[發(fā)明專利]一種利用縱向三極管觸發(fā)表面可控硅結(jié)構(gòu)的TVS器件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910965446.0
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110600467A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙德益;蘇海偉;呂海鳳;蔣騫苑;張嘯;王允;趙志方
• 申請（專利權(quán)）人: 上海長園維安微電子有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 31298 上海諾衣知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 衣然

本發(fā)明提出了一種利用縱向三極管觸發(fā)表面可控硅結(jié)構(gòu)的TVS器件，包括一半導(dǎo)體主體，所述半導(dǎo)體主體包括表面結(jié)可控硅結(jié)構(gòu)和縱向NPN結(jié)構(gòu)，所述可控硅結(jié)構(gòu)的陽極與半導(dǎo)體主體的對通隔離通過金屬連接，當(dāng)所述縱向NPN結(jié)構(gòu)擊穿時，所述表面結(jié)可控硅結(jié)構(gòu)觸發(fā)，本發(fā)明通過增加了觸發(fā)結(jié)構(gòu)來提供電壓或者電流，以降低觸發(fā)電壓同時增大維持電壓，使可控硅結(jié)構(gòu)的TVS性能趨于理想。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用縱向三極管觸發(fā)表面可控硅結(jié)構(gòu)的TVS器件。

背景技術(shù)

TVS作為PCB板級靜電和浪涌防護(hù)的主要器件，為電荷泄放提供通路。電壓和電流的瞬態(tài)干擾無時不在，隨時會給設(shè)備帶來致命損害，對瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)的需求和依賴隨之增加。隨著工藝尺寸的縮小，片上集成電路的防護(hù)等級越來越弱，也對TVS的特性提出了更高的要求，要求TVS的鉗位電壓不斷降低。

可控硅技術(shù)因電流通路兩個三極管的放大效應(yīng)，開啟工作后會進(jìn)入大電流低電壓的閂鎖狀態(tài)，作為TVS應(yīng)用時，其具有低鉗位電壓的特性，因此被工程師青睞，而廣泛研究。因其閂鎖狀態(tài)會使可以提供持續(xù)大電流的電源端口燒毀，而不能應(yīng)用在電源端口，但作為信號端口防護(hù)時是非常理想的選擇，靜電和浪涌等瞬態(tài)電壓作用在可控硅結(jié)構(gòu)的TVS兩端時，電壓高于其開啟電壓，PNPN結(jié)構(gòu)中反向二極管首先擊穿，作用在阱電阻上的電流使得電阻兩端的電壓大于PN正向?qū)妷海琍N結(jié)正偏，兩個三極管都進(jìn)入放大區(qū)，正反饋形成，進(jìn)入到大電流低電壓的閂鎖狀態(tài)；當(dāng)瞬態(tài)電壓消失后，因無法提供持續(xù)的電流，而退出閂鎖狀態(tài)。

參照圖1及圖2，現(xiàn)有技術(shù)中表面結(jié)可控硅形成的TVS結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖及其等效電路圖；相對于PN結(jié)TVS和NPN結(jié)構(gòu)TVS，SCR結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于，其驟回特性使得維持電壓遠(yuǎn)低于PN結(jié)擊穿電壓和NPN結(jié)構(gòu)TVS雪崩擊穿或穿通擊穿電壓，在相同動態(tài)電阻的結(jié)構(gòu)對比時，鉗位電壓相差至少5V以上，可控硅結(jié)構(gòu)的TVS可以為后級被保護(hù)的IC提供更加安全的保障。另一方面，PN結(jié)TVS隨著擊穿電壓的提高，其動態(tài)電阻相應(yīng)衰減，可控硅結(jié)構(gòu)的TVS動態(tài)電阻，不會隨著開啟電壓的變化大幅度衰減，尤其適用高電壓信號口應(yīng)用時，一般指12V～24V信號端口，因SCR結(jié)構(gòu)在維持電壓不變時，可調(diào)節(jié)開啟電壓高于電源電壓，所以在高壓信號口，其鉗位電壓可以低約12V至24V。

可控硅結(jié)構(gòu)的TVS的開啟電壓較高，如開啟電壓高于被保護(hù)IC的耐壓，雖然在高電壓時可控硅結(jié)構(gòu)的TVS開啟可以保護(hù)IC電路，但存在一種低瞬態(tài)脈沖導(dǎo)致IC燒毀的情況，即可控硅結(jié)構(gòu)的TVS開啟電壓超出安全工作區(qū)。該弱點限制了SCR的應(yīng)用。

因此，鑒于上述方案于實際制作及實施使用上的缺失之處，而加以修正、改良，同時本著求好的精神及理念，并由專業(yè)的知識、經(jīng)驗的輔助，以及在多方巧思、試驗后，方創(chuàng)設(shè)出本發(fā)明，特再提供一種利用縱向三極管觸發(fā)表面可控硅結(jié)構(gòu)的TVS器件，通過增加了觸發(fā)結(jié)構(gòu)來提供電壓或者電流，以降低觸發(fā)電壓同時增大維持電壓，使可控硅結(jié)構(gòu)的TVS性能趨于理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種利用縱向三極管觸發(fā)表面可控硅結(jié)構(gòu)的TVS器件，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：利用縱向三極管觸發(fā)表面可控硅結(jié)構(gòu)的TVS器件，包括一半導(dǎo)體主體，所述半導(dǎo)體主體包括表面結(jié)可控硅結(jié)構(gòu)和縱向NPN結(jié)構(gòu)，所述可控硅結(jié)構(gòu)的陽極與半導(dǎo)體主體的對通隔離通過金屬連接，當(dāng)所述縱向NPN結(jié)構(gòu)擊穿時，所述表面結(jié)可控硅結(jié)構(gòu)觸發(fā)。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述半導(dǎo)體主體還包括橫向NPN結(jié)構(gòu)，所述可控硅結(jié)構(gòu)的陰極與對通隔離通過金屬連接，用于單獨或與縱向NPN結(jié)構(gòu)共同觸發(fā)所述表面結(jié)可控硅結(jié)構(gòu)。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述半導(dǎo)體主體包括依次設(shè)置的襯底、外延層；以及與外延層并排設(shè)置于N型埋層一側(cè)的N型對通隔離；以及設(shè)置于外延層一側(cè)且位于N型對通隔離中間的N型阱和P型阱；以及設(shè)置于N型阱的N型重?fù)诫s和B型重?fù)诫s，設(shè)置于P型阱的N型重?fù)诫s和P型重?fù)诫s。