出了本專利技術(shù)的技術(shù)方案。
技術(shù)實現(xiàn)思路
因此，本專利技術(shù)的目的是提供一種單向瞬態(tài)電壓抑制器，應(yīng)用于低鉗位電壓的電子器件，同時具有良好的鉗位電壓性能。本專利技術(shù)的ー個方面在于，提出了一種單向瞬態(tài)電壓抑制器的器件結(jié)構(gòu)，具體包括a) ー個第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；b) —個形成在襯底上的第一導(dǎo)電類型的外延層；c)ー個與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的第一和第二本體區(qū)，形成在外延層中，第一和第二本體區(qū)之間水平間隔ー預(yù)定距離；d) —組第二導(dǎo)電類型的觸發(fā)區(qū)，形成在外延層的頂面中；e) —組第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)，形成在外延層的頂面中；觸發(fā)區(qū)和源極區(qū)包括一個第一源極區(qū)，位于第一和第二觸發(fā)區(qū)之間的第一本體區(qū)的橫切附近，所述第一和第二觸發(fā)區(qū)水平靠近第一源極區(qū)，且橫切靠近第一本體區(qū)；ー個第二源極區(qū)，位于第三和第四觸發(fā)區(qū)之間的第二本體區(qū)的橫切附近，所述第三和第四觸發(fā)區(qū)水平靠近第二源極區(qū)，且橫切靠近第二本體區(qū)；ー個第三源極區(qū)，水平靠近第四觸發(fā)區(qū)，所述第四觸發(fā)區(qū)位于第二和第三源極區(qū)之間；以及f) ー個第二導(dǎo)電類型的植入?yún)^(qū)，位于第四觸發(fā)區(qū)中，所述植入?yún)^(qū)水平靠近第三源極區(qū)。本專利技術(shù)的另ー個方面在于，提出了一種用于制備單向瞬態(tài)電壓抑制器器件的方法，具體包括步驟a)在第一導(dǎo)電類型的襯底上方，形成ー個第一導(dǎo)電類型的外延層；b)在外延層中，形成與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的第一本體區(qū)和第二本體區(qū)；c)在外延層的頂面中，形成ー組第二導(dǎo)電類型的觸發(fā)區(qū)；d)在外延層的頂面中，形成ー組第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)；觸發(fā)區(qū)和源極區(qū)包括ー個第一源極區(qū)，位于第一和第二觸發(fā)區(qū)之間的第一本體區(qū)的橫切附近，所述第一和第二觸發(fā)區(qū)水平靠近第一源極區(qū)，且橫切靠近第一本體區(qū)；ー個第二源極區(qū)，位于第三和第四觸發(fā)區(qū)之間的第二本體區(qū)的橫切附近，所述第三和第四觸發(fā)區(qū)水平靠近第二源極區(qū)，且橫切靠近第二本體區(qū)；ー個第三源極區(qū)，水平靠近第四觸發(fā)區(qū)，所述第四觸發(fā)區(qū)位于第二和第三源極區(qū)之間；以及e)在第四觸發(fā)區(qū)中，形成一個第二導(dǎo)電類型的植入?yún)^(qū)，所述植入?yún)^(qū)水平靠近第三源極區(qū)。閱讀以下詳細說明并參照附圖之后，本專利技術(shù)的這些和其他的特點和優(yōu)勢，對于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，無疑將顯而易見。附圖說明圖IA表示依據(jù)本專利技術(shù)的一個實施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的電路 圖IB表示圖IA所示的單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件運行的示意 圖2A表示依據(jù)本專利技術(shù)的一個實施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的剖面示意 圖2B表示依據(jù)本專利技術(shù)的ー個可選實施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的剖面示意 圖2C表示依據(jù)本專利技術(shù)的另一個可選實施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的剖面示意 圖2D表示依據(jù)本專利技術(shù)的另一個可選實施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的剖面示意 圖3A-3I表不依據(jù)本專利技術(shù)的一個實施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的制備方法。具體實施例方式以下結(jié)合附圖，通過詳細說明較佳的具體實施例，對本專利技術(shù)做進ー步闡述。圖IA表示依據(jù)本專利技術(shù)的一個實施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS) 101的電路圖。單向瞬態(tài)電壓抑制器101含有兩個并聯(lián)的單獨的NPN結(jié)構(gòu)103、105。第一個NPN結(jié)構(gòu)103可以作為一個帶有浮動基極的NPN晶體管，下文還將詳細介紹。第二個NPN結(jié)構(gòu)105可以作為一個基極短接至發(fā)射極的NPN晶體管，下文也將詳細介紹。TVS器件101可以并聯(lián)到集成電路IC上。TVS器件101用于保護該集成電路IC不受瞬態(tài)(即不受歡迎的高壓峰值)的影響，通過引導(dǎo)電流在發(fā)生瞬態(tài)時流經(jīng)TVS 101，并嵌制電壓穿過集成電路1C。配置TVS 101，當(dāng)VIN>0時，激活第一個NPN結(jié)構(gòu)103，當(dāng)VIN〈0時，激活第二個NPN結(jié)構(gòu)105。當(dāng)發(fā)生正向偏置(即VIN>0)瞬態(tài)時，第一個NPN結(jié)構(gòu)103控制TVS運行。當(dāng)發(fā)生負向偏置(即VIN〈0)瞬態(tài)時，第二個NPN結(jié)構(gòu)105控制TVS運行。圖IB表示發(fā)生瞬態(tài)時，TVS101的運行動作。當(dāng)瞬態(tài)正向循環(huán)(即VIN>0)時，第一個NPN結(jié)構(gòu)103以及第ニ個NPN結(jié)構(gòu)105反向偏置。由于第一個NPN結(jié)構(gòu)103的擊穿電壓比第二個NPN結(jié)構(gòu)105的擊穿電壓低得多，因此第一個NPN結(jié)構(gòu)103將在正向瞬態(tài)時，控制單向TVS運行動作。第一個NPN結(jié)構(gòu)103在發(fā)生正向瞬態(tài)時，作為雪崩ニ極管，將瞬態(tài)電流引入接地，并將瞬態(tài)電壓嵌制在第一NPN結(jié)構(gòu)103相關(guān)的鉗位電壓處。當(dāng)發(fā)生瞬態(tài)負向循環(huán)(即VIN〈0)時，第二個NPN結(jié)構(gòu)105正向偏置，而第一個NPN結(jié)構(gòu)103仍然反向偏置。因此，第二個NPN結(jié)構(gòu)105在正向傳導(dǎo)瞬態(tài)電流，同時將瞬態(tài)電壓嵌制在第二個NPN結(jié)構(gòu)105相關(guān) 內(nèi)置正向電壓降(例如O. 7V)處。因此，為了支持低壓應(yīng)用，必須為TVS器件101配置第一個NPN結(jié)構(gòu)103，以獲得低鉗位電壓。第一個NPN結(jié)構(gòu)103的鉗位電壓，極其依賴于第一個NPN結(jié)構(gòu)103的擊穿電壓，因此應(yīng)使第一個NPN結(jié)構(gòu)103獲得很低的擊穿電壓。為了適合單向應(yīng)用，第二個NPN結(jié)構(gòu)105應(yīng)同第一個NPN結(jié)構(gòu)103共同封裝。要更加詳細地了解本專利技術(shù)所述的單向瞬態(tài)電壓抑制器的結(jié)構(gòu)及功能，請參見圖2A。圖2A表示依據(jù)本專利技術(shù)的一個實施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件200的剖面示意圖。圖2A中的TVS 200工作方式與圖IA所示的電路圖中TVS 101相同，具有良好的鉗位電壓性能。TVS 200形成在重摻雜的η+半導(dǎo)體襯底201上，η+半導(dǎo)體襯底201承載外延層203。利用η+襯底本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種單向瞬態(tài)電壓抑制器器件，其特征在于，包括：a)？一個第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；b)？一個形成在襯底上的第一導(dǎo)電類型的外延層；c)？一個與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的第一和第二本體區(qū)，形成在外延層中，第一和第二本體區(qū)之間水平間隔一預(yù)定距離；d)？一組第二導(dǎo)電類型的觸發(fā)區(qū)，形成在外延層的頂面中；e)？一組第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)，形成在外延層的頂面中；觸發(fā)區(qū)和源極區(qū)包括：一個第一源極區(qū)，位于第一和第二觸發(fā)區(qū)之間的第一本體區(qū)的橫切附近，所述第一和第二觸發(fā)區(qū)水平靠近第一源極區(qū)，且橫切靠近第一本體區(qū)；一個第二源極區(qū)，位于第三和第四觸發(fā)區(qū)之間的第二本體區(qū)的橫切附近，所述第三和第四觸發(fā)區(qū)水平靠近第二源極區(qū)，且橫切靠近第二本體區(qū)；一個第三源極區(qū)，水平靠近第四觸發(fā)區(qū)，所述第四觸發(fā)區(qū)位于第二和第三源極區(qū)之間；以及f)？一個第二導(dǎo)電類型的植入?yún)^(qū)，位于第四觸發(fā)區(qū)中，所述植入?yún)^(qū)水平靠近第三源極區(qū)。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：管靈鵬，馬督兒·博德，安荷·叭剌，
申請(專利權(quán))人：萬國半導(dǎo)體股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：