[發明專利]瞬態電壓抑制器及其制造方法

有效

• 申請號: 201810146592.6
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108198811B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 周源;郭艷華;李明宇;張欣慰
• 申請（專利權）人: 北京燕東微電子股份有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純;張靖琳

本發明公開了瞬態電壓抑制器及其制造方法，瞬態電壓抑制器包括：半導體襯底；外延層，設置于半導體襯底的第一表面之上；第一埋層和第二埋層，第一埋層的第一部分與第二埋層形成第一瞬態電壓抑制管，第一埋層的第二部分與半導體襯底形成第二瞬態電壓抑制管，第一埋層的第一部分和第二部分不互連；多個隔離區，分別從外延層表面延伸至第一埋層或第二埋層內；多個阱區，從外延層表面延伸至外延層內，其中，第一埋層的第一部分與半導體襯底形成PN結，且第一埋層的第一部分與半導體襯底電相連以使PN結被短路。本發明提供的瞬態電壓抑制器具有雙向瞬態電壓抑制功能，電容低、體積小、制成簡單，且能夠從正反兩面分別引出電極。

技術領域

本發明涉及半導體微電子技術領域，更具體地，涉及一種瞬態電壓抑制器及其制造方法。

背景技術

瞬態電壓抑制器(Transient?Voltage?Suppressor,TVS)是目前普遍實用的一種高效能電路保護器件，其外形與普通二極管無異，但其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。瞬態電壓抑制器的工作機理是：在反向應用條件下，當瞬態電壓抑制器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，從而允許大電流流過，同時把電壓鉗制在預定水平，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。

相對于僅能在單一方向上對電路進行保護的單向的瞬態電壓抑制器，雙向瞬態電壓抑制器在正、反兩個方向上滿足符合基本對稱的常規電性I-V曲線的特征，從而在實際應用中，能同時保護電路的兩個方向，所以應用范圍更廣。

消費類電子的市場飛速發展，以手機和移動終端為代表的電子產品性能不斷提升，手機或移動終端等對反應速度、傳輸速度都有較高要求，小于1pF的超低電容是瞬態電壓抑制器須滿足的硬性指標。

現有技術中的雙向瞬態電壓抑制器一般由縱向的NPN或PNP結構構成。圖1a示出現有技術中具有縱向PNP結構的雙向瞬態電壓抑制器的結構示意圖，圖1b示出現有技術中具有縱向NPN結構的雙向瞬態電壓抑制器的結構示意圖。如圖1a和圖1b所示的瞬態電壓抑制器雖然能夠實現較大的功率和較好的電壓對稱性，且成本低廉、工藝簡單，但這種結構的雙向瞬態電壓抑制器的電容較大，不能滿足目前市場對瞬態電壓抑制器的需求。

圖2a示出現有技術的利用兩組單向低電容芯片串聯封裝的雙向瞬態電壓抑制器的原理示意圖。為實現雙向瞬態電壓抑制器，可以將兩組分離的、性能完全一樣的單向瞬態電壓抑制器按照圖2a所示的方式串聯以實現電容較小的雙向瞬態電壓抑制器。然而這種雙向瞬態電壓抑制器須有將兩組單向瞬態電壓抑制器串聯封裝，成本較高，并且對于較小的封裝體，兩組單向瞬態電壓抑制器無法同時封裝，增加了工藝制程方面的難度。

圖2b示出現有技術的一種兩通道的單向低電容瞬態電壓抑制器的原理示意圖。如圖2b所示，由于兩通道的單向低電容瞬態電壓抑制器的兩個通道端完全對稱，因此可以直接將兩通道的單向低電容瞬態電壓抑制器的兩個通道端引出以實現雙向低電容的瞬態電壓抑制。然而，在這種應用下，由于兩通道的單向低電容瞬態電壓抑制器的兩個通道端必須同時從正面引出，因此芯片面積會增大，不適合較小的封裝體；同時，由于在封裝過程中，兩通道的單向瞬態電壓抑制器的兩個通道端必須各打一根金屬線以引出兩個通道端，這也會增加制造成本。

圖2c示出現有技術的一種利用多顆獨立的整流二極管和普通瞬態電壓抑制二極管封裝集成的雙向瞬態電壓抑制器的原理示意圖。如圖2c所示，由于該雙向瞬態電壓抑制器中需要在基島上放置2顆芯片，因此容易導致封裝缺陷發生的概率增大，從而使芯片貼片的成本較高；在封裝過程中，兩個通道端需要各打一根金屬線，也使得成本增加；同時，由于多顆芯片的集成封裝需要較大的空間，因此整個雙向瞬態電壓抑制器的尺寸較大，不適合較小的封裝體。

因此，需要一種新的、結合了低電容設計的且能夠從正反兩面分別引出電極的雙向瞬態電壓抑制器。

發明內容