一種io口間無相互干擾的低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器的制造方法
【專利摘要】低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器，包括P+半導(dǎo)體襯底，P-外延層位于P+半導(dǎo)體襯底上；外延層上從左到右分別有包含第一環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的左端，第一N阱，第一環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的右端，第二N阱，第一P阱，第三N阱，第二環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的左端，第四N阱，第二環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的右端。所述的第一N阱和第四N阱上分別設(shè)有第一N+有源注入?yún)^(qū)和第五N+有源注入?yún)^(qū)；所述的第二N阱上設(shè)有第二N+有源注入?yún)^(qū)和第二P+有源注入?yún)^(qū)；所述的第一P阱上設(shè)有第三N+有源注入?yún)^(qū)；所述的第三N阱上設(shè)有第四N+有源注入?yún)^(qū)和第三P+有源注入?yún)^(qū)。
【專利說明】—種1 口間無相互干擾的低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子電路浪涌脈沖保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種保護(hù)電子電路避免遭受到來自閃電、靜電放電、電磁脈沖等的損傷，在最短時間內(nèi)將這部分能量從保護(hù)電路泄放掉，而不影響電路的性能的分立器件。

【背景技術(shù)】
[0002]目前市場流通的一些多通道芯片僅適用于GND接出的多通道應(yīng)用，而若作為雙向的TVS(瞬態(tài)電壓抑制，如瞬態(tài)電壓抑制二極管)來用，GND未接出的話，往往存在1 口之間串通的問題。我們提出的這種用濃摻雜的環(huán)形P+有源區(qū)來包圍反向?qū)∟well的方法正好可以很簡單易行的解決如上的問題，擴(kuò)展低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0003]隨著現(xiàn)代電子設(shè)備的發(fā)展，電子產(chǎn)品的種類越來越多，電子設(shè)備的集成度和靈敏度也越來越高。電磁干擾可以通過輻射，感應(yīng)，耦合和傳導(dǎo)等多種途徑進(jìn)入設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部，從而引起器件的老化甚至導(dǎo)致設(shè)備的損壞或控制失靈，給人們的正常生活帶來諸多不便甚至重大損失。靜電，雷電和核電磁脈沖都是引起電磁干擾的原因。電子設(shè)備的電磁脈沖防護(hù)已成為具有重要意義的研究課題。
[0004]瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)是一種用來保護(hù)敏感半導(dǎo)體器件，使其免遭瞬態(tài)電壓浪涌破壞而特別設(shè)計的固態(tài)半導(dǎo)體器件，它具有箝位系數(shù)小、體積小、響應(yīng)快、漏電流小和可靠性高等優(yōu)點，因而在電壓瞬變和浪涌防護(hù)上得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)電子設(shè)備受到閃電，靜電放電，電磁感應(yīng)等的影響，在其端口有高能量的大脈沖時，其端口電壓會迅速上升，若沒有TVS的保護(hù)，這部分能量將通過電子設(shè)備里的精密元器件泄放，在過高電壓下這些元器件會因為熱擊穿而失效，從而引起電子設(shè)備故障，但是，如果有分立器件的保護(hù)，齊納管可以在10_12秒的響應(yīng)時間內(nèi)擊穿，并將電壓鉗位在設(shè)計的值(高于被保護(hù)電路的正常工作電壓，低于被保護(hù)電路的損壞電壓)，從而有效的保護(hù)電子設(shè)備避免受到浪涌脈沖的損壞。
[0005]TVS根據(jù)電子元器件的發(fā)展要求也在不斷發(fā)展，除了向更低的電壓及更低的電容方向發(fā)展以外，還在想著更高的集成度來發(fā)展，更高的集成度意味著多路TVS在同一個芯片上面，也就是多通道的瞬態(tài)電壓抑制器。但是集成度的提高，也導(dǎo)致很多不利的寄生效應(yīng)的存在，目前市場流通的一些多通道芯片僅適用于GND接出的多通道應(yīng)用，而若作為雙向的TVS來用，GND未接出的話，往往存在1 口之間串通的問題。此問題據(jù)我們所知，還未有人明確指出導(dǎo)致此寄生效應(yīng)的原因，更沒有明確的解決方案提出。
[0006]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明結(jié)構(gòu)的TVS的主要創(chuàng)新點在于通過在反向?qū)〞r電流流通路徑中的PN結(jié)的N端的周圍形成濃摻雜的P+環(huán)，從而可以在有反向電流流過此PN結(jié)時，使得從N端注入到P端的電子少子盡快復(fù)合掉(P+的多子濃度高，少子的壽命會減小，會盡快被復(fù)合)，這樣防止了注入P端的少子被另外一個端口的正向?qū)∟well所收集，從而避免了使得1 口之間串通的寄生PNPN效應(yīng)，從而形成各個1之間幾乎沒有相互影響的多通道TVS。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明一種1 口間無相互干擾的低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器，及高效低電容多通道TVS方法，正向通過低電容二極管與齊納管串聯(lián)，在被保護(hù)器件的正常工作電壓下，不會影響數(shù)據(jù)的高速傳送，同時大面積的齊納管保證了大電流的泄放能力；反向利用單純的PN結(jié)來泄放電流。
[0008]本發(fā)明是一種抑制低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器串通的方法，例如，使用此方法改進(jìn)以后的兩通道或者雙向單通道TVS器件。
[0009]一種低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:包括P+半導(dǎo)體襯底，P-外延層，位于P+半導(dǎo)體襯底上；外延層上從左到右分別有包含第一環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的左端，第一N阱，第一環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的右端，第二 N阱，第一 P阱，第三N阱，第二環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的左端，第四N阱，第二環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的右端。
[0010]所述的第一 N阱和第四N阱上分別設(shè)有第一 N+有源注入?yún)^(qū)和第五N+有源注入?yún)^(qū)；
[0011]所述的第二 N阱上設(shè)有第二 N+有源注入?yún)^(qū)和第二 P+有源注入?yún)^(qū)；
[0012]所述的第一 P阱上設(shè)有第三N+有源注入?yún)^(qū)；
[0013]所述的第三N阱上設(shè)有第四N+有源注入?yún)^(qū)和第三P+有源注入?yún)^(qū)。
[0014]所述的P+半導(dǎo)體襯底摻雜濃度為1*1018?5*1018atom/cm3。
[0015]所述的P-外延層摻雜濃度為1*1013?5*1013atom/cm3,厚度為19?20 μ m。
[0016]所述的第一、二、三、四N講的摻雜濃度為1*1015?5*1015atom/cm3,深度為4?5 μ m0
[0017]所述的第一 P阱的摻雜濃度為l*1018atom/cm3 (表層濃度)，濃度逐漸減少到外延層濃度，深度為9-10 μ m。
[0018]所述的第一、二、三、四、五N+有源注入?yún)^(qū)的摻雜濃度為5*1018?l*102°atom/cm3。深度為1-2 μ m。
[0019]所述的第一、二、三、四P+有源注入?yún)^(qū)的摻雜濃度為1*1019?l*102°atom/cm3,深度為I?L 5 μ m。
[0020]所述的第一 P+有源區(qū)環(huán)繞第一 N阱，所以從截面圖可看到，第一 N阱的左右兩邊都是第一 P+有源區(qū)。同樣，所述的第四P+有源區(qū)環(huán)繞第四N阱，所以從截面圖可以看到，第四N阱的左右兩邊也都是第四P+有源區(qū)。
[0021]高效低電容多通道TVS方法，所述的瞬態(tài)電壓抑制器的某一個1 口對GND等效電路有一個正向二極管、一個齊納穩(wěn)壓管和一個反向二級管組成，其中正向通過一個齊納二極管與一個小電容的二極管相連來泄放高于被保護(hù)電路工作電壓的浪涌電流，反向通過一個單純的反向二極管來泄放電流。此瞬態(tài)電壓抑制器可以有多通道，每個通道都是以上的等效電流。且每個1之間都不會在正常的工作電壓范圍內(nèi)導(dǎo)通。
[0022]齊納二極管在襯底的中央，齊納二極管的兩側(cè)是正向二極管，正向二極管的兩側(cè)為反向二極管；每個1 口連接正向二極管的正向端和反向二極管的反向端；齊納二極管接兩側(cè)正向二極管的反向端。
[0023]本發(fā)明的有益技術(shù)效果為:
[0024]本發(fā)明提出的這種用濃摻雜的環(huán)形P+有源區(qū)來包圍反向?qū)∟well的方法正好可以很簡單易行的解決如上的問題，擴(kuò)展低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器的應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)有的一些多通道芯片僅適用于GND接出的多通道應(yīng)用，而若作為雙向的TVS來用，GND未接出的話，往往存在1 口之間串通的問題。我們提出的這種用濃摻雜的環(huán)形P+有源區(qū)來包圍反向?qū)∟well的方法正好可以很簡單易行的解決如上的問題，擴(kuò)展低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器的應(yīng)用領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)截面示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明的電路等效圖。
[0027]圖3為本發(fā)明的制造工藝流程示意圖。

【具體實施方式】
[0028]為了更為具體的描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案及其相關(guān)原理和制作過程進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0029]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明方法得到改善浪涌泄放能力的單向瞬態(tài)電壓抑制器，P+半導(dǎo)體襯底，P-外延層，位于P+半導(dǎo)體襯底上；外延層上從左到右分別有包含第一環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的左端，第一 N阱，第一環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的右端，第二 N阱，第一 P阱，第三N阱，第二環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的左端，第四N阱，第二環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的右端。
[0030]1、第一 N阱和第四N阱上分別設(shè)有第一 N+有源注入?yún)^(qū)和第五N+有源注入?yún)^(qū)。
[0031]2、第二 N阱上設(shè)有第二 N+有源注入?yún)^(qū)和第二 P+有源注入?yún)^(qū)。
[0032]3、第一 P阱上設(shè)有第三N+有源注入?yún)^(qū)。
[0033]4、第三N阱上設(shè)有第四N+有源注入?yún)^(qū)和第三P+有源注入?yún)^(qū)。
[0034]5、P+半導(dǎo)體襯底摻雜濃度為1*1018?5*1018atom/cm3。P-外延層摻雜濃度為1*1013 ?5*1013atom/cm3,厚度為 19 ?20 μ m。第一 P 講的慘雜濃度為 l*1018atom/cm3 (表層濃度)，濃度逐漸減少到外延層濃度，深度為9?10 μ m。所有N+有源注入?yún)^(qū)的摻雜濃度為5*1018?l*102°atom/cm3,深度為I?2μηι。所有P+有源注入?yún)^(qū)的摻雜濃度為1*1019?l*102Clatom/cm3,深度為 I ?1.5 μ m。Nwell 的慘雜濃度為 5*1015 ?l*1017atom/cm3,深度為5?6 μ m。第一 P+有源區(qū)環(huán)繞第一 N阱，所以從截面圖可看到，第一 N阱的左右兩邊都是第一 P+有源區(qū)。同樣，所述的第四P+有源區(qū)環(huán)繞第四N阱，所以從截面圖可以看到，第四N阱的左右兩邊也都是第四P+有源區(qū)。
[0035]優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的第一 P+有源區(qū)環(huán)繞第一 N阱，所以從截面圖可看到，第一 N阱的左右兩邊都是第一 P+有源區(qū)。同樣，所述的第四P+有源區(qū)環(huán)繞第四N阱，所以從截面圖可以看到，第四N阱的左右兩邊也都是第四P+有源區(qū)。通過此改進(jìn)，在有反向電流流過某個1的此PN結(jié)時，使得從N端注入到P端的電子少子盡快復(fù)合掉(P+的多子濃度高，少子的壽命會減小，會盡快被復(fù)合)，這樣防止了注入P端的少子被另外一個端口的正向?qū)∟well (N阱)所收集，從而避免了使得1 口之間串通的寄生PNPN效應(yīng)，從而形成各個1之間幾乎沒有相互影響的多通道TVS。
[0036]本發(fā)明所描述的瞬態(tài)電壓抑制器保護(hù)電壓為5.5-10V，通過調(diào)節(jié)相關(guān)的濃度可以獲得其他保護(hù)電壓范圍的器件。
[0037]如圖2所示，瞬態(tài)電壓抑制器單路的等效電路有一個二極管、一個齊納穩(wěn)壓管和一個反向?qū)≒N結(jié)組成,其中正向通過一個齊納二極管與一個小電容的二極管相連來泄放高于被保護(hù)電路工作電壓的浪涌電流，反向通過一個PN結(jié)來泄放所有的浪涌電流。瞬態(tài)電壓抑制器可以有多個通道，各個通道的等效電路都是如上所述，所有的通道公用齊納二極管，各個通道的1之間不會串通。
[0038]如圖3所示，本瞬態(tài)電壓抑制器的制作工藝過程為:在P+襯底上生長一層均勻的P-外延層，依次在P-外延層通過離子注入和推阱形成P阱和N阱，見圖3 (a);在有源區(qū)在生長場氧，用注入擴(kuò)散的方式在有源區(qū)生成P+、N-和N+有源注入?yún)^(qū)，見圖3(b);生長鈍化層，通過金屬進(jìn)行相應(yīng)的互聯(lián)并引出，見圖3 (c)。
【權(quán)利要求】
1.一種低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:包括P+半導(dǎo)體襯底，P-外延層位于P+半導(dǎo)體襯底上；外延層上從左到右分別有包含第一環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的左端，第一 N阱，第一環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的右端，第二 N阱，第一 P阱，第三N阱，第二環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的左端，第四N阱，第二環(huán)形P+有源注入?yún)^(qū)的右端。 所述的第一 N阱和第四N阱上分別設(shè)有第一 N+有源注入?yún)^(qū)和第五N+有源注入?yún)^(qū)； 所述的第二 N阱上設(shè)有第二 N+有源注入?yún)^(qū)和第二 P+有源注入?yún)^(qū)； 所述的第一 P阱上設(shè)有第三N+有源注入?yún)^(qū)； 所述的第三N阱上設(shè)有第四N+有源注入?yún)^(qū)和第三P+有源注入?yún)^(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述的P+半導(dǎo)體襯底慘雜濃度為1*1018?5*1018atom/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述的P-外延層慘雜濃度為1*1013?5*1013atom/cm3,厚度為19?20 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述的第一、二、三、四N講的摻雜濃度為1*1015?5*1015atom/cm3,深度為4?5 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述的第一 P阱的摻雜濃度為l*1018atom/cm3 (表層濃度)，濃度逐漸減少到外延層濃度，深度為9-10 μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述的第一、二、三、四、五N+有源注入?yún)^(qū)的摻雜濃度為5*1018?l*102°atom/cm3。深度為1_2 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述的第一、二、三、四P+有源注入?yún)^(qū)的摻雜濃度為1*1019?l*102Clatom/cm3,深度為I?1.5 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電容多通道瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述的第一P+有源區(qū)環(huán)繞第一 N阱，所以從截面圖可看到，第一 N阱的左右兩邊都是第一 P+有源區(qū)；同樣，所述的第四P+有源區(qū)環(huán)繞第四N講，所以從截面圖可以看到，第四N阱的左右兩邊也都是第四P+有源區(qū)。
9.高效低電容多通道TVS方法，其特征在于:所述的瞬態(tài)電壓抑制器的某一個1口對GND等效電路有一個正向二極管、一個齊納穩(wěn)壓管和一個反向二級管組成，其中正向通過一個齊納二極管與一個小電容的正向二極管相連來泄放高于被保護(hù)電路工作電壓的浪涌電流，反向通過一個單純的反向二極管來泄放電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高效低電容多通道TVS方法，其特征在于:齊納二極管在襯底的中央，齊納二極管的兩側(cè)是正向二極管，正向二極管的兩側(cè)為反向二極管；每個1口連接正向二極管的正向端和反向二極管的反向端；齊納二極管接兩側(cè)正向二極管的反向端。
【文檔編號】H01L27/06GK104465649SQ201410673950
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】蔡銀飛, 翟東媛, 蔣金鴻, 朱俊, 趙毅 申請人:杭州啟沛科技有限公司