[實用新型]一種單通道低電容瞬態電壓抑制器件

有效

• 申請號: 201420858051.3
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN204348725U
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 周源;馬林寶
• 申請（專利權）人: 北京燕東微電子有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L21/02
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術領域

本實用新型涉及半導體微電子技術領域，具體地說，本實用新型涉及半導體器件和集成電路以及半導體器件和電路的制造方法。

背景技術

瞬態電壓抑制器即TVS——Transient?Voltage?Suppressor，是目前普遍使用的一種高效能電路保護器件，其外形與普通二極管無異，但因特殊的結構和工藝設計，使其能夠吸收高達數千瓦的浪涌功率。TVS的工作機理是在反向應用條件下，當承受一個高能量的大脈沖時，其工作阻抗會快速降至極低的導通值，從而允許大電流通過，同時把電壓嵌制在預定水平，一般的響應時間僅為10^-12秒，因此可以有效地保護電子線路中的精密元器件免受各種浪涌脈沖的損壞。

傳統的TVS二極管基本都是穩壓管類型的，制造工藝也比較簡單，一般是在P+襯底/N+襯底上通過異型摻雜直接形成PN結。這種傳統的TVS二極管主要應用在消費類電子產品中的數據端口，如鍵盤、側鍵和電源線等，這是由于此類端口速度較慢，對TVS二極管的電容要求不高，一般在20pF以上。但對于視頻線路的保護，傳統的TVS二極管就不能滿足使用要求了。這是因為視頻數據線具有極高的數據傳輸率，(其數據傳輸率高達480M工業自動化網，有的視頻數據傳輸率達到1G以上)，要求TVS管具有極低的電容，一般情況下小于1.0pF，同時對ESD能力要求極高，不能低于12kV，因此，必須要開發一種新型的單通道低電容TVS器件，在保證低電容的同時具有較高的ESD能力，一方面滿足靜電防護的要求，另一方面滿足對數據傳輸完整性的要求。

如圖1所示，目前市場上單通道低電容的TVS器件通常是由將一個低電容二極管9(本文中也稱為上整流二極管)與一個傳統穩壓型TVS二極管11串聯，再與另外一個低電容二極管10(本文中也稱為下整流二極管)并聯組合形成的。圖1所示的TVS器件的正、反向特性仍然相當于一個普通二極管，但組合線路的電容值卻大大低于相同電壓下的單個TVS管的電容值。用C₉和C₁₀分別表示上整流二極管9和下整流二極管10的電容值，其值較小，C_TVS表示TVS二極管11的電容值，其值要比前兩者電容值C₉和C₁₀大一個數量級，所以上整流二極管9和TVS管11串聯后，總的串聯電容值基本等同于上整流二極管9的電容值，等效總電容約等于C₉與C₁₀之和。這樣，組合而成的單通道低電容TVS器件正、反向特性基本相當于一個普通二極管；只要降低二極管C₉和C₁₀的電容值即可實現該TVS器件低電容。

由于硅集成工藝及成品率的原因，目前上述組合而成的單通道低電容TVS器件都是采用分立器件組合封裝的形式，即上、下整流二極管9、10和TVS管11分別通過不同版圖和工藝來實現，然后再通過封裝組合在一起。采用這種技術路線不僅制作成本較高，而且器件的性能和質量還會因為連接導線材料等因素的引入而受到影響。因此需要一種能將上、下整流二極管9、10和TVS管11三者集成在同一芯片上的方法，能夠以低成本得到高性能的低電容瞬態電壓抑制器件。

在半導體器件和集成電路加工工藝中，普遍采用通過形成特定濃度的P型摻雜區域和N型摻雜區域，并用高溫退火來改變P型摻雜區域和N型摻雜區域的結深從而制作出各種滿足不同功能和性能指標要求的器件。例如，在一些功率型MOS晶體管的制造過程中，通常需要提供重摻雜襯底并在重摻雜襯底上外延生長外延層來形成具有所需參數的器件。對于這樣的半導體器件制備工藝，重摻雜襯底中雜質原子在外延生長時會向外延層固態擴散以及外延生長時出現的氣相自摻雜，會影響摻雜離子在外延層以及外延層與襯底之間的過渡層中的濃度分布并進而影響器件的設計參數。為了克服這一問題，申請號為CN200610039599.5和CN200610161305.6的兩個中國專利公開了MOS管用硅外延片的制造方法。采用這些方法在常規形成外延層之前引入了氣相腐蝕襯底表面以對襯底進行清潔減少雜質濃度的步驟和在襯底表面生長純度外延層對襯底進行包覆的步驟，以得到理想的外延層和外延層與襯底之間的界面過渡區。這些方法雖然通過對襯底表面進行腐蝕在一定程度上減少了雜質濃度，但是，一方面，增加了工藝步驟和控制難度，延長了制備時間并提高了制造成本，另一方面，氣相腐蝕反應會在半導體器件制造過程中不可避免地引入新的雜質。