一種穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，包括P襯底，P襯底上表面設(shè)有一層氧化層，氧化層從中部劃分為陽極區(qū)域和陰極區(qū)域；P襯底上表面位于陽極區(qū)域內(nèi)設(shè)有一具有第二導(dǎo)電類型的N阱，N阱內(nèi)設(shè)有一具有第二導(dǎo)電類型的第一N+有源注入?yún)^(qū)；P襯底上表面位于陰極區(qū)域內(nèi)設(shè)有一具有第一導(dǎo)電類型的P阱，P阱內(nèi)設(shè)有一具有第二導(dǎo)電類型的第二N+有源注入?yún)^(qū)；第一N+有源注入?yún)^(qū)上設(shè)有陽極金屬連接片；第二N+有源注入?yún)^(qū)上設(shè)有陰極金屬連接片。本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，具有合適的觸發(fā)電壓，高的正向和反向鉗位能力，能有效的防護(hù)正向和負(fù)向的靜電脈沖，ESD防護(hù)效果好，且消耗芯片面積小，成本低廉，容易實現(xiàn)，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種穿通型瞬態(tài)電壓抑制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，屬于片外集成電路靜電防護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子工業(yè)的高速發(fā)展，時尚消費電子和便攜式產(chǎn)品越來越多。而這些電子產(chǎn)品往往攜帶有很多的接口，需要跟其他電子設(shè)備通信，對于這些接口的可靠性設(shè)計關(guān)系嚴(yán)重關(guān)系到整臺電子設(shè)備的使用壽命，其中ESD (Electrostatic Discharge,靜電放電)問題是對這些接口可靠性設(shè)計的至關(guān)重要的問題。
[0003]當(dāng)前，隨著電子器件日益趨向小型化、高密度和多功能化，很容易受到靜電放電的影響，我們知道，靜電是時時刻刻到處存在的，在60年代，隨著對靜電非常敏感的MOS器件的出現(xiàn)，靜電放電問題也應(yīng)運而生，到70年代靜電放電問題越來越來嚴(yán)重，80-90年代，隨著集成電路的密度越來越大，一方面其二氧化硅膜的厚度越來越薄(微米變到納米)，導(dǎo)致集成電路靜電的承受能力越來越低，因此，靜電破壞已成為電子工業(yè)的隱形殺手，已引起了人們的廣泛關(guān)注。
[0004]目前，對于集成電路的ESD防護(hù)問題的解決方案，通常有以下兩種:
[0005](I)在集成電路內(nèi)部的I/O (Input/ Output,輸入/輸出)口內(nèi)制作一個靜電放電防護(hù)器件；
[0006](2)在集成電路的 PCB (Printed Circuit Board,印刷電路板)上放置瞬態(tài)電壓抑制器來增加集成電路的可靠性；
[0007]由于受到集成電路內(nèi)部芯片的面積限制，在集成電路內(nèi)部增加靜電放電防護(hù)器件極不方便，且防護(hù)能力也非常有限，所以，解決方案一的實用性不大，因此，為了增加集成電路的靜電防護(hù)能力，在集成電路的PCB板上放置瞬態(tài)電壓抑制器是十分重要的解決手段，但是，目前市面上的瞬態(tài)電壓抑制器的電壓鉗位能力不高，正向和反向鉗位能力相差較大，不能完全有效的防護(hù)正向和負(fù)向的靜電脈沖，ESD防護(hù)效果不佳，而且生產(chǎn)工藝特殊，價格昂貴，難以滿足當(dāng)前數(shù)以萬計的電子產(chǎn)品的需求。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型所解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有市面上的瞬態(tài)電壓抑制器的電壓鉗位能力不高，正向和反向鉗位能力相差較大，不能完全有效的防護(hù)正向和負(fù)向的靜電脈沖，ESD防護(hù)效果不佳，而且生產(chǎn)工藝特殊，價格昂貴的問題。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，包括P襯底，其特征在于:
[0011]所述P襯底上表面設(shè)有一層氧化層，所述氧化層從中部劃分為陽極區(qū)域和陰極區(qū)域；
[0012]所述P襯底上表面位于陽極區(qū)域內(nèi)設(shè)有一具有第二導(dǎo)電類型的N阱，所述N阱內(nèi)設(shè)有一具有第二導(dǎo)電類型的第一 N+有源注入?yún)^(qū)；
[0013]所述P襯底上表面位于陰極區(qū)域內(nèi)設(shè)有一具有第一導(dǎo)電類型的P阱，所述P阱內(nèi) 設(shè)有一具有第二導(dǎo)電類型的第二 N+有源注入?yún)^(qū)；
[0014]所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)上設(shè)有連接到器件陽極的陽極金屬連接片；
[0015]所述第二 N+有源注入?yún)^(qū)上設(shè)有連接到器件陰極的陰極金屬連接片。
[0016]前述的穿穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于：所述P襯底的摻雜濃度在 1 X 1015?1 X 1016 atom/cm3。
[0017]前述的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于：所述P阱與設(shè)置在其內(nèi)部的第二 N+ 有源注入?yún)^(qū)之間的距離在0. 5 u nTl. 5 u m之間。
[0018]前述的穿穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于：所述氧化層的厚度為 0. 8 u nTl. 2 u m,且氧化層嵌入到P襯底內(nèi)部的深度為0. 1 u nTO. 3 u m0
[0019]前述的穿穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于：所述N阱的摻雜濃度為 7X1018?1X1019 atom/cm3 之間。
[0020]前述的穿穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于：所述P阱的摻雜濃度在 9 X 1017?5 X 1019atom/cm3 之間。
[0021]前述的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于：所述第一N+有源注入?yún)^(qū)和第二N+有 源注入?yún)^(qū)的摻雜濃度相同，均在9X 1019?IX 1021 atom/cm3之間。
[0022]優(yōu)選的，將兩個或兩個以上的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器并聯(lián)，即將各穿通型瞬態(tài)電 壓抑制器陽極金屬連接片相連接以及將各穿通型瞬態(tài)電壓抑制器陰極金屬連接片相連接。
[0023]本實用新型的有益效果是：本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，具有合適的觸 發(fā)電壓，及相當(dāng)強的正向和反向鉗位能力，能夠有效的防護(hù)正向和負(fù)向的靜電脈沖，ESD防 護(hù)效果好，而且制造方法簡單，消耗芯片面積小，成本低廉，容易實現(xiàn)，具有良好的應(yīng)用前
旦
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【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的等效電路圖。
[0026]圖3是本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的制造第一步的示意圖。
[0027]圖4是本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的制造第二步的示意圖。
[0028]圖5是本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的制造第三步的示意圖。
[0029]圖6是本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的制造第四步的示意圖。
[0030]圖7是本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的電流導(dǎo)通特性曲線圖。
[0031]圖8是本實用新型的并聯(lián)多個穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的等效電路圖。
[0032]圖9是本實用新型的并聯(lián)12個穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的電流導(dǎo)通特性曲線圖。
【具體實施方式】
[0033]下面將結(jié)合說明書附圖，對本實用新型作進(jìn)一步的說明。
[0034]如圖1所示，一種穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，包括P襯底01，P襯底01的摻雜濃度在 1 X 1015?1 X 1016 atom/cm3之間，所述P襯底01上表面設(shè)有一層氧化層02，氧化層02從中部劃分為陽極區(qū)域和陰極區(qū)域，氧化層02的厚度為0.8 μ π .2 μ m,且氧化層02嵌入到P襯底01內(nèi)部的深度為0.1 μ θ.3 μ m ；
[0035]所述P襯底01上表面位于陽極區(qū)域內(nèi)設(shè)有一具有第二導(dǎo)電類型的N阱03，N阱03的摻雜濃度在7X IO18~IX IO19 atom/cm3之間，所述N阱03內(nèi)設(shè)有一具有第二導(dǎo)電類型的第一 N+有源注入?yún)^(qū)05 ；
[0036]所述P襯底01上表面位于陰極區(qū)域內(nèi)設(shè)有一具有第一導(dǎo)電類型的P阱04，P阱04的摻雜濃度在9\1017飛\1019&丨0111/0113之間，所述？阱04內(nèi)設(shè)有一具有第二導(dǎo)電類型的第二 N+有源注入?yún)^(qū)06 ；
[0037]所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)05和第二 N+有源注入?yún)^(qū)06的摻雜濃度相同，均在9 X IO19~I X IO21 atom/cm3 之間。
[0038]所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)05上設(shè)有連接到器件陽極的陽極金屬連接片07 ；
[0039]所述第二 N+有源注入?yún)^(qū)06上設(shè)有連接到器件陰極的陰極金屬連接片08。
[0040]如圖2所示，本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的等效電路圖，其的工作原理如下，
[0041]當(dāng)本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的陽極金屬連接片07發(fā)生ESD (靜電)脈沖時，由于第一 N+有源注入?yún)^(qū)05和N阱03具有相同的第二導(dǎo)電類型，它們等同于導(dǎo)線連接，使得由ESD脈沖產(chǎn)生的電壓主要降落在具有第二導(dǎo)電類型的N阱03與具有第一導(dǎo)電類型的P襯底01構(gòu)成的PN結(jié)上，并使其發(fā)生反偏，由于P襯底01的摻雜濃度低，其優(yōu)選值在I X IO15^l X IO16 atom/cm3濃度之間，所以該P襯底01非常容易耗盡，使得在PN結(jié)未發(fā)生擊穿前，該耗盡層就延伸具有第一導(dǎo)電類型的P阱04內(nèi)，又由于P阱04的邊緣與P阱04內(nèi)的第二 N+有源注入?yún)^(qū)06的距離設(shè)計的很近，其優(yōu)選值為0.5 μ π ?.5 μ m之間，所以P阱04也在PN結(jié)未發(fā)生擊穿前被耗盡，在PN結(jié)未發(fā)生擊穿前就使得N阱03和第二 N+有源注入?yún)^(qū)06發(fā)生橫向穿通，橫向穿通電壓值一般在3疒5.5V之間，在發(fā)生穿通之后，隨著電流的快速不斷上升，器件被完全觸發(fā)，產(chǎn)生回滯現(xiàn)象，觸發(fā)電壓范圍為5V~7V ；
[0042]當(dāng)本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的陰極金屬連接片08發(fā)生ESD (靜電)脈沖時，由ESD脈沖產(chǎn)生的電壓主要降落在具有第一導(dǎo)電類型的P阱04與具有第二導(dǎo)電類型的第二 N+有源注入?yún)^(qū)06構(gòu)成的PN結(jié)上，使其發(fā)生反偏，與該瞬態(tài)電壓抑制器的正向?qū)C制相似，由于P阱04的邊緣與P阱04內(nèi)的第二 N+有源注入?yún)^(qū)06的距離設(shè)計的很近，并且P襯底01的摻雜濃度低，所以P阱04和P襯底01都在PN結(jié)擊穿前被耗盡，第二 N+有源注入?yún)^(qū)06和N阱03發(fā)生橫向穿通，由于第一 N+有源注入?yún)^(qū)05和N阱03具有相同的第二導(dǎo)電類型，在電學(xué)上等同于導(dǎo)線連接，橫向穿通現(xiàn)象也等同于第一N+有源注入?yún)^(qū)05和第二 N+有源注入?yún)^(qū)06橫向穿通，橫向穿通電壓值一般為3V~4.5V，在發(fā)生穿通之后，隨著電流的快速不斷上升，器件被完全觸發(fā)，產(chǎn)生回滯現(xiàn)象，觸發(fā)電壓的范圍為5V飛.5V。
[0043]通過上述的工作過程，如圖7所示，為本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，所測得的電流導(dǎo)通性能曲線。
[0044]如圖3-圖6所示，為本實用新型的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的制作過程，
[0045](I)在P襯底01的上表面制作的氧化層02，并劃分規(guī)定出器件的陽極區(qū)域和陰極區(qū)域，如圖3所示；
[0046](2)在P襯底01上的陽極區(qū)域制作有一具有第二導(dǎo)電類型的N阱03，如圖4所示；
[0047](3)在P襯底01上的陰極區(qū)域制作有一具有第一導(dǎo)電類型的P阱04，如圖5所示；
[0048](4)在具有第一導(dǎo)電類型的N阱03內(nèi)制作一具有第二導(dǎo)電類型的第一 N+有源注入?yún)^(qū)05，在具有第一導(dǎo)電類型的P阱(4內(nèi)制作一具有第二導(dǎo)電類型的第二 N+有源注入?yún)^(qū)06，如圖6所示；
[0049]在第一 N+有源注入?yún)^(qū)05上制作連接到器件陽極的陽極金屬連接片07，在第二 N+有源注入?yún)^(qū)06上制作連接到器件陰極的陰極金屬連接片08，即制作完成如圖1所示的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器。
[0050]在實際應(yīng)用中，一個穿通型瞬態(tài)電壓抑制器往往不足以用于高可靠性的ESD防護(hù)，將兩個或兩個以上的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器進(jìn)行并聯(lián)連接，來增強器件的電流導(dǎo)通能力，具體做法為:將各穿通型瞬態(tài)電壓抑制器陽極金屬連接片07相連接以及將各穿通型瞬態(tài)電壓抑制器陰極金屬連接片08相連接，等效電路圖如圖8所示，其中并聯(lián)的個數(shù)是任意的。
[0051]在本實施例中，具體的器件并聯(lián)個數(shù)為12，12個并聯(lián)的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，ESD防護(hù)能力成倍增加，具體表現(xiàn)為ESD電流導(dǎo)通能力成倍增加，所述的12個并聯(lián)的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器的橫向穿通電壓值一般為3V?4.5V ;觸發(fā)電壓的范圍為5V飛.5V，所測得的電流導(dǎo)通性能曲線如圖9所示，對比與圖7，電流導(dǎo)通能力明顯增強。
[0052]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，包括P襯底(01)，其特征在于: 所述P襯底(01)上表面設(shè)有一層氧化層(02)，所述氧化層(02)從中部劃分為陽極區(qū)域和陰極區(qū)域； 所述P襯底(01)上表面位于陽極區(qū)域內(nèi)設(shè)有一具有第二導(dǎo)電類型的N阱(03)，所述N阱(03)內(nèi)設(shè)有一具有第二導(dǎo)電類型的第一 N+有源注入?yún)^(qū)(05); 所述P襯底(01)上表面位于陰極區(qū)域內(nèi)設(shè)有一具有第一導(dǎo)電類型的P阱(04)，所述P阱(04)內(nèi)設(shè)有一具有第二導(dǎo)電類型的第二 N+有源注入?yún)^(qū)(06)； 所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)(05)上設(shè)有連接到器件陽極的陽極金屬連接片(07)； 所述第二 N+有源注入?yún)^(qū)(06)上設(shè)有連接到器件陰極的陰極金屬連接片(08)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述P襯底(01)的摻雜濃度在 I X IO15~I X IO16 atom/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述P阱(04)與設(shè)置在其內(nèi)部的第二 N+有源注入?yún)^(qū)(06)之間的距離在0.5 μ π .5 μ m之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述氧化層(02)的厚度為0.8 μ π .2 μ m，且氧化層(02)嵌入到P襯底(01)內(nèi)部的深度為0.1 μ π-θ.3 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述N阱(03)的摻雜濃度在 7X IO18~I X IO19 atom/cm3 之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述P阱(04)的摻雜濃度在 9X IO17~5X 1019atom/cm3 之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:所述第一N+有源注入?yún)^(qū)(05)和第二 N+有源注入?yún)^(qū)(06)的摻雜濃度相同，均在9 X IO19~I X IO21 atom/cm3之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:將兩個或兩個以上的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器并聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器，其特征在于:兩個或兩個以上的穿通型瞬態(tài)電壓抑制器并聯(lián)是將各穿通型瞬態(tài)電壓抑制器陽極金屬連接片(07)相連接以及將各穿通型瞬態(tài)電壓抑制器陰極金屬連接片(08)相連接。
【文檔編號】H01L23/60GK203386746SQ201320412260
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月11日
【發(fā)明者】董樹榮, 曾杰, 郭維, 鐘雷 申請人:江蘇艾倫摩爾微電子科技有限公司