[发明专利]低电容瞬态电压抑制器

说明书

瞬态电压抑制器(TVS)器件将穿通可控硅整流器(SCR)应用于高压侧转向二极管和/或低压侧转向二极管，其中的穿通可控硅整流器结构可实现保护节点处的低电容。在某些实施方式中，可通过串联连接两个或多个正向偏置二极管来调整瞬态电压抑制器器件的击穿电压。可以针对单向或双向应用，配置低电容瞬态电压抑制器器件。在某些实施方式中，该器件包含MOS触发可控硅整流器，作为高压侧转向二极管。可以通过调节MOS晶体管的阈值电压，来调节瞬态电压抑制器器件的击穿电压。

技术领域

本发明涉及一种低电容瞬态电压抑制器。

背景技术

电压和电流瞬态是电子系统中集成电路发生故障的主要原因。瞬态由系统内部和外部的各类来源生成。例如，瞬态的共用源包含电源的切换操作、交流线路波动、雷击浪涌和静电放电(ESD)。

通常采用瞬态电压抑制器(TVS)来保护集成电路免受该电路中因产生瞬态或者过电压条件所造成的损害。过电压保护对于消费设备或者物联网设备来说很重要，因为这些电子设备经常受到人力装卸，从而易受静电放电或者瞬态电压事件影响，造成设备损害。

尤其是电子器件的电源针脚和数据针脚都需要得到保护，免受静电放电事件或切换和雷电瞬态事件造成的过电压条件影响。通常情况下，电源针脚需要高浪涌保护，但容许具有较高电容的保护器件。而另一方面，可以在高数据速度下运行的数据针脚要求保护器件能提供具有低电容的浪涌保护，以免干扰受保护数据针脚的数据速度。

应用于高速情况下输入/输出(I/O)端子的现有瞬态电压抑制器保护解决方案可以存在于垂直和横向类型的半导体电路结构。在单向瞬态电压抑制器中，静电放电事件期间的输入/输出电流流动通过低电容高压侧转向二极管，进入大型反向阻断结；或者电流流动通过低电容低压侧转向二极管后接地。如果是双向瞬态电压抑制器保护，则通过将低电容正向偏压二极管与堵塞用大型反向偏压结串联连接，可以实现低电容。在高速情况下，则需要降低瞬态电压抑制器保护器件的击穿电压、电容和钳位电压。

发明内容

本发明提供一种低电容瞬态电压抑制器，可调整瞬态电压抑制器器件的击穿电压，将穿通可控硅整流器(SCR)应用于高压侧转向二极管和/或低压侧转向二极管，可实现保护节点处的低电容。

为了达到上述目的，本发明提供一种瞬态电压抑制器器件，包含：

一个第一高压侧转向二极管，具有一个耦合于第一保护节点的阳极端子和一个阴极端子；以及

一个第一低压侧转向二极管，具有一个耦合于第一保护节点的阴极端子和一个阳极端子；该第一低压侧转向二极管包含穿通可控硅整流器，而该整流器包含交替P型和N型区域，所述的N型区域位于一对P型区域之间，且在零伏偏置电压下被基本耗尽。

该瞬态电压抑制器器件形成在至少包含一个第一导电类型的第一外延层的半导体层上，包含半导体层中形成的多个有源区域，而有源区域经隔离结构相互隔离；第一高压侧转向二极管形成于第一有源区域中，而第一低压侧转向二极管形成于第二有源区域中；且第一低压侧转向二极管的该穿通可控硅整流器形成于第二有源区域中，且包含：

与第一导电类型相反的第二导电类型的第一掺杂区域，形成于第一外延层中；

形成于第一外延层中的第二导电类型第一阱，与第一掺杂区域分隔开来，且该第一阱不偏置于任何电位；以及

在第一阱形成的第一导电类型第二掺杂区域，其中的第一掺杂区域、第一外延层、第一阱和第二掺杂区域形成穿通可控硅整流器；第一掺杂区域形成穿通可控硅整流器的阳极，第二掺杂区域形成其阴极；部分第一外延层处于第一掺杂区和第一阱之间，且在零伏偏置电压下被耗尽。

第一低压侧转向二极管的穿通可控硅整流器还包含：

形成于第一阱中且与第二掺杂区域相分隔的第二导电类型的第三掺杂区域，该第三掺杂区域不偏置于任何电位。