[发明专利]单向瞬态电压抑制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种瞬态电压抑制，更确切地说是指一种单向瞬态电压抑制器（TVS）及其制备方法。

背景技术

瞬态电压抑制器（TVS）是用于保护集成电路免遭过电压损害的器件。所设计的集成电路都是在电压的正常范围上工作的。然而，静电放电（ESD）、电快速瞬变以及闪电等意外情况产生的不可预测、不可控的高电压，会对电路造成严重损害。当这种高电压产生时，就需要TVS器件保护集成电路，规避这些可能会损坏集成电路的情况。随着集成电路中配置的易受过电压影响的器件不断增多，对TVS保护的需求也不断增长。典型的TVS应用在USB电源与数据线保护、数字视频界面、高速以太网、笔记本电脑、监视器以及平板显示器中。

单向的TVS器件广泛用于保护上述应用的集成电路。这类器件受限于它们的工作方式。当瞬态正循环时（即正电压峰值），单向TVS器件反向偏置。器件在雪崩模式下运行，将瞬态电流引入接地。瞬态被嵌制在TVS器件由TVS器件提供的箝位能级，确保对集成电路的保护。当瞬态负循环时（即负电压峰值），单向TVS器件正向偏置。瞬态被嵌制在单边器件的内置电压降，电流沿正向传导。

传统的单向TVS器件采用一个NPN晶体管，基极和发射极短接，以实现单向器件的功能。这些都可以典型应用于钳位电压为5V以下的器件。然而，为了使3.3V以下（例如3.3V、2.4V或1.8V）的应用获得有效的保护，NPN晶体管的基极（即p-层）必须极其轻掺杂。由于单向TVS器件的钳位电压与基极层的掺杂浓度关系密切，因此处理/制备工艺中任何细微的变化都会严重地影响单向器件的性能。因此，在本领域中，有必要提出一种支持5V以下应用的单向TVS器件。

正是在这一背景下，提出了本发明的技术方案。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种单向瞬态电压抑制器，应用于低钳位电压的电子器件，同时具有良好的钳位电压性能。

本发明的一个方面在于，提出了一种单向瞬态电压抑制器的器件结构，具体包括：a) 一个第一导电类型的半导体衬底；b) 一个形成在衬底上的第一导电类型的外延层；c) 一个与第一导电类型相反的第二导电类型的第一和第二本体区，形成在外延层中，第一和第二本体区之间水平间隔一预定距离；d) 一组第二导电类型的触发区，形成在外延层的顶面中；e) 一组第一导电类型的源极区，形成在外延层的顶面中；触发区和源极区包括：一个第一源极区，位于第一和第二触发区之间的第一本体区的横切附近，所述第一和第二触发区水平靠近第一源极区，且横切靠近第一本体区；一个第二源极区，位于第三和第四触发区之间的第二本体区的横切附近，所述第三和第四触发区水平靠近第二源极区，且横切靠近第二本体区；一个第三源极区，水平靠近第四触发区，所述第四触发区位于第二和第三源极区之间；以及f) 一个第二导电类型的植入区，位于第四触发区中，所述植入区水平靠近第三源极区。

本发明的另一个方面在于，提出了一种用于制备单向瞬态电压抑制器器件的方法，具体包括步骤：a) 在第一导电类型的衬底上方，形成一个第一导电类型的外延层；b) 在外延层中，形成与第一导电类型相反的第二导电类型的第一本体区和第二本体区；c) 在外延层的顶面中，形成一组第二导电类型的触发区；d) 在外延层的顶面中，形成一组第一导电类型的源极区；触发区和源极区包括：一个第一源极区，位于第一和第二触发区之间的第一本体区的横切附近，所述第一和第二触发区水平靠近第一源极区，且横切靠近第一本体区；一个第二源极区，位于第三和第四触发区之间的第二本体区的横切附近，所述第三和第四触发区水平靠近第二源极区，且横切靠近第二本体区；一个第三源极区，水平靠近第四触发区，所述第四触发区位于第二和第三源极区之间；以及e) 在第四触发区中，形成一个第二导电类型的植入区，所述植入区水平靠近第三源极区。

阅读以下详细说明并参照附图之后，本发明的这些和其他的特点和优势，对于本领域的技术人员而言，无疑将显而易见。

附图说明

图1A表示依据本发明的一个实施例，一种单向瞬态电压抑制器（TVS）器件的电路图；

图1B表示图1A所示的单向瞬态电压抑制器（TVS）器件运行的示意图；

图2A表示依据本发明的一个实施例，一种单向瞬态电压抑制器（TVS）器件的剖面示意图；

图2B表示依据本发明的一个可选实施例，一种单向瞬态电压抑制器（TVS）器件的剖面示意图；

图2C表示依据本发明的另一个可选实施例，一种单向瞬态电压抑制器（TVS）器件的剖面示意图；