CN218602432U - 一种具有scr骤回特性的超低容单向tvs - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，所述具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，包括一个纵向设置的PNPN结构，PNPN结构的左右两侧各并联一个降容二极管D1，PNPN结构的左右两侧各并联一个反向击穿二极管D2，位于同侧的一个降容二极管D1和一个反向击穿二极管D2之间设置有一个I/O口，两个I/O口水平排列。本实用新型具有骤回、超低残压、超低电容的特性，可以很好的应用于高速数据端口，高频线路的保护；结构均为垂直结构，大大节省了器件面积；两个I/O口水平排列，便于封装并且可以集成于电路中；且两个降容二极管不易发生穿通。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体保护器件技术领域，尤其涉及一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS。
背景技术
现有的TVS结构多为横向结构，面积比较大，并且大多数不具有SCR结构，无法对低工作电压的器件进行很好的保护；且大多数不具备超低容结构，无法应用于高速数据传输端口。而且由于工艺制成的缩短，芯片的静电承受能力越来越弱，对静电防护的要求也越来越高，传统的普容无骤回的ESD器件已经无法实现更好的保护。
实用新型内容
针对上述的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种具有SCR骤回特性的超低电容单向的TVS，具有骤回、超低残压、超低电容的特性，可以很好的应用于高速数据端口，高频线路的保护；结构均为垂直结构，大大节省了器件面积；两个I/O口水平排列，便于封装并且可以集成于电路中；且两个降容二极管不易发生穿通。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，所述具有SCR骤回特性的超低容单向TVS包括一个纵向设置的PNPN结构，所述PNPN结构的左右两侧各并联一个降容二极管D1，所述PNPN结构的左右两侧各并联一个反向击穿二极管D2，位于同侧的一个降容二极管D1和一个反向击穿二极管D2之间设置有一个I/O口，两个I/O口水平排列。
优选的，所述PNPN结构包括N型硅衬底、第一P型外延EPI、第二N型埋层BN、第二P型外延EPI和P+区域SP；
所述降容二极管D1包括P+区域SP、P型源区P-well、N+区域SN；
所述反向二极管D2包括N型硅衬底、第一P型外延EPI、第二P型外延EPI、P+区域SP；
两个降容二极管D1并联在PNPN结构上靠近顶部位置处，两个反向二极管D2并联在PNPN结构上靠近底部位置处。
进一步地，所述具有SCR骤回特性的超低容单向TVS包括N型硅衬底，N型硅衬底上设置有第一P型外延EPI，N型硅衬底和第一P型外延EPI之间设置有两个间隔排布的第一N型埋层BN；
第一P型外延EPI上设置有第二P型外延EPI，第一P型外延EPI和第二P型外延EPI之间设置有第二N型埋层BN；
第二P型外延EPI的顶部对称设置有两个P型源区P-well，两个P型源区P-well内嵌设置在第二P型外延EPI的上表面；每个P型源区P-well均内嵌设置有一个N+区域SN和一个P+区域SP，其中，N+区域SN靠近中间位置处；第二P型外延EPI的顶部且位于中间位置处设置有一P+区域SP，第二P型外延EPI的顶部且位于两个P型源区P-well的外侧位置处均设置有一P+区域SP；
相邻的P+区域SP与P型源区P-well之间均设置有一深沟槽。
进一步地，每个深沟槽均贯穿第二P型外延EPI第一P型外延EPI且延伸至N型硅衬底上。
进一步地，每个深沟槽的底部延伸至N型硅衬底的中部或者上部。
进一步地，每个深沟槽的深度为13-18um，宽度为1um-1.5um。
进一步地，第二P型外延EPI的顶部设置TEOS层，在TEOS层上且与P+区域SP的对应处设置有通孔，在每个通过通孔上均设置有金属层。
进一步地，TEOS层的厚度为0.5～1um；金属层的厚度为2.8～5um。
进一步地，金属层为Al、Si、Cu三种金属的合金。
本实用新型提供一种具有SCR骤回特性的超低电容单向的TVS，具有骤回、超低残压、超低电容的特性，可以很好的应用于高速数据端口，高频线路的保护；结构均为垂直结构，大大节省了器件面积；两个I/O口水平排列，便于封装并且可以集成于电路中；且两个降容二极管不易发生穿通。
附图说明
图1是本实用新型等效电路图；
图2是N型硅衬底的结构示意图；
图3是第一P型外延EPI的结构示意图；
图4是第二P型外延EPI的结构示意图；
图5是P型源区P-well的结构示意图；
图6是N+区域SN和P+区域SP的结构示意图；
图7是P+区域SP的结构示意图；
图8是金属层和通孔的结构示意图；
图9是实用新型提供具有SCR骤回特性的超低容单向TVS的结构示意图。
图中：1-N型硅衬底，2-第一N型埋层BN，3-第一P型外延EPI，4-第二N型埋层BN，5-第二P型外延EPI，6-P型源区P-well，7-N+区域SN，8-P+区域SP，9-深沟槽，10-TEOS层，11-金属层，12-通孔。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图1、图9，本实用新型提供一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，所述具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，包括一个纵向设置的PNPN结构，PNPN结构用于实现SCR骤回特性。
所述PNPN结构的左右两侧各并联一个降容二极管D1，用于实现超低电容的目的；所述PNPN结构的左右两侧各并联一个反向击穿二极管D2，为防止TVS器件反向击穿。所述PNPN结构的左右两侧还各并联一个反向二极管D2。位于同侧的一个降容二极管D1和一个反向击穿二极管D2之间设置有一个I/O口，两个I/O口水平排列，便于封装并且可以集成于电路中；且两个降容二极管D1都有第一N型埋层BN 2做保护，不易发生穿通。
所述具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，通过N型硅衬底1、第一P型外延EPI 3、第二N型埋层BN 4、第二P型外延EPI 5和P+区域SP 8形成的纵向PNPN结构，纵向PNPN结构与通过GND-IO路径上对称的P+区域SP 8、P型源区P-well 6、N+区域SN 7形成降容二极管D1并联，起到超低容的效果；通过N型硅衬底1、第一P型外延EPI 3、第二P型外延EPI 5、P+区域SP8形成的反向二极管D2进行雪崩击穿，降容二极管D1、反向二极管D2与PNPN结构之间均通过深沟槽9进行隔离。
纵向PNPN结构包括：N型硅衬底1、第一P型外延EPI 3、第二N型埋层BN 4、第二P型外延EPI 5和P+区域SP 8；
降容二极管D1包括：P+区域SP 8、P型源区P-well 6、N+区域SN 7；
反向二极管D2包括：N型硅衬底1、第一P型外延EPI 3、第二P型外延EPI 5、P+区域SP 8；
两个降容二极管D1并联在PNPN结构上靠近顶部位置处，两个反向二极管D2并联在PNPN结构上靠近底部位置处。
具体的，所述具有SCR骤回特性的超低容单向TVS包括N型硅衬底1，N型硅衬底1上设置有第一P型外延EPI 3，N型硅衬底1和第一P型外延EPI 3之间设置有两个间隔排布的第一N型埋层BN 2。
第一P型外延EPI 3上设置有第二P型外延EPI 5，第一P型外延EPI 3和第二P型外延EPI 5之间设置有第二N型埋层BN 4。
第二P型外延EPI 5的顶部对称设置有两个P型源区P-well 6，两个P型源区P-well6内嵌设置在第二P型外延EPI 5的上表面；每个P型源区P-well 6上均内嵌设置有一个N+区域SN 7和一个P+区域SP 8，其中，N+区域SN 7靠近中间位置处；第二P型外延EPI 5的顶部且位于中间位置处设置有一P+区域SP 8，第二P型外延EPI 5的顶部且位于两个P型源区P-well 6的外侧位置处均设置有一P+区域SP 8。
第二P型外延EPI 5的顶部共有5个P+区域SP 8，2个P型源区P-well 6。
相邻的P+区域SP 8与P型源区P-well 6之间均设置有一深沟槽9，每个深沟槽9均贯穿第二P型外延EPI 5第一P型外延EPI 3且延伸至N型硅衬底1上，更确切的说，每个深沟槽9的底部延伸至N型硅衬底1的中部或者上部，每个深沟槽9的深度为13-18um，宽度为1um-1.5um。
第二P型外延EPI 5的顶部设置TEOS层10，在TEOS层10上且与P+区域SP 8的对应处设置有通孔12，在每个通过通孔12上均设置有金属层11。TEOS层10的厚度为0.5～1um；金属层11的厚度为2.8～5um的Al、Si、Cu三种金属的合金。
本实用新型提供的一种具有SCR骤回特性的超低电容单向的TVS，其结构中包含位于中间的纵向PNPN结构，实现SCR骤回特性；其左右各并联一个降容二极管D1，达到超低电容的目的，反向电压通过器件两侧的N型硅衬底1、第一P型外延EPI 3、第二P型外延EPI 5、P+区域SP 8所形成的反向二极管D2进行雪崩击穿，各结构之间使用深沟槽进行隔离。由于本实用新型的结构均为垂直结构，所以大大节省了器件面积；PNPN结构用于实现SCR骤回特性；两个I/O口水平排列，便于封装并且可以集成于电路中；且两个降容二极管不易发生穿通。
参见图2至图9，本实用新型的具有SCR骤回特性的超低电容单向的TVS，在制备时，包括以下步骤：
步骤A：在N型硅衬底1上涂抹光刻胶进行光刻，然后进行掺杂形成第一N型埋层BN2；
步骤B：在N型硅衬底上生成一层新的第一P型外延EPI 3，并在此层外延上涂抹光刻胶进行光刻，然后进行掺杂形成第二N型埋层BN 4；
步骤C：在第一P型外延EPI 3上形成一层新的第二P型外延EPI 5；
步骤D：在第二P型外延EPI 5上涂抹光刻胶进行光刻，然后进行掺杂形成两个对称的P型源区P-well 6；
步骤E：在第二P型外延EPI 5上涂抹光刻胶进行光刻，然后进行掺杂形成2个N+区域SN 7；
步骤F：在第二P型外延EPI 5上涂抹光刻胶进行光刻，然后进行掺杂形成5个P+区域SP 8；
步骤G：在第二P型外延EPI 5上涂抹光刻胶进行光刻，然后填充SiO2形成深沟槽9；
步骤H：淀积TEOS 10，在TEOS 10上涂抹光刻进行光刻，然后刻蚀通孔12；
步骤I：淀积金属层11。
步骤A中，N型硅衬底1电阻率为0.004-0.020ohm之间，第一N型埋层BN 2的注入剂量为8E15-3E16之间，退火温度为1100-1250℃之间；
步骤B中第一P型外延EPI 3的厚度为5-7um，电阻率为60-80ohm之间，N型埋层BN-2的注入剂量为8E12-3E13之间，退火温度为900-1100℃；
步骤C中，第二P型外延EPI 5的厚度为7-10um，电阻率在250ohm以上；
步骤D中，2个P型源区P-well 6的注入元素为B，注入剂量为1E12-4E12之间；
步骤E中，2个N+区域SN 7的注入元素为As，注入剂量为1E15-5E15之间；
步骤F中，5个P+区域SP 8的注入元素为BF2，注入剂量为1E15-5E15之间；
步骤G中，沟槽穿过P-EPI2和P-EPI1到达衬底，深度为13-18um，宽度为1um-1.5um；
步骤H中，TEOS 10的厚度为0.5～1um；
步骤I中，淀积金属层11厚度为2.8～5um的Al、Si、Cu三种金属的合金。
本实用新型的一特点是利用纵向的PNPN晶闸管结构来实现骤回特性，这样本器件就可以获得较大的抗静电能力，同时纵向的PNPN晶闸管和横向的结构相比，具有面积更小的优势；由于2个P型源区P-well 6的注入剂量小，且外延第二P型外延EPI 5的电阻率较大，所以二极管D1可以实现超低电容，通过与纵向PNPN结构并联来实现降容，达到超低电容；二极管D2和晶闸管的阳极短接在一起引出，作为器件的GND。
本实用新型提供的一种具有SCR骤回特性的超低电容单向的TVS，其结构中包含器件中间的纵向PNPN结构，实现SCR骤回特性；其左右各并联一个降容二极管D1，达到超低电容的目的，反向电压通过器件两侧的N型硅衬底1、第一P型外延EPI 3、第二P型外延EPI 5、P+区域SP 8和反向二极管D2进行雪崩击穿，各结构之间使用深沟槽进行隔离。由于本实用新型的结构均为垂直结构，所以大大节省了器件面积；PNPN结构用于实现SCR骤回特性；两个I/O口水平排列，便于封装并且可以集成于电路中；且两个降容二极管不易发生穿通。
本实用新型具有骤回、超低残压、超低电容的特性，可以很好的应用于高速数据端口，高频线路的保护。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，其特征在于，所述具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，包括一个纵向设置的PNPN结构，所述PNPN结构的左右两侧各并联一个降容二极管D1，所述PNPN结构的左右两侧各并联一个反向击穿二极管D2，位于同侧的一个降容二极管D1和一个反向击穿二极管D2之间设置有一个I/O口，两个I/O口水平排列。
2.根据权利要求1所述的一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，其特征在于，所述PNPN结构包括N型硅衬底(1)、第一P型外延EPI(3)、第二N型埋层BN(4)、第二P型外延EPI(5)和P+区域SP(8)；
所述降容二极管D1包括P+区域SP(8)、P型源区P-well(6)、N+区域SN(7)；
所述反向击穿二极管D2包括N型硅衬底(1)、第一P型外延EPI(3)、第二P型外延EPI(5)、P+区域SP(8)；
两个降容二极管D1并联在PNPN结构上靠近顶部位置处，两个反向击穿二极管D2并联在PNPN结构上靠近底部位置处。
3.根据权利要求1所述的一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，其特征在于，所述具有SCR骤回特性的超低容单向TVS包括N型硅衬底(1)，N型硅衬底(1)上设置有第一P型外延EPI(3)，N型硅衬底(1)和第一P型外延EPI(3)之间设置有两个间隔排布的第一N型埋层BN(2)；
第一P型外延EPI(3)上设置有第二P型外延EPI(5)，第一P型外延EPI(3)和第二P型外延EPI(5)之间设置有第二N型埋层BN(4)；
第二P型外延EPI(5)的顶部对称设置有两个P型源区P-well(6)，两个P型源区P-well(6)内嵌设置在第二P型外延EPI(5)的上表面；每个P型源区P-well(6)上均内嵌设置有一个N+区域SN(7)和一个P+区域SP(8)，其中，N+区域SN(7)靠近中间位置处；第二P型外延EPI(5)的顶部且位于中间位置处设置有一P+区域SP(8)，第二P型外延EPI(5)的顶部且位于两个P型源区P-well(6)的外侧位置处均设置有一P+区域SP(8)；
相邻的P+区域SP(8)与P型源区P-well(6)之间均设置有一深沟槽(9)。
4.根据权利要求3所述的一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，其特征在于，每个深沟槽(9)均贯穿第二P型外延EPI(5)、第一P型外延EPI(3)且延伸至N型硅衬底(1)上。
5.根据权利要求4所述的一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，其特征在于，每个深沟槽(9)的底部延伸至N型硅衬底(1)的中部或者上部。
6.根据权利要求3所述的一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，其特征在于，每个深沟槽(9)的深度为13-18um，宽度为1um-1.5um。
7.根据权利要求3所述的一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，其特征在于，第二P型外延EPI(5)的顶部设置TEOS层(10)，在TEOS层(10)上且与P+区域SP(8)的对应处设置有通孔(12)，在每个通过通孔(12)上均设置有金属层(11)。
8.根据权利要求7所述的一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，其特征在于，TEOS层(10)的厚度为0.5～1um；金属层(11)的厚度为2.8～5um。
9.根据权利要求8所述的一种具有SCR骤回特性的超低容单向TVS，其特征在于，金属层(11)为Al、Si、Cu三种金属的合金。
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