一种优化结构和制程的低电容低压TVS器件制造技术

技术编号:13997451 阅读:50 留言:0更新日期:2016-11-15 10:30
本实用新型专利技术公开了一种优化结构和制程的低电容低压TVS器件;该TVS器件只含有一个钳位二极管,但通过结构优化,实现了双向钳位,并增大了钳位二极管的有效面积;同时,在每个方向的电流导通通道上,串联二个低电容的整流二极管,实现了电容更低的特性;本实用新型专利技术的双向TVS器件,较传统的双向TVS器件,具有更高的抗静电能力、更低的电容。另外,本实用新型专利技术的TVS器件具有优化制程的制造方法,该制造制程短,同时本实用新型专利技术的TVS器件的制程与传统的IC加工制程兼容性好,更容易实现。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及到低电容低压TVS器件,主要涉及一种优化结构和制程的低电容低压TVS器件
技术介绍
随着通信领域的发展,瞬态电压保护器件(TVS器件)被广泛应用,尤其再手持及信号传输设备上,TVS器件成为不可或缺的部分。TVS器件主要作用是用来保护电子电路,在其受到非正常工作电压的浪涌能量冲击时,将浪涌能量迅速释放掉,避免电子电路受到高压或大电流冲击而损坏,与此同时还要能保证电子电路处于正常的工作状态。随着电子电路的运算速度及节能要求的不断提高,对构成电子电路的各种器件也提出了更高的要求,如电子电路要求频率更高,则对器件的容抗特性要求更高,其中TVS器件的寄生电容就是其中之一,普通单个二极管结构的低压TVS器件,结电容可达到几十皮法以上,而对于低压高频的应用需要,如3G、4G通讯及USB2.0、USB3.0的接口需要,是完全不可接受的,因为接入这样普通的TVS保护器件,虽然可以得到“保护”,但会使电路频率下降,影响效率,得不偿失;因此对TVS器件的结电容提出更高的要求,要求在0.5PF以下。正是这样的应用需要,对TVS器件的结构提出了新的挑战,同时也促进TVS器件的新发展。众说周知,半导体二极管的寄生结电容,与材料浓度正相关,浓度越高,电容值越高;同时半导体二极管的击穿电压也与材料浓度相关,是负相关,浓度越高电压越低,这样想得到一个低电压、低电容的半导体二极管,就成了一个相关的矛盾;而TVS器件大多为半导体器件,这样就使得获得一个低电容、低电压的TVS二极管成为一个很难实现的事情,但技术人员并没有止步,因为当多个电容串联起来时,总电容值比最小的那个器件的电容值还要低,正是出于这一点,出现了将一个低电压的钳位二极管与一个高压的整流管对接在一起,即器件的两个阴极或两个阳极接在一起,这样当钳位二极管反向击穿时,高压整流管将处于正向导通,这样钳位电压取决于钳位二极管,而总电容,由于高压整流管的寄生结电容,可以做的很低,因此总电容取决于高压整流管,但是在两一个方向上,当钳位二极管正向导通时,高压整流管反向击穿电压很高,这样导致这个方向上不能钳位到一个低电压上,易导致被保护器件损坏。为了实现双向的保护,采用桥式封装,即将一个钳位二极管与一个高压整流管对接,与同样对接的另一路,反转方向后,并联在一起,形成双向低电容、低电压保护的TVS,但这样需要将4个二极管通过封装连接在一起,增加了封装的难度。为了解决这个问题,科技人员想到将构成低压低电容双向TVS器件的4个二极管集成到一颗芯片上,以简化封装,如美国专利(Patent No.:US6868436B1),提出了一种将构成低压低电容双向TVS结构器件的4个二极管集成到一颗芯片上的方法,如附图1、图2所示,这个器件由2个高压整流和两个钳位二极管管构成。对于TVS器件而言,构成一条通道的一个钳位二极管和一个整流二极管中,钳位二极管面积要大于整流二极管,因为单位面积下,单位功率与电流密度与压降乘积有关,即Ps=Js*V,当钳位二极管工作时,处于反偏,电压压降在几伏到几十伏,而整流二极管处于正偏,电压压降只有0.7V左右(硅),因此为了功率平衡,需要将钳位二极管的电流密度设计成低于整流二极管的电流密度,而两个二极管在一个通道上,流过的总电流相等,因此只有将钳位二极管的面积设计的比整流二极管大。而对于工作电压为5V的TVS器件,其中钳位二极管的方向击穿电压在5.8V-7V,整流二极管正向压降在0.7V左右,两者面积优化比在7-10之间,整个器件结构中主要体现为钳位二极管占用面积。随着集成度的要求更高,要求器件体积不断的缩小,进而要求对器件进行结构优化,使得相同功能情况下,占用面积最小;而美国专利(Patent No.:US6868436B1)提出的结构中,有两个钳位二极管,管芯中需要设计2个大面积的钳位二极管而损失有效面积。本技术提出的TVS器件,进行了结构优化,降低了钳位二极管的占用面积,使得整个TVS器件结构的面积更小。
技术实现思路
本技术提出了一种优化结构和制程的低压低电容TVS器件,通过优化TVS器件的结构,在整个结构中只有一个钳位二极管,确能实现双向钳位作用,可以减小整个TVS器件的面积;另外按本技术,提出了优化的制程,可以更容易的获得本技术的TVS器件结构。本技术提出了一种优化结构和制程的低压低电容TVS器件。1、本技术的一种优化结构和制程的低电容低压TVS器件0,其特征在于结构包括:在低掺杂的P-单晶硅片上,具有分别独立的低掺杂浓度的N阱区1和低掺杂浓度的P阱区2,在N阱区中有两个独立的高浓度的P++区3,P++区与N阱形成整流管;在P阱区中有两个独立的高浓度的N++区4,N++区与P阱也形成整流管;在N阱区的边缘有一个高浓度的N+区5,N+区与N阱区交叠,与N阱内的P++区不相接;在P阱区的边缘有一个高浓度的P+区6,P+区与P阱区交叠,与P阱内的N++区不相接;P+区与N+区相接,形成钳位管,表面采用氧化层7钝化,在每个N++区、P++区中间区域为引线孔无氧化层,最上层为二个金属电极区8,每个金属电极区各分别将一个N++区和一个P++区连接在一起。2、本技术的一种优化结构和制程的低电容低压TVS器件,其特征在于:N阱区、P阱区的表面浓度在1E13 atm/cm3至8E14atm/cm3之间,比P-单晶硅片的浓度高10倍以上,P++区、N++区表面浓度高于1E18atm/cm3,N+区、P+区表面浓度在8E16 atm/cm3至1E18atm/cm3之间。3、本技术的一种优化结构和制程的低电容低压TVS器件,其特征在于:N阱区、P阱区的结深在4.5微米至6微米之间,P+区、N+区结深在1.8微米到3微米之间,P++区、N++区结深在2微米到3.5微米之间,表面氧化层厚度在300纳米到600纳米之间。4、本技术的一种优化结构和制程的低电容低压TVS器件,其特征在于:有四个整流管和一个钳位管,且能实现双向钳位作用。按优化制程的制造流程可实现本技术所述的一种优化结构和制程的低电容低压TVS器件,包括如下步骤:A、在低掺杂的P-单晶硅片上,通过热氧化在表面形成180纳米的氧化层,经过第一次光刻、腐蚀,将P阱21区刻开,进行硼杂质注入,去胶后进行退火,第二次光刻、腐蚀,将N阱区11刻开,进行磷杂质注入,去胶后进行高温推结形成P阱区21和N阱区11,同时N阱区、P阱区表面形成150-200纳米厚的氧化层;B、进行第三次光刻,将N阱区的两个P++区31、32,以及N阱区外的一个P+区61刻开,采用光刻胶掩蔽进行高能量高浓度硼杂质注入,去胶后热退火,由于N阱区内氧化层厚度比N阱区外的氧化层厚度薄,所以N阱区内的P++区注入的杂质,比N阱区外的P+区硼杂质浓度高;C、进行第四次光刻,将P阱区的两个N++区41、42,以及P阱区外的一个N+区51刻开,采用光刻胶掩蔽进行高能量高浓度磷杂质注入,同样由于P阱区内氧化层厚度比P阱区外的氧化层厚度薄,所以P阱区内的N++区注入的杂质,比P阱区外的N+区硼杂质浓度高,去胶后进行推结,同时进行热氧化,形成表面钝化的氧化层7;D、进行第五次光刻、腐蚀,将N阱区的两个P++区的引线孔本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种优化结构和制程的低电容低压TVS器件(0),其特征在于结构包括:在低掺杂的P‑单晶硅片上,具有分别独立的低掺杂浓度的N阱区(1)和低掺杂浓度的P阱区(2),在N阱区中有两个独立的高浓度的P++区(3),P++区与N阱形成整流管,在P阱区中有两个独立的高浓度的N++区(4),N++区与P阱也形成整流管;在N阱区的边缘有一个高浓度的N+区(5),N+区与N阱区交叠,与N阱内的P++区不相接;在P阱区的边缘有一个高浓度的P+区(6),P+区与P阱区交叠,与P阱内的N++区不相接;P+区与N+区相接,形成钳位管,表面采用氧化层(7)钝化,在每个N++区、P++区中间区域为引线孔无氧化层,最上层为二个金属电极区(8),每个金属电极区各分别将一个N++区和一个P++区连接在一起,两个电极之间不导通。

【技术特征摘要】
1.一种优化结构和制程的低电容低压TVS器件(0),其特征在于结构包括:在低掺杂的P-单晶硅片上,具有分别独立的低掺杂浓度的N阱区(1)和低掺杂浓度的P阱区(2),在N阱区中有两个独立的高浓度的P++区(3),P++区与N阱形成整流管,在P阱区中有两个独立的高浓度的N++区(4),N++区与P阱也形成整流管;在N阱区的边缘有一个高浓度的N+区(5),N+区与N阱区交叠,与N阱内的P++区不相接;在P阱区的边缘有一个高浓度的P+区(6),P+区与P阱区交叠,与P阱内的N++区不相接;P+区与N+区相接,形成钳位管,表面采用氧化层(7)钝化,在每个N++区、P++区中间区域为引线孔无氧化层,最上层为二个金属电极区(8),每个金属电极区各分别将一个N++区和一个P++区连接在一起,两个电极之间不导通。2.如权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员:关世瑛
申请(专利权)人:上海芯石微电子有限公司
类型:新型
国别省市:上海;31

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