[发明专利]一种双向TVS器件及其制备方法

说明书

公开了一种双向TVS器件及其制备方法，器件包括：第一掺杂类型的衬底；位于所述衬底上的第二掺杂类型的外延层，其中，第二掺杂类型和第一掺杂类型相反；隔离结构，从所述外延层的表面延伸至所述衬底中，在所述外延层中限定出相互隔离的第一区域、第二区域、第三区域、第四区域以及第五区域；其中，在第一区域、第二区域、第三区域、第四区域内分别形成第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管，在第五区域内形成三极管；以及金属互连结构，将第一二极管和第三二极管的负极连接在所述三极管的第一电位，将第二二极管和第四二极管的正极连接在所述三极管的第二电位。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种双向TVS器件及其制备方法。

背景技术

瞬间电压抑制(Transient Voltage Suppressor，TVS)器件或静电 (Electro-Static Discharge，ESD)保护器件是一种电压钳位型过压保护器件，用于保护电子设备免受瞬态高能量的冲击而损坏，能以皮秒级的速度将其两极间的高阻抗变成低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，从而避免电子设备损坏。

传统的TVS器件基本都是稳压管类型的结构，制造工艺比较简单，一般是在P+衬底/N+衬底上通过异型掺杂直接形成PN结。传统的TVS 器件主要应用在消费类电子产品(例如手机，电脑，数码相机等)中的电源、开关、音频的端口，这是由于此类端口速度较慢，对TVS器件的电容要求不高，一般在20pF以上。但对于高速通信端口(例如USB3.0 端口、DisplayPort端口、SATA3.0端口、HDMI2.0端口)的保护，传统的TVS器件则不适合，这是由于高速通信具有极高的数据传输率，例如工业自动化网数据传输率大于480M/s，有些高速数据传输率达到10G/s 以上，这就要求线路保护的TVS器件电容极低，不能大于1.0pF，否则会导致数据传输时被丢失，不能使电路正常工作。同时对ESD能力要求极高，不能低于12kV。

另一种TVS器件采用可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifiers， SCR)结构，SCR结构虽然具有电流泄放效率高、自身抗静电能力强、静态漏电低、寄生电容小的优点，但其触发电压高、开启速度慢，维持电压(VH)只有1～2V，低于被保护器件的工作电压易造成闩锁问题，导致其不适合应用在电源保护电路。电源保护电路的工作电压一般在5V 左右，故不能采用具有大回滞的SCR器件。因此必须要开发新型的超低电容TVS器件，既要满足高速通信端口寄生电容小的要求，也要满足电源保护电路钳位电压低、峰值电流I_PP高、ESD能力高和维持电压(VH) 大于工作电压的要求。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种双向TVS器件及其制备方法，具有钳位电压低、I_PP高、ESD能力高以及维持电压大于工作电压的优点。

本发明第一方面提供一种双向TVS器件，包括：

第一掺杂类型的衬底；

位于所述衬底上的第二掺杂类型的外延层，其中，第二掺杂类型和第一掺杂类型相反；

隔离结构，从所述外延层的表面延伸至所述衬底中，在所述外延层中限定出相互隔离的第一区域、第二区域、第三区域、第四区域以及第五区域；其中，在第一区域、第二区域、第三区域、第四区域内分别形成第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管，在第五区域内形成三极管；以及

金属互连结构，将第一二极管和第三二极管的负极连接在所述三极管的第一电位，将第二二极管和第四二极管的正极连接在所述三极管的第二电位。

优选地，所述第一二极管的正极和所述第二二极管的负极连接至第一通道；所述第一二极管的负极、第三二极管的负极、三极管的集电极连接至电源端；所述第二二极管的正极、所述三极管的发射极以及所述第四二极管的正极接地；所述第三二极管的正极和所述第四二极管的负极连接至第二通道。

优选地，还包括：