一种低残压大浪涌单向骤回TVS器件及其制造方法与流程

本发明涉及半导体电子器件技术领域，具体涉及一种低残压大浪涌单向骤回tvs器件及其制造方法。

背景技术：

瞬态电压抑制器(tvs)被广泛应用于各类电子产品中，相对数据端口低频次的静电事件，电池端口在电源的插拔过程中不断受到浪涌电流的冲击，电池模块vbat&vbus端的电源电压有不同的要求，如vbat端的电源电压一般为4.5v，vbus端的电源电压从7v至26v不等。不同的电池模块方案及其不同的测试应力条件下，需要tvs提供能适应各种电源电压，以及配合ovp保护方案的系列产品。这类tvs不仅能迅速将击穿方向和正向导通方向的大浪涌旁路到地，同时两个方向都能为后级提供低钳位电压，保证主控ic不受损伤。另一方面，在电子产品小型化的趋势下，vbat&vbus端的tvs需要不断地进行技术革新，采用新技术实现在更小的封装体下具有更高功率密度以及更低钳位电压的性能，以适应高集成度、小巧便携的产品需求。

如图1所示为常规的单向tvs器件，常规的单向tvs的vbr方向无法获得较大的ipp和较低的残压，增大tvs的浪涌电流能力通常的做法是增加pn结的面积，但是单纯增大面积会带来一系列问题：①.tvs器件面积增大，导致使用更大的封装体，无法满足应用端对小型化的要求。②.单纯增大tvs结面积，成本上升，产品竞争力下降。降低vbr可以在一定程度上降低器件的残压，但是带来的问题是漏电流的增大。

如图2所示为双向的npn结构的双向tvs器件，这种器件具有npn负阻结构，这种结构的优点是既可以降低vbr从而降低残压，而且漏电流也会更小，因为相同面积二极管在浪涌时的极限功率相近，由公式ppp＝ipp×vc，当钳位电压vc下降较多时，其ipp值将获得大幅度提升，但是带来的缺点是当有负浪涌来时，仍然为击穿vbr方向必须开启才能泄放电流，势必残压会高很多。

所以综上所述，单向pn结和双向npn两种结构各有优点和不足，一种结构难以满足高功率密度低钳位电压的产品设计。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出一种低残压大浪涌单向骤回tvs器件及其制造方法。

本发明的技术方案是：

一种低残压大浪涌单向骤回tvs器件，包括n型衬底(nsub)，n型衬底上方设置p型外延层，p型外延层上设置sn层和sp层，sn层和sp层通过深槽隔离。

上述低残压大浪涌单向骤回tvs器件的制造方法，包括：

步骤a：选取n+衬底/p型外延片；

步骤b：在p型外延层上进行光刻定义后，通过离子注入形成sn层；

步骤c：在p型外延层上进行光刻定义后，通过离子注入形成sp层；

步骤d：对sn层和sp层进行同时rtp退火，对注入元素进行激活；

步骤e：在p型外延层上干法刻蚀深隔离槽一直延伸到衬底并用lpteos填充深槽隔离；

步骤f:淀积一层sio2作为接触孔的介质；

步骤g：干法刻蚀接触孔和淀积金属。

此外，还可以在所述p型外延层(pepi)与sn层和sp层之间设置pwell(p阱)层或nwell(n阱)层，方法为在步骤a之后，步骤b之前增加一步对p型外延层的pwell或nwell普注，无需光刻版。pwell普注注入元素为b，剂量在1e12-1e13之间，退火温度在1050-1150之间，nwell普注注入元素为p，剂量在1e13-1e14之间，退火温度在1050-1150之间。

优选地，步骤a中，n+衬底/p型外延片，其中n+衬底的电阻率在0.001-0.006ohm，p型延的电阻率在0.015-0.15ohm之间，p型外延的厚度在5—10um之间。

优选地，步骤b中，在p型外延层上进行光刻定义后，通过离子注入形成sn层，注入元素为p和as，注入剂量都在1e15-8e15之间，能量为50kev-80kev之间，sn层的面积占整个芯片面积的的70％-90％。

优选地，步骤c中，在p型外延层上进行光刻定义后，通过离子注入形成sp层，注入元素为b，注入剂量都在1e15-8e15之间，能量为50kev-80kev之间,sp层的面积占整个芯片面积的的10％-30％。

优选地，步骤d中，对sp和sn层进行rtp快速退火，温度为1000-1100度，时间控制在20-30s，对注入元素进行激活。

优选地，步骤e：在p型外延层上干法刻蚀深隔离槽一直延伸到衬底，深隔离槽的深度为15—20um，深槽的cd在1.2um，深槽刻蚀后用lpteos填充达到隔离效果。

优选地，步骤f:淀积一层sio2作为接触孔的介质，厚度在0.6um-0.8um。

优选地，步骤g：通过光刻定义和干法刻蚀出接触孔并淀积金属，金属为3-4.5um的alsicu；金属将正面的sn/sp互联。

本发明的有益效果是：本发提出一种新型的tvs器件，该器件在提供低漏电流的同时不仅将击穿电压降低，而且大幅提升了击穿方向的峰值电流ipp，同时降低了正向导通方向和负向击穿方向的钳位电压，使得被保护器件完全处于安全区内，使得该器件具有大功率、成本低等优点。

附图说明

图1为sp/pepi/nsub的单向结构的tvs示意图。

图2为sn/pepi/nsub的双向结构的tvs示意图。

图3为本发明中实施例1单向骤回tvs器件的结构示意图。

图4为本发明中实施例1单向骤回tvs器件简要电路示意图。

图5为本发明中实施例2单向骤回tvs器件的结构示意图。

图6为本发明中实施例3单向骤回tvs器件的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

步骤a中,n+衬底/p型外延片，其中n+衬底的电阻率在0.001-0.006ohm，p型外延的电阻率在0.015-0.15ohm之间，p型外延的厚度在5—10um之间；

步骤b中，在p型外延层上进行光刻定义后，通过离子注入形成sn层，注入元素为p或as，注入剂量都在1e15-8e15之间，能量为50kev-80kev之间，sn层的面积占整个芯片面积的的70％-90％；

步骤c中，在p型外延层上进行光刻定义后，通过离子注入形成sp层，注入元素为b，注入剂量都在1e15-8e15之间，能量为50kev-80kev之间,sp层的面积占整个芯片面积的的10％-30％；

步骤d中，对sp和sn层进行rtp快速退火，温度为1000-1100度，时间控制在20-30s，对注入元素进行激活；

步骤e：在p型外延上干法刻蚀深隔离槽一直延伸到衬底，深隔离槽的深度为15—20um，深槽的cd在1.2um，深槽刻蚀后用lpteos填充达到隔离效果；

步骤f:淀积一层sio2作为接触孔的介质，厚度在0.6um-0.8um；

步骤g：通过光刻定义和干法刻蚀出接触孔并淀积金属，金属为3-4.5um的alsicu；

步骤h：金属将正面的sp和sn进行互联。

实施例2：

在步骤a后增加一层pwell的普注，注入元素为b，剂量在1e12-1e13之间，退火温度在1050-1150之间，其余步骤同实施例1。

实施例3：

在步骤a后增加一层nwell的普注，注入元素为p，剂量在1e13-1e14之间，退火温度在1050-1150之间，其余步骤同实施例1。

如图3所示，创新性的将图1的pn结单向结构和图2的npn结构巧妙的结合，从产品背面io2到产品正面io1是一个npn结构，该结构具有单向骤回特性，当浪涌冲击时，可以在不增加面积的情况下有效的降低该方向的钳位电压，此种结构比单向的tvs相比能获得更大的浪涌能力。从产品正面到产品背面是pn结vf正向，在负浪涌冲击时，此pn正向结相比于npn结构有更强的泄放能力，这样tvs就可起到双向保护的效果。而且这2种结构通过深槽隔离trench隔离开来，vbr可以做的较低，能满足客户应用的需求，因为对于这种器件结构，两个通道是相互独立的，在浪涌冲击时，是同时启动时互不干扰；由于并联结构分流是与电阻有关的，因此在设计时，通过版图设计调整两个通道的版图面积大小继而可以调整分配电流，使得npn负阻通道获得更大电流，实现低残压；

在实施例1中，没有进行pwell的普注,相比于实施例2来说穿通更容易，vbr可以实现更低的电压；

实施例2相比于实施例1来说，增加一层pwell的普注,增加了pepi的浓度，相当于增大了npn三极管基区的浓度，这会导致npn穿通变得更加困难，从而提升vbr方向的穿通电压；

在实施例3中，在实施例1的基础上增加一层nwell的普注,相比于实施例1来说nwell相比于n+的结深会深很多，这使得有效的pepi的厚度减小，从而使npn穿通更容易，可以在一定程度上降低vbr方向的穿通电压。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。本发明虽然已经作为较佳的实施例公布如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。