非对称双向瞬态电压抑制器件制造技术

公开了一种非对称双向瞬态电压抑制器件，其可以包括：第一层，其被设置在基板的第一表面上，该第一层包括第一P+层；第二层，其被设置在基板的与第一表面相对的第二表面上，该第二层包括第二P+层；第三层，其被设置在第一P+层和第二P+层之间，该第三层包括N

【技术实现步骤摘要】
非对称双向瞬态电压抑制器件


[0001]实施例涉及电路保护器件领域，包括瞬态电压抑制器件。

技术介绍

[0002]诸如瞬态电压抑制(TVS)器件的半导体器件可以被制造为单向器件或双向器件。在许多应用中，TVS二极管可被用于保护敏感电路节点免受单次和限时过压故障的影响。此类TVS二极管也被用于现代大功率IGBT电路中，以防止集电极电路(collector circuit)中的过载。对此类TVS二极管的要求可以包括具有低偏差和低温度系数的高击穿电压，以及具有低钳位电压的高浪涌电流能力。在当今的技术中，两个或更多个低压TVS二极管被串联布置以实现大约500V的电压范围。这种串联连接既昂贵又热效率低。具有台面(mesa)或沟(moat)终端(termination)的低压TVS二极管不太适合高压TVS应用，因为此类器件中的电场分布在钝化材料附近显示出最大值，该最大值导致击穿电压的严重偏差和高泄漏电流。
[0003]关于这些和其他考虑，提供了本公开。

技术实现思路

[0004]在一个实施例中，TVS器件可以包括被设置在基板(substrate)的第一表面上的第一层，该第一层包括第一P+层。TVS器件还可以包括被设置在基板的与第一表面相对的第二表面上的第二层，该第二层包括第二P+层。像这样，TVS器件可以包括被设置在第一P+层和第二P+层之间的第三层，该第三层包括N
‑
层。TVS器件还可以包括隔离扩散区域(isolation diffusion region)，该隔离扩散区域包括P结构，其被连接到第二P+层，并且沿着N
‑
层的周边延伸。
[0005]在进一步的实施例中，提供了一种非对称双向瞬态电压抑制(TVS)器件。非对称双向TVS器件可以包括半导体基板，其具有第一主表面、与第一主表面相对的第二主表面和一组侧表面。非对称双向TVS器件可以包括被设置在第一主表面上并且包括第一极性的第一层和被设置在第二主表面上并且包括第一极性的第二层。非对称双向TVS器件还可以包括第三层，该第三层包括第二极性并且被设置在基板的主体(bulk)内，并且被设置在第一层和第二层之间并与第一层和第二层接触。非对称双向TVS器件还可以包括隔离扩散区域，该隔离扩散区域包括具有第一极性的掺杂材料，隔离扩散区域沿着该组侧表面被设置，其被连接到第二层并且沿着第三层的周边延伸。
[0006]在另一实施例中，瞬态电压抑制(TVS)器件的方法可以包括：被设置在基板的第一表面上的第一层，其包括第一P+层；被设置在基板的与第一表面相对的第二表面上的第二层，其包括第二P+层；被设置在第一P+层和第二P+层之间的第三层，其包括N
‑
层；以及包括P结构的隔离扩散区域，其被连接到第二P+层并沿着N
‑
层的周边延伸，其中该基板包括利用一定剂量的电子进行辐照的经辐照的基板。
附图说明
[0007]图1是被布置在具有高功率IGBT电路的电路中以防止集电极电路中的过载的TVS二极管的一个实施方式；
[0008]图2示出了根据本公开的实施例的TVS器件；
[0009]图2A描绘了对于图2的TVS器件在反向阻断模式下的电场强度的二维图；
[0010]图3示出了根据本公开的实施例布置的TVS器件的示例性电流
‑
电压(I
‑
V)特性；
[0011]图4示出了根据本公开的另一实施例的TVS器件；
[0012]图5示出了根据本公开的进一步的实施例的另一TVS器件；
[0013]图6示出了根据本公开的附加实施例的又一TVS器件；和
[0014]图7描绘了通常根据图2的实施例布置的非对称双向高压TVS器件的实验测量的反向I
‑
V行为。
具体实施方式
[0015]现在将在下文中参照附图更全面地描述本实施例，其中示出了示例性实施例。实施例不应被解释为限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并将其范围充分传达给本领域技术人员。在附图中，相同的数字始终指代相同的元件。
[0016]在下面的描述和/或权利要求中，术语“在
……
上”、“覆盖于
……
上面”、“被设置在
……
上面”和“在上方”可以被用在下面的描述和权利要求中。“在
……
上”、“覆盖于
……
上面”、“被设置在
……
上面”和“在上方”可被用于指示两个或更多个元件彼此直接物理接触。此外，术语“在
……
上”、“覆盖于
……
上面”、“被设置在
……
上面”和“在上方”可能意味着两个或更多个元件彼此不直接接触。例如，“在上方”可能意味着一个元件在另一个元件之上但彼此不接触，并且在两个元件之间可以具有另一个元件或多个元件。
[0017]在各种实施例中，提供了用于形成双向TVS器件的新颖器件结构和技术。
[0018]图1示出了TVS二极管的一个实施方式，该TVS二极管被布置在具有高功率IGBT电路的电路中以防止集电极电路中的过载，从而提供IGBT有源钳位。
[0019]图2示出了根据本公开的实施例布置的TVS设备200。该实施例以及随后的其他实施例基于形成单片双向非对称TVS二极管以满足高电压要求的方法。简而言之，在本实施例中，NPT(non
‑
punch
‑
through，非穿通)P+N
‑
P+结构可以被形成在半导体晶粒(die)中，该半导体晶粒还提供有隔离扩散边缘终端，从而形成适用于高压TVS应用的单片器件。
[0020]作为参考，已知的低压TVS器件可以被形成有各种类型的隔离结构，该隔离结构可以包括沟或台面边缘终端形式的钝化。请注意，此类器件可能不适用于高压TVS应用，因为电场分布在钝化附近显示出最大值，这会导致击穿电压的严重偏差和高泄漏电流。参考图3，示出了TVS器件200的示例性电流
‑
电压(I
‑
V)特性。TVS器件200的有源钳位功能对应于反向阻断方向(阴极上的“+”和阳极上的
“‑”
)。如下文详述，TVS器件200的结构，包括背面隔离扩散的使用，在可能的反向方向上产生低的击穿电压偏差，这是因为最大电场被放置在半导体本体(semiconductor body)的主体区域内。此外，NPTP+N
‑
P+结构的使用提供其他重要优点，诸如在浪涌电流事件期间具有低功率损耗的低钳位电压，以及击穿电压的低热系数。第一个优点是由于反向阻断模式中所显示出的负动态电阻而出现的(参见图3的骤回
(snapback)区域)。图3中显示的骤回行为是由PNP结构的晶体管增益引起的，该增益取决于电流值。这种效果是通过将反向阻断模式下的电场稳定阶段(plateau)最大值(M1)设计为位于Si主体中(这意味着本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非对称双向瞬态电压抑制器件，其特征在于，包括：第一层，所述第一层被设置在基板的第一表面上，包括第一P+层；第二层，所述第二层被设置在所述基板的与所述第一表面相对的第二表面上，包括第二P+层；第三层，所述第三层被设置在所述第一P+层和所述第二P+层之间，包括N
‑
层；和隔离扩散区域，所述隔离扩散区域包括P结构，所述P结构被连接至所述第二P+层，并沿所述N
‑
层的周边延伸。2.根据权利要求1所述的非对称双向瞬态电压抑制器件，其特征在于，所述第一层、所述第二层和所述第三层形成在反向阻断模式下具有负动态电阻的非穿通器件。3.根据权利要求1所述的非对称双向瞬态电压抑制器件，其特征在于，所述隔离扩散区域从所述第二表面延伸到所述第一表面，其中，所述第一P+层在所述第一表面的第一部分上方延伸，其中所述N
‑
层在所述第一表面的第二部分上方延伸，并且其中，所述第一P+层与所述隔离扩散区域电隔离。4.根据权利要求1所述的非对称双向瞬态电压抑制器件，其特征在于，还包括台面隔离区域，所述台面隔离区域从所述第一表面延伸并围绕所述第一P+层，其中，所述台面隔离区域被设置为与所述隔离扩散区域接触。5.根据权利要求4所述的非对称双向瞬态电压抑制器件，其特征在于，所述台面隔离区域包括两阶台面结构。6.根据权利要求5所述的非对称双向瞬态电压抑制器件，其特征在于，所述台面隔离区域的第一阶具有形成在所述第一P+层内的下表面，并且其中，所述台面隔离区域的第二阶具有形成在所述N
‑
层内的下表面。7.根据权利要求1所述的非对称双向瞬态电压抑制器件，其特征在于，还包括沟隔离区域，所述沟隔离区域从所述第一表面延伸到所述N
‑
层中，并且围绕所述第一P+层，其中，所述沟隔离区域被设置为与所述隔离扩散区域接触。8.根据权利要求1所述的非对称双向瞬态电压抑制器件，其特征在于，所述隔离扩散区域形成所述非对称双向瞬态电压抑制器件的隔离扩散边缘终端。9.一种非对称双向瞬态电压抑制器件，其特征在于，包括：半导体基板，所述半导体基板具有第一主表面、与所述第一主表面相对的第二主表面以及一组侧表面；第一层，所述第一层被设置在所述第一主表面上并且包括第一极性；第二层，所述第二层被设置在所述第二主表面上并且包括所述第一极性；第三层，所述第三层包括第二极性并且被设置在所述半导体基板的主体内，并且被设置在所述第一层和所述第二层之间并与所述第一层和所述第二层接触；和隔离扩散区域，所述隔离扩散区域包括具有所述第一极性的掺杂材料，所述隔离扩散区域沿所述一组侧表面被设置，所述隔离扩散区域被连接到所述第二层...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍里斯，
申请(专利权)人：力特半导体无锡有限公司，
类型：新型
国别省市：