提供了瞬时电压抑制(TVS)设备(100)和构成该设备(100)的方法。TVS设备(100)包括由第一传导类型材料形成的宽带隙半导体材料的第一层(104)，在第一层(104)的至少一部分上方由第二传导类型材料形成的宽带隙半导体材料的第二层(106)，第二层包括第一掺杂剂浓度。TVS设备进一步包括在第二层(106)的至少一部分上方由第二传导类型材料形成的宽带隙半导体材料的第三层(108)，第三层包括第二掺杂剂浓度，该第二掺杂剂浓度不同于第一掺杂剂浓度。TVS设备进一步包括在第三层(108)的至少一部分上方由第一传导类型材料形成的宽带隙半导体材料的第四层(110)。
【技术实现步骤摘要】
本说明书设及半导体设备，并且更具体地，设及具有双区基极的瞬时电压抑制器 (TVS)二极管，和使用宽带隙材料构成该二极管的方法。
技术介绍
至少一些已知的穿通瞬时电压抑制（TVS)半导体设备包括均匀渗杂的基极层。当 TVS设备反偏p-n结的耗尽区达到另一个p-n结耗尽区时(或者达到开路基极击穿条件），TVS 设备击穿。TVS设备的阻塞能力由其基极厚度和渗杂(渗杂量被耗尽达到穿通条件)限定。穿 通限制击穿设计简化了结构，W运样一种方式，不需要特殊边缘端子，并且TVS设备可W使 用台面形成工艺来制造。尽管碳化娃(SiC)能够承受高达大约3兆伏/厘米(MV/cm)，但台面 的击穿强度一般低于2-3倍，因此需要设计TVS设备，W运样的方式，TVS设备内的电场在达 到击穿的所有电压下在体区得W限制，或者保持低于表面击穿强度。 击穿时TVS设备基极内击穿电压和最大电场至少部分地取决于基极厚度和/或渗 杂。一般，为获得TVS设备更高阻塞电压的能力，对于具有较小阻塞电压的设备来说，基极更 厚且其渗杂更少。设计具有特定的击穿电压(BV)和低电场(Emax)的TVS设备甚至需要更厚的 基极和更少的渗杂。 例如，对于具有等于大约600伏(V)的击穿电压(BV)的NPN或者PNP TVS设备来说， SiC TVS设备具有大约6微米(皿)厚并且具有大约每平方厘米(cnf3)2Xl〇i6的渗杂浓度。在 击穿电压下，电场将达到大约2.巧b伏/厘米(MV/cm)。如果对于相同的BV = SOOV来说，需要 更低的电场，例如，最大的电场(Emax)<l.lMV/cm，基极区域的厚度需要增大到大约11皿，并 且其渗杂需要减小至，例如，低于5.5Xl〇i 6cnfV '低电琢'TVS设计的缺点在于需要厚的(特 别是在高BV下)基极区域。该高TVS台面结构的制造需要深蚀刻工艺和在蚀刻工艺期间保护 设备有源区域的特殊掩膜。[000引增加基极层的厚度用来实现更大的击穿电压受到现实的限制。对于任意电压，超 过某一个点，超过某一个击穿电压来说使用典型的S层NPN结构或者PNP结构，增加的基极 层的厚度，增大了设备本身的电阻，增加了 TVS的电压错因数，并且因此恶化了设备的错制 能力。
技术实现思路
在一个实施例中，瞬时电压抑制(TVS)设备包括由第一传导类型材料形成的宽带 隙半导体材料的第一层，在第一层的至少一部分上方由第二传导类型材料形成的宽带隙半 导体材料的第二层，第二层包括第一渗杂剂浓度；W及在第二层的至少一部分上方由第二 传导类型材料形成的宽带隙半导体材料的第=层，第=层包括第二渗杂剂浓度，该第二渗 杂剂浓度不同于第一渗杂剂浓度。TVS设备还包括在第S层的至少一部分上方由第一传导 类型材料形成的宽带隙半导体材料的第四层。 在另一个实施例中，形成瞬时电压抑制（TVS)组件的方法包括提供具有第一表面 和相对的第二表面的碳化娃半导体衬底，在第一表面的至少一部分上形成具有第一极性传 导的第一碳化娃半导体层，在第一层的至少一部分上形成具有第二极性传导的第二碳化娃 半导体层，并且在第二层的至少一部分上形成具有第二极性传导的第=碳化娃半导体层。 该方法还包括在第=层的至少一部分上形成具有第一极性传导的第四碳化娃半导体层，并 且在第二表面和第=表面上形成到设备的电接触。 在又一个实施例中，用于保护电设备免于瞬时电能的瞬时电压抑制(TVS)组件包 括至少电并联地禪接在一起的多个TVS设备，该多个TVS设备中的每个均包括由第一传导类 型的宽带隙半导体材料形成的第一层，由第二传导类型的宽带隙半导体材料形成的第二 层，由第二传导类型的宽带隙半导体材料形成的第S层，和由第一传导类型的宽带隙半导 体材料形成的第四层。【附图说明】 参考附图阅读W下的详细描述时，本公开的运些和其它的特征，方面，和有益效果 将变得更好理解，在附图中，贯穿整个附图，相似的标记指代相似的部件，其中： 图1是瞬时电压抑制(TVS)半导体设备的横截面视图； 图2是具有均匀渗杂的基极区域的TVS设备结构内的渗杂分布(受主和施主）的图 表。 图3是图1示出的并且具有包括两个不同渗杂区域的基极区域的TVS设备结构内的 渗杂分布(受主和施主)的图表。 图4是具有单个均匀区域基极的TVS设备结构的基极区域内的电场和如图1所示的 具有包括两个不同渗杂区域的基极区域的TVS设备结构的基极区域内的电场的图表。 图5是被配置为从电力设备转移电能的用于保护电力设备免于瞬时电能的瞬时电 压抑制(TVS)组件的平面图。 除非另作指示，本文提供的附图意在示出本公开的实施例的特征。运些特征被认 为可W用于包括本公开的一个或多个实施例的多种系统。同样地，附图并不意在包括所属 领域的普通技术人员公知的实践本文公开的实施例所需的所有常规结构。【具体实施方式】 在W下的说明书和权利要求书中，为一些术语赋予附图标记，其被定义为具有W 下的含义。 单数形式"一"，"一个"和"该"包括复数形式，除非上下文明确指出。 "可选的，，或者"可选地"意思是随后描述的事件或者情形可能发生或者可能不发 生，并且该描述包括事件发生的情形和事件没有发生的情形。 近似的语言，如本文遍及说明书和权利要求书所使用的，可W适用于修改为允许 改变但不会导致其所设及的基本功能改变的任意等价物。据此，由术语或者多个术语修饰 的值，譬如"大约"和"基本上"，并不限定为特定的精确值。在至少一些情况下，近似的语言 可W对应用于测量数值的仪器的精确度。此处和贯穿说明书与权利要求，范围限定可W组 合和/或互换，该范围被指出，并且包括包含于其内的所有子范围，除非上下文或者语言另 行指出。 如本文所使用的，标记为n+或者P+类型传导材料意味着渗杂杂质的浓度相对较高 (例如，1 X IQis至1 X IO2Icnf3)。标记为n-或者P-类型传导材料意味着相对较低的渗杂剂浓 度(例如，1 X 1〇14至 1 X 10"cm-3)。 本公开的实施例描述了使用宽带隙半导体的双向穿通瞬时电压抑制器(TVS)或者 电路保护设备的设计和制造工艺，该宽带隙半导体具有阻塞或者基极区域，所述区域包括 每一层具有特定的渗杂浓度和厚度的两层。该设计允许TVS设备内的击穿电压(BV)和电场 化)独立控制，并且允许减小阻塞区域的厚度。独立的电场控制促成了没有边缘端子的设 计，因此能够使用简化了用来形成垂向的台面的蚀刻工艺和最小化沿台面侧壁的漏电流的 表面纯化。简化设备结构（没有端子)和降低台面高度（因此，简化了制造工艺）导致了整体 设备成本得W降低。 本公开的设计允许减小基极厚度，而不牺牲BV或者Emax需求。TVS结构的基极包括 两个区域，相对较厚并低渗杂(基极区域1)和相对较薄并相对高渗杂(基极区域2)。在该结 构中，耗尽首先穿过低渗杂区域，并且然后穿过较高渗杂区域，直至其到达相对的pn结。 W下的描述参考附图，图中没有相反的表达，不同附图中，相同的数字代表类似的 元件。 图1是瞬时电压抑制(TVS)半导体设备100的实施例的横截面视图。在典型的实施 例中，TVS设备100包括由衬底102,外延生长的n+型传导层104,与层104电接触禪接的第一 外延生长P-层106,本文档来自技高网...
【技术保护点】
瞬时电压抑制(TVS)设备(100)，其包含：由第一传导类型材料形成的宽带隙半导体材料的第一层(104)；在所述第一层(104)的至少一部分上方由第二传导类型材料形成的宽带隙半导体材料的第二层(106)，所述第二层包括第一掺杂剂浓度；在所述第二层(106)的至少一部分上方由第二传导类型材料形成的宽带隙半导体材料的第三层(108)，所述第三层(108)包括第二掺杂剂浓度，所述第二掺杂剂浓度不同于所述第一掺杂剂浓度；以及在所述第三层(108)的至少一部分上方由第一传导类型材料形成的宽带隙半导体材料的第四层(110)。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·V·博罗特尼科夫，A·S·卡什亚普，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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