CN206742246U - 一种四路esd防护的tvs二极管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种四路ESD防护的TVS二极管，包括：P+衬底；第一N型外延层，形成于P+衬底上；P+埋层区，形成于第一N型外延层中；第二N型外延层，形成于第一N型外延层上；N+埋层区，形成于第二N型外延层中并延伸至第一N型外延层中；至少一个P+注入区，形成于第二N型外延层中；至少一个第一N+注入区，形成于第二N型外延层中；多个沟槽，每个沟槽均穿过第二N型外延层并延伸至第一N型外延层中；氧化层，形成于第二N型外延层上；金属层，形成于所述氧化层上；背金层，形成于所述P+衬底背面。本实用新型采用集成式结构，成本低，节省空间，通过一个TVS二极管保护了四个I/O端口，任意I/O端口到地的电容均小于0.3pF，满足当代高速接口的要求。

Description

一种四路ESD防护的TVS二极管

技术领域

本实用新型涉及一种TVS二极管，尤其涉及一种四路ESD防护的TVS二极管。

背景技术

现如今集成电路越做越小，工作电压越来越低，各类端口很容易受到外界ESD（electrostatic discharge，静电放电）、CDE（Cable discharge events，电缆放电）和EFT（electrical fast transients，电快速瞬变脉冲群）的破坏和干扰。因此以TVS（TransientVoltage Suppressor，瞬态电压抑制器）为代表的防护器件被广泛地应用于各类I/O接口上。以HDMI(High-Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口)，UDI（Unified Display Interface，统一显示接口），MDDI（Mobile Display DigitalInterface，手机高速串列接口）等为代表的高速接口传输速率越来越快，甚至高到3GHz，这就要求TVS的电容必须小于0.3 pF，只有超低的电容才能保护接口每条信号线上的信号不会丢失。以HDMI接口为例，HDMI接口有四路信号线，传统的TVS防护会在每个信号端分别并联一超低电容的TVS二极管，TVS二极管要想电容低至0.3pF，往往通过将TVS二极管串联一个超低电容的PIN二极管来实现，因此这种防护方案成本高，且占用了大量的集成电路布线的空间。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种结构简单的ESD防护的TVS二极管。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种四路ESD防护的TVS二极管，包括：

P+衬底；

第一N型外延层，形成于所述P+衬底上；

P+埋层区，形成于所述第一N型外延层中；

第二N型外延层，形成于所述第一N型外延层上；

N+埋层区，形成于所述第二N型外延层中并延伸至所述第一N型外延层中；

至少一个P+注入区，形成于所述第二N型外延层中；

至少一个第一N+注入区，形成于所述第二N型外延层中；

多个沟槽，每个所述沟槽均穿过所述第二N型外延层并延伸至所述第一N型外延层中；

氧化层，形成于所述第二N型外延层上；

金属层，形成于所述氧化层上；

背金层，形成于所述P+衬底背面。

本实用新型一个较佳实施例中，一种四路ESD防护的TVS二极管进一步包括所述P+衬底的电阻率为0.014-0.020ohm.cm。

本实用新型一个较佳实施例中，一种四路ESD防护的TVS二极管进一步包括所述第一N型外延层的电阻率为15ohm.cm，所述第一N型外延层的厚度为7μm。

本实用新型一个较佳实施例中，一种四路ESD防护的TVS二极管进一步包括所述第二N型外延层的电阻率为30ohm.cm，所述第二N型外延层的厚度为5μm。

本实用新型一个较佳实施例中，一种四路ESD防护的TVS二极管进一步包括所述沟槽的深度为7μm。

本实用新型一个较佳实施例中，一种四路ESD防护的TVS二极管进一步包括所述氧化层的厚度为1.2μm。

本实用新型一个较佳实施例中，一种四路ESD防护的TVS二极管进一步包括所述金属层的厚度为3μm。

本实用新型一个较佳实施例中，一种四路ESD防护的TVS二极管进一步包括还包括至少一个第二N+注入区，形成于所述第二N型外延层中。

本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，本实用新型采用集成式结构，成本低，节省空间，通过一个TVS二极管保护了四个I/O端口，任意I/O端口到地的电容均小于0.3pF，满足当代高速接口的要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的优选实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的优选实施例的等效电路图；

图中：2、P+衬底，4、第一N型外延层，6、P+埋层区，8、第二N型外延层，10、N+埋层区，12、P+注入区，14、第一N+注入区，16、沟槽，18、氧化层，20、金属层，22、背金层，24、第二N+注入区。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，一种四路ESD防护的TVS二极管，包括P+衬底2、第一N型外延层4、P+埋层区6、第二N型外延层8、N+埋层区10、至少一个P+注入区12、至少一个第一N+注入区14、多个沟槽16、氧化层18、金属层20、背金层22、第二N+注入区24。

P+衬底2，其为P型衬底，优选P+衬底2为<100>晶向，电阻率为0.014-0.020ohm.cm,电阻率的高低决定了TVS二极管的击穿电压，本实用新型的TVS二极管的工作电压在5V，击穿电压在6V左右，因此P+衬底2的电阻率要尽可能的低，另外较小的电阻率保证了该TVS二极管有较小的体电阻，从而能获得更低的钳位电压。

第一N型外延层4，形成于P+衬底2上，优选第一N型外延层4的电阻率为15ohm.cm，第一N型外延层4的厚度为7μm，该层作为TVS的缓冲层，确保高浓度的衬底杂质不会向上扩散。

P+埋层区6，形成于第一N型外延层4中。优选P+埋层区6通过往第一N型外延层4中离子注入5.5E14离子/c㎡，能量800KeV硼而形成。

第二N型外延层8，形成于第一N型外延层4上，优选第二N型外延层8的电阻率为30ohm.cm，第二N型外延层8的厚度为5μm，超高阻的外延，用于后续制作PIN二极管的I层及本征层。

N+埋层区10，形成于第二N型外延层8中并延伸至第一N型外延层4中，通过离子注入的方式向第二N型外延层8和第一N型外延层4中注入4E15离子/c㎡，能量80KeV的锑而形成。N+埋层区10与P+埋层区6形成了TVS二极管，简称该TVS二极管为D1。

至少一个P+注入区12，形成于第二N型外延层8中，通过离子注入的方式向第二N型外延层8中注入2E15离子/c㎡，能量60KeV的硼而形成。P+注入区12、第二N型外延层8、N+埋层区10形成了PIN二极管，简称该二极管为D2。D2通过N+埋层区10形成的沟道与D1串联，因为D2为PIN二极管，电容小于0.3pF，因此D2和D1的串联的电容也非常低，小于0.3pF。

至少一个第一N+注入区14，形成于第二N型外延层8中，通过离子注入的方式向第二N型外延层8中注入4E15离子/c㎡，能量80KeV的磷而形成。第一N+注入区14、第二N型外延层8、第一N型外延层4和P+衬底2形成了NIP二极管，简称该二极管为D3。其中因为P+衬底2浓度非常高，在实际热过程中，第一N型外延层4被P+衬底2反噬，厚度基本忽略不计。

多个沟槽16，每个沟槽16均穿过第二N型外延层8并延伸至第一N型外延层4中。优选沟槽16通过刻蚀硅并填充二氧化硅形成，沟槽16的深度7μm，用于隔离D2和D3。

氧化层18，形成于第二N型外延层8上，通过光刻在氧化层18内对应第一N+注入区14和P+注入区12位置开接触孔。优选氧化层18的厚度为1.2μm。

金属层20，形成于氧化层18上。优选金属层20的厚度为3μm，通过AlSiCu淀积而成。

背金层22，形成于P+衬底2背面。该TVS二极管厚度减薄到100μm，背面通过蒸发金属的工艺，形成背面电极。

第二N+注入区24，形成于第二N型外延层8中，通过离子注入的方式向第二N型外延层8中注入4E15离子/c㎡，能量80KeV的磷而形成。同时通过光刻在氧化层18内对应第二N+注入区24位置开接触孔。在晶圆生产过程中，第二N+注入区24连接VCC，VCC接正，背金层22接负，可以测试TVS管D1的电性能，确保生产的质量，在实际应用中，第二N+注入区24处于悬空状态。

图1是一个对称的结构，包括两个对称的P+注入区12和两个对称的第一N+注入区14，两个P+注入区12、第二N型外延层8、N+埋层区10形成了两个D2，两个第一N+注入区14、第二N型外延层8、第一N型外延层4和P+衬底2形成了两个D3。同时，图1的结构图只是一个截面图，立体空间中，该结构的背面有着对称的两个I/O电路，包括对称的两个D2和对称的两个D3，综合来看，整个结构的等效电路图如图2所示，由图可知，4个I/O端口I/O1、I/O2、I/O3、I/O4共享一个TVS二极管D1。D1击穿电压在6V左右，而D3的击穿电压为70V左右，当I/O1、I/O2、I/O3和I/O4接正电位且电压大于6V，D1便会击穿，利用雪崩击穿的原理将浪涌引入到地端。I/O1、I/O2、I/O3和I/O4都有一个正向导引二极管D2和一个反向导引二极管D3，D2和D3分别是PIN二极管和NIP二极管，电容均小于0.3pF，I/O1、I/O2、I/O3和I/O4到地的电容均小于0.3pF，完全满足高速端口的需求。

以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (8)

1.一种四路ESD防护的TVS二极管，其特征在于，包括：

P+衬底；

第一N型外延层，形成于所述P+衬底上；

P+埋层区，形成于所述第一N型外延层中；

第二N型外延层，形成于所述第一N型外延层上；

N+埋层区，形成于所述第二N型外延层中并延伸至所述第一N型外延层中；

至少一个P+注入区，形成于所述第二N型外延层中；

至少一个第一N+注入区，形成于所述第二N型外延层中；

多个沟槽，每个所述沟槽均穿过所述第二N型外延层并延伸至所述第一N型外延层中；

氧化层，形成于所述第二N型外延层上；

金属层，形成于所述氧化层上；

背金层，形成于所述P+衬底背面。

2.根据权利要求1所述的一种四路ESD防护的TVS二极管，其特征在于：所述P+衬底的电阻率为0.014-0.020ohm.cm。

3.根据权利要求1所述的一种四路ESD防护的TVS二极管，其特征在于：所述第一N型外延层的电阻率为15ohm.cm，所述第一N型外延层的厚度为7μm。

4.根据权利要求1所述的一种四路ESD防护的TVS二极管，其特征在于：所述第二N型外延层的电阻率为30ohm.cm，所述第二N型外延层的厚度为5μm。

5.根据权利要求1所述的一种四路ESD防护的TVS二极管，其特征在于：所述沟槽的深度为7μm。

6.根据权利要求1所述的一种四路ESD防护的TVS二极管，其特征在于：所述氧化层的厚度为1.2μm。

7.根据权利要求1所述的一种四路ESD防护的TVS二极管，其特征在于：所述金属层的厚度为3μm。

8.根据权利要求1所述的一种四路ESD防护的TVS二极管，其特征在于：还包括至少一个第二N+注入区，形成于所述第二N型外延层中。