一种浅回扫的双向TVS结构

技术领域

本发明涉及静电防护和浪涌抑制技术领域，在高速通信和电源端口中，瞬间高能量冲击时能以极高的速度将高阻抗降为低阻抗，从而吸收大电流，广泛应用于USB2.0/3.0、HDMI1.3/1.4/2.0、Type-c、CAN总线等保护电路中，特别涉及一种浅回扫的双向TVS结构。

背景技术

随着科技发展进步，清洁能源、汽车电子、5G通讯、数字技术等新技术正推动电子电力行业发生革命性变革，电子电力行业也随着民生需求而稳步发展。瞬态电压抑制器(TVS)二极管是各种电路系统的安全性元器件，电子电力行业的高速发展将拉动瞬态电压抑制器(TVS)二极管的市场需求。未来，电子产品将朝着小型化，低压，低功耗，高频率方向发展，这就要求相应的保护器件必须朝着低钳位压、低电容方向发展。

目前比较常用的浅回扫的双向TVS结构，一般采用纵向NPN结构或者纵向NPN与TVS器件结合的结构，其主要问题为单纯的NPN结构会存在双向电压不对称且回扫点电压调控难度大等问题。而纵向NPN与TVS器件结合的结构，集成难度大工艺复杂等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开一种浅回扫的双向TVS结构及装置，本发明通过对横向结构的设计研究，将低压TVS器件与NPN结构集成，使得集成难度降低、工艺实现简单、双向电压对称性好，整体性能显著提高。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种浅回扫的双向TVS结构，该双向TVS结构包括：

衬底层，衬底层为P类型轻掺杂Si材料，即P型衬底；

Nwell1区，形成于P型衬底上，导电类型为N型；

Nwell2区，形成于P型衬底上，导电类型为N型；

N1区，形成于Nwell1区中，导电类型为N型；

P1区，形成于Nwell1区中，导电类型为P型；

N2区，形成于Nwell2区中，导电类型为N型；

P2区，形成于Nwell2区中，导电类型为P型；

介质层，形成于P型衬底的上表面；

金属电极层，通过金属布线实现P1与P2相连，N1金属引出电极为I/O1，N2金属引出电极为I/O2。

优选的，所述衬底层材料使用的是P型硅材料，其电阻率介于500-2000ohm.cm，掺杂元素为硼。

优选的，在所述P型衬底的正面通过注入元素砷或磷形成Nwell1区和Nwell2区，注入剂量为1.0E13-5.0E14，扩散温度为900℃-1100℃。

优选的，在所述Nwell1区和Nwell2区的正面分别通过注入元素砷或磷形成N1区和N2区，注入剂量为1.0E15-1.0E16，扩散温度为900℃-1100℃。

优选的，在所述Nwell1区和Nwell2区的正面分别通过注入元素硼形成P1区和P2区，注入剂量为1.0E15-1.0E16，扩散温度为900℃-1100℃。

优选的，所述介质层为二氧化硅或者二氧化硅和氮化硅的组合结构。

优选的，所述金属电极层中的金属为导电材料，使用AlSiCu、Al或者Ag作为电极金属，形成欧姆接触层的金属采用Ti或者Ti/TiN，金属厚度介于3um-6um。

本发明具有以下有益效果：

本发明用于实现具有浅回扫的双向TVS产品，通过对横向结构的设计研究，将低压TVS器件与NPN结构集成，使得集成难度降低、工艺实现简单、双向电压对称性好，整体性能显著提高；浪涌电流泄放使用具有浅回扫的NPN结构，可以有效降低钳位电压，同时防止闩锁效应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明本结构的实施例剖面图。

图2为本发明器件结构的等效电路图。

图3为本发明双向TVS器件的I-V曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本实施例公开了一种浅回扫的双向TVS结构，包括有P型硅衬底层、Nwell区、N+区、P+区、介质层、金属电极层。

(1)衬底材料使用的是P型硅材料，其电阻率介于500-2000ohm.cm，掺杂元素为硼；

(2)Nwell1和Nwell2区，注入元素为磷或者砷，注入剂量为1.0E13-5.0E14，扩散温度为900℃-1100℃；

(3)N1和N2区，注入元素为磷或者砷，注入剂量为1.0E15-1.0E16，扩散温度为900℃-1100℃；

(8)P1和P2区，注入元素为硼，注入剂量为1.0E15-1.0E16，扩散温度为900℃-1100℃；

(9)孔介质层为二氧化硅或者二氧化硅和氮化硅的组合结构；

(10)金属为导电材料，使用AlSiCu或者Al或者Ag作为电极金属，形成欧姆接触层金属采用Ti或者Ti/TiN，金属厚度介于3um-6um。

如图3所示的I-V曲线图表征结果可知，浪涌电流泄放使用具有浅回扫的NPN结构，可以有效降低钳位电压，同时防止闩锁效应。

其中定义如下VR：Workingpeakreversevoltage(工作电压)；IR：Reverseleakagecurrent(反向漏电流)；VBR：Reversebreakdownvoltage：(击穿电压)；IBR：Reversebreakdowncurrent(反向击穿电流)；VC：Clampingvoltage(钳位电压)；VTRIG：Reversetriggervoltage(触发电压)；ITRIG：Reversetriggercurrent(触发电流)；Ihold：Reverse holdingcurrent(维持电流)；IPP：Peakpulsecurrent(脉冲电流)。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。