[实用新型]一种单通道低电容瞬态电压抑制器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体微电子技术领域，具体地说，本实用新型涉及半导体器件和集成电路以及半导体器件和电路的制造方法。

背景技术

瞬态电压抑制器即TVS——Transient Voltage Suppressor，是目前普遍使用的一种高效能电路保护器件，其外形与普通二极管无异，但因特殊的结构和工艺设计，使其能够吸收高达数千瓦的浪涌功率。TVS的工作机理是在反向应用条件下，当承受一个高能量的大脉冲时，其工作阻抗会快速降至极低的导通值，从而允许大电流通过，同时把电压嵌制在预定水平，一般的响应时间仅为10^-12秒，因此可以有效地保护电子线路中的精密元器件免受各种浪涌脉冲的损坏。

传统的TVS二极管基本都是稳压管类型的，制造工艺也比较简单，一般是在P+衬底/N+衬底上通过异型掺杂直接形成PN结。这种传统的TVS二极管主要应用在消费类电子产品中的数据端口，如键盘、侧键和电源线等，这是由于此类端口速度较慢，对TVS二极管的电容要求不高，一般在20pF以上。但对于视频线路的保护，传统的TVS二极管就不能满足使用要求了。这是因为视频数据线具有极高的数据传输率，(其数据传输率高达480M工业自动化网，有的视频数据传输率达到1G以上)，要求TVS管具有极低的电容，一般情况下小于1.0pF，同时对ESD能力要求极高，不能低于12kV，因此，必须要开发一种新型的单通道低电容TVS器件，在保证低电容的同时具有较高的ESD能力，一方面满足静电防护的要求，另一方面满足对数据传输完整性的要求。

如图1所示，目前市场上单通道低电容的TVS器件通常是由将一个低电容二极管9(本文中也称为上整流二极管)与一个传统稳压型TVS二极管11串联，再与另外一个低电容二极管10(本文中也称为下整流二极管)并联组合形成的。图1所示的TVS器件的正、反向特性仍然相当于一个普通二极管，但组合线路的电容值却大大低于相同电压下的单个TVS管的电容值。用C₉和C₁₀分别表示上整流二极管9和下整流二极管10的电容值，其值较小，C_TVS表示TVS二极管11的电容值，其值要比前两者电容值C₉和C₁₀大一个数量级，所以上整流二极管9和TVS管11串联后，总的串联电容值基本等同于上整流二极管9的电容值，等效总电容约等于C₉与C₁₀之和。这样，组合而成的单通道低电容TVS器件正、反向特性基本相当于一个普通二极管；只要降低二极管C₉和C₁₀的电容值即可实现该TVS器件低电容。

由于硅集成工艺及成品率的原因，目前上述组合而成的单通道低电容TVS器件都是采用分立器件组合封装的形式，即上、下整流二极管9、10和TVS管11分别通过不同版图和工艺来实现，然后再通过封装组合在一起。采用这种技术路线不仅制作成本较高，而且器件的性能和质量还会因为连接导线材料等因素的引入而受到影响。因此需要一种能将上、下整流二极管9、10和TVS管11三者集成在同一芯片上的方法，能够以低成本得到高性能的低电容瞬态电压抑制器件。

在半导体器件和集成电路加工工艺中，普遍采用通过形成特定浓度的P型掺杂区域和N型掺杂区域，并用高温退火来改变P型掺杂区域和N型掺杂区域的结深从而制作出各种满足不同功能和性能指标要求的器件。例如，在一些功率型MOS晶体管的制造过程中，通常需要提供重掺杂衬底并在重掺杂衬底上外延生长外延层来形成具有所需参数的器件。对于这样的半导体器件制备工艺，重掺杂衬底中杂质原子在外延生长时会向外延层固态扩散以及外延生长时出现的气相自掺杂，会影响掺杂离子在外延层以及外延层与衬底之间的过渡层中的浓度分布并进而影响器件的设计参数。为了克服这一问题，申请号为CN200610039599.5和CN200610161305.6的两个中国专利公开了MOS管用硅外延片的制造方法。采用这些方法在常规形成外延层之前引入了气相腐蚀衬底表面以对衬底进行清洁减少杂质浓度的步骤和在衬底表面生长纯度外延层对衬底进行包覆的步骤，以得到理想的外延层和外延层与衬底之间的界面过渡区。这些方法虽然通过对衬底表面进行腐蚀在一定程度上减少了杂质浓度，但是，一方面，增加了工艺步骤和控制难度，延长了制备时间并提高了制造成本，另一方面，气相腐蚀反应会在半导体器件制造过程中不可避免地引入新的杂质。