超低残压低容瞬态电压抑制器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种超低残压低容瞬态电压抑制器，通过各个器件之间的深槽隔离，以及衬底隔离来完全屏蔽各个器件之间所有可能的寄生管的触发和干扰；再次，把所有三个低容导向管和TVS通流管都按横向结构排列，又在各个器件底部通过高能注入防止穿通；第三，所有管子均以梳状结构来设计，最大程度地缩短各个管子之间的距离来降低串联电阻；最后，针对TVS通流管，利用PNPN晶闸管SCR的深回扫，或者NPN触发三极管浅回扫的特性，降低TVS通流管本身的残压，从而进一步降低整个低电容TVS的残压。

Ultra low residual pressure and low volume transient voltage suppressor

The utility model relates to a super low residual voltage capacitance transient voltage suppressor, through deep trench isolation between each device, and substrate isolation to completely shield various devices of all possible parasitic tube triggering and interference; again, all three low volume guide tube and TVS tube flow according to the transverse structure arrangement. In the bottom of each device by high energy implantation to prevent perforating; third, all the pipes are comb structure designed to minimize the distance between the tubes to reduce the series resistance; finally, according to the flow tube through TVS, SCR using PNPN thyristor deep flyback or NPN trigger triode shallow retrace characteristic to reduce the residual pressure, the flow tube itself through TVS, so as to further reduce the residual pressure of the low capacitance TVS.

【技术实现步骤摘要】
超低残压低容瞬态电压抑制器
本技术涉及半导体器件及其制造
，具体地说，是一种超低残压低容瞬态电压抑制器。
技术介绍
TVS管广泛应用于各种消费类、通信、安防等行业的电子产品之中，尤其目前的电子产品芯片集成度越来越高，主芯片临界尺寸越做越小甚至到达10纳米级别，自然而然主芯片的静电承受能力也越来越脆弱。与此同时，电子产品本身的功能越来越多，其版级电路使用的半导体元器件越来越多，布线也越来越复杂，更容易在使用过程中出现静电、浪涌等过压和过流的情况。此时高性能的TVS管越来越多的被使用和重视。对于高速信号线，比如USB、HDMI、网口等的静电保护，需要用到低电容TVS管。一般为了确保不影响信号传输，该TVS管的总电容需要小于1pF，而USB3.0、USB3.1以及HDMI2.0的应用则要求不高于0.5pF。低电容TVS管，是通过一个低电容导向管(Steeringdiode)和普通TVS通流管串联，再和另一个低电容导向管并联来实现的，其总电容约为两个低电容导向管的电容之和。为了整合这三个管子到一颗芯片，同时又能避免各个管子之间的相互干扰，传统的低容TVS利用结隔离保护的低容导向管、垂直结构的TVS通流管，和共地衬底来实现。然而尽管这类做法能实现低电容，但各个管子自身的串联电阻较大，总体的残压较高。相比于电容这个基本参数，作为TVS唯一性能指标的残压(钳位电压)，直接决定了保护效果的优劣。随着被保护芯片方案的不断推陈出新，特别是诸如USBTYPE-C接口方案等的出现，残压差两伏即差一个档次，差五伏即差一代，传统实现方式的低容TVS的残压过高已经无法满足客户的要求。传统方式实现的低容TVS管，如图1所示，现有技术制造出的低电容TVS的器件剖面图，为了屏蔽各个管子之间的干扰和寄生管触发，其正向低电容导向管区域19和负向低电容导向管区域20的两个低容导向管都分别通过外围PN结隔离环来实现与其他器件之间的隔离，不仅增大了版图面积而且也增大了管子之间的距离和串联电阻。另外其通流TVS管区域21的通流TVS管为最普通的齐纳二极管的垂直结构且电流纵向流经P型衬底11，同时也串联了衬底电阻，使得残压性能很一般。不仅如此，传统实现方式的低容TVS，由于各个器件之间并未完全隔离，在差模保护应用中经常出现I/O之间短路，也即无法用作双向保护。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种超低残压低容瞬态电压抑制器，利用深槽和衬底隔离结构，低电容导向管和通流SCR结构TVS管等各个元件全部横向紧凑排列，最大程度各个器件以及器件之间的串联电阻，最优化整个低容TVS的残压特性。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种超低残压低容瞬态电压抑制器，包括P型轻掺杂衬底、生长于P型轻掺杂衬底上的N型外延、深槽隔离、介质层和压焊区，所述N型外延包括正向低电容导向管区域、负向低电容导向管区域和晶匣管通流TVS管区域，所述正向低电容导向管区域和负向低电容导向管区域均由防穿通区域、P型浓掺杂区域和N型浓掺杂区域组成，所述晶匣管通流TVS管区域由晶匣管的P型基区和N型浓掺杂区域组成，或者由晶匣管的P型基区、晶匣管的N型基区、P型浓掺杂区域和N型浓掺杂区域组成。进一步地，所述正向低电容导向管区域、负向低电容导向管区域和晶匣管通流TVS管区域都按照横向结构排列。进一步地，所述深槽隔离分别设于正向低电容导向管区域、负向低电容导向管区域和晶匣管通流TVS管区域的周围。进一步地，所述深槽隔离上淀积介质层。进一步地，所述压焊区为淀积金属层，所述金属层材质为1％AlSi与0.5％Cu的合金，厚度为2um。本技术的优点在于：1、本技术各个器件之间的深槽隔离以及衬底隔离，可以完全屏蔽各个器件之间所有可能的寄生管的触发和干扰，从而实现隔离优良，可靠性高，适用性广的特点；2、本技术的所有三个低容导向管和TVS通流管都按横向结构排列，又在各个器件底部通过高能注入防止穿通，所有管子均以梳状结构来设计，最大程度地缩短各个管子之间的距离，降低串联电阻，提升残压性能；附图说明为能更清楚理解本技术的目的、特点和优点，以下将结合附图对本技术的较佳实施例进行详细描述，其中：图1为传统实现方式的低电容TVS的器件剖面图；图2本技术的超低残压集成SCR深回扫的低电容TVS的器件剖面图；图3本技术的超低残压集成NPN浅回扫的低电容TVS的器件剖面图；图4本技术的第一步晶圆制作工艺过程；图5本技术的第二步晶圆制作工艺过程；图6本技术的第三步晶圆制作工艺过程；图7本技术的第四步晶圆制作工艺过程；图8本技术的第五步晶圆制作工艺过程；图9本技术的第六步晶圆制作工艺过程；图10本技术的第七步晶圆制作工艺过程；图11本技术的第八步晶圆制作工艺过程；图12本技术的第九步晶圆制作工艺过程。附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：11.P型衬底，12.齐纳管P型区，13.N阱隔离区，14.N型浓掺杂区，15.P型浓掺杂区，16.ILD和接触孔，17.金属层，18.背面共地金属层，19.正向低电容导向管区域，20.负向低电容导向管区域，21.通流TVS管区域；101.P型轻掺杂衬底，102.N型外延，103.深槽隔离，104.防穿通区域，105.晶匣管的P型基区/105’NPN管的P型基区，106.晶匣管的N型基区，107.P型浓掺杂区域108.N型浓掺杂区域，109.介质层，110.压焊区，111.正向低电容导向管区域，112.负向低电容导向管区域，113.晶匣管通流TVS管区域/113’NPN通流TVS管区域。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术的超低残压低容瞬态电压抑制器进行清楚完整的说明。为了容易和清楚地说明，本说明书及说明书附图中的元件不必是成比例的，并且在不同图中相同的参考标记指示相同的元件。另外，出于易于描述的目的省略了公知步骤和元件的描述和制备细节。为了使附图清楚，将器件结构中的掺杂区域示出为一般具有直线的边缘和角度精确的棱角。然而，本领域中的技术人员要理解的是，由于掺杂元素的扩散和活化，掺杂区域的边缘一般不是直线的，并且其棱角可能没有精确角度。将由本领域中的技术人员领会到的是，使用单词“优选地”或“实质上”意味着，预计有参数的元件值非常接近某一设定值或设定位置。然而，正如在本领域中公知的一样，总是会有轻微的差异，其阻止所述值或位置不会严格地与设定值相同。在本领域中，相对于和描述一样的理想目标，可接受多达至少百分之十(10％)(以及关于半导体掺杂浓度多达百分之二十(20％))的差异作为合理差异。本说明书中TVS表示瞬态电压抑制器，SCR表示晶匣管。本说明书中以集成晶匣管(SCR)通流管为实施例，对本技术的具体晶圆工艺制作方法进行清楚、完整的描述。显然，所描述的技术方案仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。图2是图解说明了基于集成了SCR深回扫特性的本技术超低残压低电容瞬态电压抑制器(TVS)的完整器件剖面图，从图上可以清楚的看出该瞬态电压抑制器，包括P型轻掺杂衬底101、生长于P型轻掺杂衬底101上的N型外延102、深槽隔离103、介质层109和压焊区110，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低残压低容瞬态电压抑制器，其特征在于，包括P型轻掺杂衬底、生长于P型轻掺杂衬底上的N型外延、深槽隔离、介质层和压焊区，所述N型外延包括正向低电容导向管区域、负向低电容导向管区域和晶匣管通流TVS管区域，所述正向低电容导向管区域和负向低电容导向管区域均由防穿通区域、P型浓掺杂区域和N型浓掺杂区域组成，所述晶匣管通流TVS管区域由晶匣管的P型基区和N型浓掺杂区域组成，或者由晶匣管的P型基区、晶匣管的N型基区、P型浓掺杂区域和N型浓掺杂区域组成。

【技术特征摘要】
1.一种超低残压低容瞬态电压抑制器，其特征在于，包括P型轻掺杂衬底、生长于P型轻掺杂衬底上的N型外延、深槽隔离、介质层和压焊区，所述N型外延包括正向低电容导向管区域、负向低电容导向管区域和晶匣管通流TVS管区域，所述正向低电容导向管区域和负向低电容导向管区域均由防穿通区域、P型浓掺杂区域和N型浓掺杂区域组成，所述晶匣管通流TVS管区域由晶匣管的P型基区和N型浓掺杂区域组成，或者由晶匣管的P型基区、晶匣管的N型基区、P型浓掺杂区域和N型浓掺杂区域组成。2.根据权利要求1所述的一种超低残压低容瞬态电压抑制器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪凯彬，
申请(专利权)人：上海领矽半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31