低电容瞬变电压抑制器制造技术

本发明专利技术提出一种瞬变电压抑制器器件，包括一个P‑N结二极管和一个可控硅整流器，集成在一个半导体层的横向器件结构中。横向器件结构包括半导体区域的多个条形结构，沿半导体层主表面上的第一方向水平排布，限定了条形结构之间的电流传导区。可控硅整流器和P‑N结二极管的电流通路形成在每个电流传导区中，但是可控硅整流器的电流通路在第二方向上的每个电流传导区中，主要与P‑N结二极管的电流通路隔开，第二方向与半导体层主表面上的第一方向正交。本发明专利技术所述的瞬变电压抑制器器件实现了受保护节点处的低电容。瞬变电压抑制器器件适用于保护集成电路的数据引脚，尤其适用于当数据引脚用于高速器件应用时。

Low Capacitance Transient Voltage Suppressor

The invention provides a transient voltage suppressor device, which comprises a P_N junction diode and a thyristor rectifier, and is integrated in a transverse device structure of a semiconductor layer. The transverse device structure consists of several strip structures in the semiconductor region, which are arranged horizontally along the first direction of the main surface of the semiconductor layer, thus limiting the current conduction region between strip structures. The current circuit of SCR rectifier and P N junction diode is formed in each current conduction region, but the current circuit of SCR rectifier is mainly separated from the current circuit of P N junction diode in each current conduction region in the second direction, and the second direction is orthogonal to the first direction on the main surface of semiconductor layer. The device of the transient voltage suppressor realizes the low capacitance at the protected node. Transient voltage suppressor devices are suitable for protecting data pins of integrated circuits, especially when data pins are used in high-speed device applications.

【技术实现步骤摘要】
低电容瞬变电压抑制器
本专利技术涉及集成电路，具体是指低电容瞬变电压抑制器(TVS，TransientVoltageSuppressor)。
技术介绍
电压和电流瞬变是造成电子系统中集成电路故障的主要原因。瞬变由系统内部和外部的各种来源产生。例如，造成瞬变的常见来源包括电源的正常开关操作、交流线路波动、闪电瞬变和电磁放电(ESD)。瞬变电压抑制器(TVS)是常用于保护集成电路不被集成电路发生时的瞬变或过电压造成损坏的独立器件。过电压保护对于消费类器件或物联网器件来说非常重要，因为这些器件经常面临频繁的人工操作，因此非常容易因遭受ESD或瞬变电压等的影响而受损。确切地说，电子器件的电源引脚和数据引脚都需要保护，以免受到ESD或开关和闪电瞬变情况的过电压影响。通常来说，电源引脚需要很高的浪涌保护，但是可以承受较高电容的保护器件。同时，可以在很高的数据速度下运行的数据引脚，需要保护器件可以提供带有低电容的浪涌保护，从而不会影响受保护数据引脚的数据速度。在垂直和水平类型的半导体电路结构中，现有的TVS保护解决方案使用输入/输出(I/O)端。在传统的垂直TVS结构中，发生ESD时的I/O电流从高端和低端转向二极管垂直流向地。在传统的横向TVS结构中，高端和低端转向二极管水平集成在半导体衬底上。不考虑TVS电路结构，用于高速I/O应用的TVS保护器件应具有很低的电容，从而阻碍高速数据线路上的信号活动。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种低电容瞬变电压抑制器，以改善现有技术中的一个或多个问题。本专利技术的一个方面在于提出一种瞬变电压抑制器器件，包括：半导体区域的多个条形结构，沿半导体层的主平面上的第一方向水平排布，多个条形结构包括第一类型的交叉条形结构以及第二类型的条形结构，每个条形结构都在与第一方向上正交的第二方向上延伸，在一对相邻条形结构的第一部分中的半导体区域构成一个可控硅整流器，以及在一对邻近条形结构的第二部分中的半导体区域构成P-N结二极管，第一部分和第二部分排布在第二方向上，第二方向与半导体层主表面上第一方向正交；其中多个条形结构限定在每一对相邻条形结构之间的电流传导区，每个电流传导区都包括可控硅整流器的第一电流通路以及P-N结二极管的第二电流通路，可控硅整流器的第一电流通路在第二方向上，与每个电流传导区中P-N结二极管的第二电流通路隔开，第二方向与半导体层主表面上的第一方向正交。其中，第一类型的多个条形结构的半导体区域电连接到一个参考节点，第二类型的多个条形结构的半导体区域电连接到受保护节点。其中，半导体区域的多个条形结构，每个条形结构都包括：第一掺杂区和相反导电类型的第二掺杂区，沿第二方向的长度排布，第二方向与半导体层主表面上的第一方向正交，第一掺杂区位于阱区中，阱区的导电类型相反，第二掺杂区形成在半导体层中；其中第一类型的条形结构中的阱区和第二类型的条形结构的阱区具有相反的导电类型，并且其中每对相邻条形结构都包括一个第一类型的条形结构和一个第二类型的条形结构。其中，半导体区域的多个条形结构包括：一个第一类型的第一条形结构，第一条形结构包括第一导电类型的第一掺杂区，位于与第一导电类型相反的第二导电类型的阱区中，以及第二导电类型的第二掺杂区，沿第一条形结构的长度排布，第二掺杂区在阱区的第一末端覆盖阱区；以及一个第二类型的第二条形结构，第二条形结构包括第二导电类型的第一掺杂区，位于第一导电类型的阱区中，第一导电类型的第二阱区沿第二条形结构的长度排布，第二掺杂区在阱区的第一末端覆盖阱区。其中，第一条形结构还包括第二导电类型的第三掺杂区，覆盖阱区第二末端处的阱区，第二末端与第一末端相对，其长度沿第一条形结构；并且其中第二条形结构包括第一导电类型的第四掺杂区，覆盖阱区第二末端处的阱区，第二末端与第一末端相对，其长度沿第二条形结构。其中，第一条形结构在半导体层中水平邻近第二条形结构，第一掺杂区和第一、第二条形结构的阱区构成可控硅整流器，第一和第二条形结构的第二掺杂区构成P-N结二极管。其中，半导体层包括一个半导体衬底和一个第二导电类型的外延层，外延层形成在半导体衬底上，外延层为轻掺杂。其中，第一导电类型由N-型导电类型构成，第二导电类型由P-型导电类型构成。其中，多个条形结构中每个条形结构的阱区都要延长，以容纳每个条形结构中的第二掺杂区。本专利技术所述的瞬变电压抑制器器件，还包括：一个第一导电类型的第四掺杂区，形成在第一条形结构和第二条形结构之间的电流传导区中，第一条形结构在第二条形结构附近，第四掺杂区具有第一部分覆盖着第一条形结构的阱区，第二部分覆盖着第二条形结构的阱区。本专利技术所述的瞬变电压抑制器器件，还包括：多个第四掺杂区，形成在第一条形结构和第二条形结构之间的电流传导区中。其中，第一条形结构的第一掺杂区包括一个延伸物部分，第一条形结构的阱区包括一个延伸部分，包围着第一掺杂区的延伸部分，延伸部分延伸到第一条形结构和第二条形结构之间的电流传导区中，第一条形结构和第二条形结构之间的电流传导区具有在延伸部分外面的第一间距，延伸部分之间的电流传导区的第二间距小于第一间距。本专利技术所述的瞬变电压抑制器器件，还包括：一个多晶硅栅极，形成在栅极电解质层上，包围着第一条形结构的第一掺杂区，多晶硅栅极形成在第一条形结构的阱区中；以及第一导电类型的第五掺杂区，形成在多晶硅栅极外边缘上，第五掺杂区覆盖着第一条形结构的阱区，穿过电流传导区延伸，以覆盖第二条形结构的阱区，在第一条形结构附近；其中多晶硅栅极、第一掺杂区以及第五掺杂区构成一个MOS晶体管。本专利技术所述的瞬变电压抑制器器件，还包括：一个多晶硅栅极，形成在栅极电介质层上，靠近第一条形结构的第一掺杂区，多晶硅栅极覆盖着第一条形结构的阱区；以及一个第一导电类型的第六掺杂区，形成在电流传导区中的多晶硅栅极的外边缘上，电流传导区在第一条形结构和靠近第二条形结构之间；其中多晶硅栅极、第一掺杂区和第六掺杂区构成一个MOS晶体管。本专利技术所述的瞬变电压抑制器器件，还包括：一个第一导电类型第六掺杂区，形成在第一条形结构和靠近第二条形结构之间的电流传导区中，并且覆盖着第一条形结构的阱区；以及一个沟槽，形成在第六掺杂区附近，排布在第一条形结构和第二条形结构之间的直流通路上，沟槽用电介质层填充。本专利技术的另一个方面在于提出一种瞬变电压抑制器器件，包括：一个可控硅整流器；一个P-N结二极管；其中可控硅整流器和P-N结二极管形成在半导体区域的多个条形结构中，沿半导体层主表面上的第一方向水平排布，多个条形结构限定了每对邻近条形结构之间的电流传导区，每个电流传导区都包括一个可控硅整流器的第一电流通路，以及P-N结二极管的第二电流通路，可控硅整流器的第一电流通路与P-N结二极管的第二电流通路隔开，在每个电流传导区中，第二方向与半导体层主表面上的第一方向正交。其中，第一类型的多个条形结构的半导体区域电连接到一个参考节点，第二类型的多个条形结构的半导体区域电连接到受保护的节点。其中，半导体区域的多个条形结构中的每个条形结构，包括：一个第一掺杂区和一个导电类型相反的第二掺杂区，沿长度排布在第二方向上，第二方向与半导体层主表面上的第一方向正交，第一掺杂区位于导电类型相反的阱区中，第二掺杂区形成在半导体层中；其中第一类型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种瞬变电压抑制器器件，其特征在于，包括：半导体区域的多个条形结构，沿半导体层的主平面上的第一方向水平排布，多个条形结构包括第一类型的交叉条形结构以及第二类型的条形结构，每个条形结构都在与第一方向上正交的第二方向上延伸，在一对相邻条形结构的第一部分中的半导体区域构成一个可控硅整流器，以及在一对邻近条形结构的第二部分中的半导体区域构成P‑N结二极管，第一部分和第二部分排布在第二方向上，第二方向与半导体层主表面上第一方向正交；其中多个条形结构限定在每一对相邻条形结构之间的电流传导区，每个电流传导区都包括可控硅整流器的第一电流通路以及P‑N结二极管的第二电流通路，可控硅整流器的第一电流通路在第二方向上，与每个电流传导区中P‑N结二极管的第二电流通路隔开，第二方向与半导体层主表面上的第一方向正交。

【技术特征摘要】
2017.10.19 US 15/788,2461.一种瞬变电压抑制器器件，其特征在于，包括：半导体区域的多个条形结构，沿半导体层的主平面上的第一方向水平排布，多个条形结构包括第一类型的交叉条形结构以及第二类型的条形结构，每个条形结构都在与第一方向上正交的第二方向上延伸，在一对相邻条形结构的第一部分中的半导体区域构成一个可控硅整流器，以及在一对邻近条形结构的第二部分中的半导体区域构成P-N结二极管，第一部分和第二部分排布在第二方向上，第二方向与半导体层主表面上第一方向正交；其中多个条形结构限定在每一对相邻条形结构之间的电流传导区，每个电流传导区都包括可控硅整流器的第一电流通路以及P-N结二极管的第二电流通路，可控硅整流器的第一电流通路在第二方向上，与每个电流传导区中P-N结二极管的第二电流通路隔开，第二方向与半导体层主表面上的第一方向正交。2.如权利要求1所述的瞬变电压抑制器器件，其特征在于，第一类型的多个条形结构的半导体区域电连接到一个参考节点，第二类型的多个条形结构的半导体区域电连接到受保护节点。3.如权利要求1所述的瞬变电压抑制器器件，其特征在于，半导体区域的多个条形结构，每个条形结构都包括：第一掺杂区和相反导电类型的第二掺杂区，沿第二方向的长度排布，第二方向与半导体层主表面上的第一方向正交，第一掺杂区位于阱区中，阱区的导电类型相反，第二掺杂区形成在半导体层中；其中第一类型的条形结构中的阱区和第二类型的条形结构的阱区具有相反的导电类型，并且其中每对相邻条形结构都包括一个第一类型的条形结构和一个第二类型的条形结构。4.如权利要求3所述的瞬变电压抑制器器件，其特征在于，半导体区域的多个条形结构包括：一个第一类型的第一条形结构，第一条形结构包括第一导电类型的第一掺杂区，位于与第一导电类型相反的第二导电类型的阱区中，以及第二导电类型的第二掺杂区，沿第一条形结构的长度排布，第二掺杂区在阱区的第一末端覆盖阱区；以及一个第二类型的第二条形结构，第二条形结构包括第二导电类型的第一掺杂区，位于第一导电类型的阱区中，第一导电类型的第二阱区沿第二条形结构的长度排布，第二掺杂区在阱区的第一末端覆盖阱区。5.如权利要求4所述的瞬变电压抑制器器件，其特征在于，第一条形结构还包括第二导电类型的第三掺杂区，覆盖阱区第二末端处的阱区，第二末端与第一末端相对，其长度沿第一条形结构；并且其中第二条形结构包括第一导电类型的第四掺杂区，覆盖阱区第二末端处的阱区，第二末端与第一末端相对，其长度沿第二条形结构。6.如权利要求4所述的瞬变电压抑制器器件，其特征在于，第一条形结构在半导体层中水平邻近第二条形结构，第一掺杂区和第一、第二条形结构的阱区构成可控硅整流器，第一和第二条形结构的第二掺杂区构成P-N结二极管。7.如权利要求4所述的瞬变电压抑制器器件，其特征在于，半导体层包括一个半导体衬底和一个第二导电类型的外延层，外延层形成在半导体衬底上，外延层为轻掺杂。8.如权利要求4所述的瞬变电压抑制器器件，其特征在于，第一导电类型由N-型导电类型构成，第二导电类型由P-型导电类型构成。9.如权利要求3所述的瞬变电压抑制器器件，其特征在于，多个条形结构中每个条形结构的阱区都要延长，以容纳每个条形结构中的第二掺杂区。10.如权利要求4所述的瞬变电压抑制器器件，其特征在于，还包括：一个第一导电类型的第四掺杂区，形成在第一条形结构和第二条形结构之间的电流传导区中，第一条形结构在第二条形结构附近，第四掺杂区具有第一部分覆盖着第一条形结构的阱区，第二部分覆盖着第二条形结构的阱区。11.如权利要求10所述的瞬变电压抑制器器件，其特征在于，还包括：多个第四掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：雪克·玛力卡勒强斯瓦密，
申请(专利权)人：万国半导体开曼股份有限公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛,KY