[發明專利]低電容單向瞬態電壓抑制器

有效

• 申請號: 201310299076.4
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN103413807A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 趙杰;翟東媛;趙毅
• 申請（專利權）人: 常州子睦半導體有限公司;南京大學
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L27/06;H01L21/8222
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及電子電路浪涌脈沖保護技術領域領域，具體而言涉及一種低電容單向瞬態電壓抑制器，適于保護電子電路避免遭受到來自閃電、靜電放電、電磁脈沖等的損傷，在最短時間內將這部分能量從保護電路泄放掉，而不影響電路的性能的分立器件。

背景技術

隨著信息時代的發展，集成電路日益小型化，器件所能承受的電壓也越來越低，導致電子設備對脈沖越來越敏感，很難通過自身釋放掉高能量瞬態脈沖，以致靜電放電，電磁感應等成為了電子產品損壞的一個主要原因，目前，國際通用標準IEC61000-4-2用來衡量并規范電子產品的過ESD能力的。很多電子產品芯片本身的抗ESD能力是很難通過自身電路的設計來改進了，為了提高其抗ESD能力，目前TVS被普遍使用來保護電子設備上最容易受到瞬態脈沖破壞的一些連接外圍設備的接口，例如電源供電端口和I/O數據傳輸端口等。

瞬態電壓抑制二極管,是一種已經普遍用于多種電子設備的高效能電路保護分立器件。當電子設備受到閃電，靜電放電，電磁感應等的影響，在其端口有高能量的大脈沖時，其端口電壓會迅速上升，若沒有TVS的保護，這部分能量將通過電子設備里的精密元器件泄放，在過高電壓下這些元器件會因為熱擊穿而失效，從而引起電子設備故障，但是，如果有分立器件的保護，齊納管可以在10^-12秒的響應時間內擊穿，并將電壓鉗位在設計的值（高于被保護電路的正常工作電壓，低于被保護電路的損壞電壓），從而有效的保護電子設備避免受到浪涌脈沖的損壞。

TVS根據極性可分為單向和雙向TVS。單向TVS一般適用于直流電路,也是目前應用比較多一種TVS管。該TVS管正向通過齊納管與低電容二極管串聯，在被保護器件的正常工作電壓下，不會影響數據的高速傳送，而浪涌脈沖下齊納管可以擊穿泄放電流；反向一般通過一個普通二極管將電流泄放。隨著電子設備的供電電壓在逐步降低及信號傳輸速度的提高，對TVS的要求也不短提高。本專利中，正向通過與小面積的低容值二極管串聯的大面積齊納二極管，來實現對瞬態脈沖的快速泄放；本發明的創新在于TVS反向利用三極管替代二極管，用三極管來泄放所有進入電路的脈沖，從版圖上設計將集電極的引出電極盡量靠近基極來減小基極寬度，從而提高三極管的放大倍數，使反向電流收集端電流更均勻，從而進一步改善TVS反向電流泄放能力，更有效的阻斷浪涌脈沖對電路的危害。

發明內容

本發明目的在于提供一種改進的單向低電容瞬態電壓抑制器，通過齊納管與低電容二極管串聯，在被保護器件的正常工作電壓下，不會影響數據的高速傳送，同時大面積的齊納管保證了大電流的泄放能力；反向利用三極管替代二極管，同時充分發揮三極管的作用，從版圖上設計更有力提高電流的方法，從而有更好地電流泄放能力。

本發明的另一目的在于提供一種單向低電容瞬態電壓抑制器的制作工藝。

為達成上述目的，本發明提出一種單向低電容瞬態電壓抑制器，包括P+半導體襯底，位于P+襯底上的P-外延層，所述的P-外延層上從左到右依次設有第一N阱，第一P+有源注入區，第二N阱，第一P阱；所述的第一N阱和第二N阱上分別設有第一N+有源注入區和第二N+有源注入區；所述的第一P阱上設有第一N-有源注入區和第二P+有源注入區；所述的第一N-有源注入區上設有第三P+有源注入區；所述的第二N+和第三P+有源注入區、第一N+第一P+及第二P+有源注入區分別通過金屬連接并引出。

進一步，所述單向低電容瞬態電壓抑制器還包括下述改進之一或組合：P+半導體襯底摻雜濃度為1*10¹⁸～5*10¹⁸atom/cm³；P-外延層摻雜濃度為1*10¹³～5*10¹³atom/cm³，厚度為19～20μm；第一P阱的摻雜濃度為1*10¹⁸atom/cm³(表層濃度)，濃度逐漸減少到外延層濃度，深度為9～10μm；第一、第二N+有源注入區的摻雜濃度為5*10¹⁸～1*10²⁰atom/cm³，深度為1～2μm；第一、第二和第三P+有源注入區的摻雜濃度為1*10¹⁹～1*10²⁰atom/cm³，深度為1～1.5μm；第一N-有源注入區的摻雜濃度為5*10¹⁵～1*10¹⁷atom/cm³，深度為5～6μm。