低電容電壓可編程tvs器件的製作方法

2023-05-07 08:48:06 1

專利名稱：：低電容電壓可編程tvs器件的製作方法
技術領域：
：本發明涉及半導體器件領域，具體涉及低電容電壓可編程TVS器件，以及其製造方法。
背景技術：
：TVS器件為雙向低壓瞬態電壓抑制器件，廣泛應用於電路的浪湧和ESD保護。通常情況下，在終端設備上用於過壓保護的器件一般採用TVS，壓敏電阻等保護器件，這類器件的保護電壓一般都是固定的，使用過程中需要根據用戶工作電壓的大小進行選擇，但在有些情況下，線路工作電壓是不確定的，這種情況我們一般選在最高使用的工作電壓進行浪湧或ESD的保護，我們知道這種方式其實是存在一種隱患的，線路上的任何過壓信號都會影響其正常工作。為解決這一問題，ST推出一種可編程的Thyristor，這種器件能夠很有效的解決SLIC電路的浪湧保護。但在低壓終端設備上，可編程的應用的TVS尚未推出。
發明內容本發明所要解決的技術問題在於提供一種低電容電壓可編程TVS器件，改進了傳統保護器件的固定電壓保護方式，提供了保護電壓可編程的保護電方式，結構具有低電容、低漏電流以及應用電壓可編程的特點，在門極接偏置電壓時，器件可以實現單雙向可編程過壓保護，保護電壓值的範圍可以從0.7V到TVS管的反向擊穿電壓VBRM。本發明所要解決的另一技術問題在於提供上述低電容電壓可編程的TVS器件的製造方法。本發明解決上述技術問題所採取的技術方案是一種低電容電壓可編程TVS器件，由閂鎖通路和低電容二極體的限壓保護通路構成，所述的TVS器件由PNP三極體、NPN三極體和TVS管構成，用於可編程保護及低電容和限制保護電壓上限，其中在閂鎖通路上，PNP三極體和NPN三極體構成閂鎖結構，輸入端接PNP三極體的發射極，PNP三極體的集電極接NPN三極體的基極，PNP三極體的基極接NPN三極體的集電極，NPN三極體的發射極接輸出端，且PNP三極體的集電極與TVS管的陽極相連，PNP三極體的基極與TVS管的陰極連接，構成器件的門極，用於可編程保護；在低電容限壓通路上，由兩個降容二極體和一個TVS器件組成，TVS管的陽極與第一導向二極體的陽極連接，TVS管的陰極與第二導向二極體的陰極連接，第二導向二極體的陽極接輸入端，第一導向二極體的陰極接輸出端，用於提供低電容和保護電壓上限；通過改變門極電位，實現在TVS擊穿電壓以內的過壓保護。TVS管及第二導向二極體通過共用的門極電極接控制端。PNP三極體、NPN三極體和TVS管組成的閂鎖通路構成保護器件的洩放通路，通過可編程門極對保護器件進行編程保護，實現保護電壓可編程的TVS保護器件。在上述方案的基礎上提供一種器件結構，所述的TVS管為反向應用，限壓通路及閂鎖通路共用同一TVS管，自下而上由P+襯底和N+埋層區構成；所述的第一導向二極體及第二導向二極體均為正向應用，其中，N-外延層由P+牆分割成N-外延層左邊區域和N-外延層右邊區域；第一導向二極體位於TVS管的右側，自下而上由與TVS管共用的陽極P+襯底、N-外延層右邊區域和陰極N+接觸區構成；第二導向二極體位於TVS管的正上方，自上而下由P+擴區陽極和N-外延層左邊區域陰極構成，N-外延層左邊區域與TVS管的N+埋層區相接；所述的PNP三極體為橫向三極體，從左到右依次由與第二導向二極體共用的P+擴區為PNP三極體的發射極、N-外延層左邊區域為基極，P+調整層和集電極P+牆構成；所述的NPN三極體為橫向三極體，從左到右依次由左側的N+接觸區、集電極N-外延層左邊區域、基極P+牆、發射極N-外延層右邊區域和右側的N+接觸區構成，左側的N+接觸區形成與N-外延層的歐姆接觸，右側的^接觸區形成與第一導向二極體陰極的歐姆接觸；第二導向二極體的P+擴區與中間金屬層連接，構成器件的輸入端電極，第一導向二極體的N+接觸區與右邊金屬層相連，構成輸出端電極，TVS管通過N-外延層和N+接觸與左邊金屬層連接，構成門極。發明的低電容電壓可編程TVS器件具有電壓可編程的特性，向輸入端電極施加的浪湧電流依次經過PNP管和NPN管構成的閂鎖通路，到達輸出端電極，當施加在輸入端電極上的電壓大於O.7V，並小於TVS管的擊穿電壓V^時，器件在可編程範圍內進行保護，這時，通過閂鎖通路上的電壓值等於門極電位Ve加上兩個三極體的正向保護壓降0.7V。當施加在輸入端電極上的浪湧電壓較大時，如果門極電壓過高的話，器件的限壓通路將直接進入導通狀態，閂鎖通路將會失去作用。因此門極編程電壓要小於TVS管的擊穿電壓VBK。本發明的低電容電壓可編程TVS器件具有低電容、低鉗位特點。兩個導向二極體均採用淡摻雜工藝，並且使用串聯形式，而且橫向PNP管和NPN管也都採用了低電容技術，因此器件電容很低。當施加在輸入端電極上的浪湧電壓較大時，如果流過閂鎖通路上的電流在TVS管的陰極上產生的壓降大於TVS管的擊穿電壓VBK，此時限壓通路進入導通狀態，一部分電流可以通過限壓通路進行洩放，從而可以降低器件的鉗位電壓。本發明中的低電容電壓可編程TVS管在版層結構上具有功能可選擇的特點，在製作過程中，增加了一層P+調整層版，用於調整PNP管的電流增益，在沒有P+調整層的情況下，橫向PNP管的電流增益很小，這種情況下器件不具備閂鎖條件，此時器件是一個可用於高速傳輸保護的低電容單向TVS。不具有電壓可編程特性，當增加P+調整層後，橫向PNP管的電流增益增加，器件滿足閂鎖條件，此時器件成為一個低電容電壓可編程的TVS。為了避免三極體因電流過大而燒壞，在版圖設計上PNP三極體和NPN三極體採用插指結構，從而增大器件的有效周長，提高了器件的耐電流能力。在上述方案的基礎上，左側的N+接觸區與多晶電阻連接，多晶電阻的一端經N+接觸區與N-外延層接觸，另一端與門極電極相連。在上述方案的基礎上，從電路原理上，所述TVS管的陰極與一正向二極體的陰極連接，正向二極體的陽極與門極電極相連。在上述方案的基礎上，根據保護要求，對於電源線需要保護的線路再提供一種器7件結構，所述的TVS管為反向應用，限壓通路及閂鎖通路共用同一TVS管，自下而上由P+襯底和N+埋層區構成；所述的第一導向二極體及第二導向二極體均為正向應用，其中N-外延層由P+牆分割成N-外延層左邊區域和N-外延層右邊區域；第一導向二極體位於TVS管的右側，自下而上由與TVS管共用的陽極P+襯底、N-外延層右邊區域和陰極N+接觸區構成；第二導向二極體位於TVS管的正上方，自上而下由陽極P+擴區和陰極N-外延層構成，N-外延層與TVS管的N+埋層區相連；所述的PNP三極體為橫向三極體，從左到右依次由與第二導向二極體共用的P+擴區為PNP三極體的發射極，基極N-外延層左邊區域，P+調整層和集電極P+牆構成；所述的NPN三極體為橫向三極體，從左到右依次由共用的集電極N-外延層左邊區域、基極P+牆、發射極N-外延層右邊區域和右側的N+接觸區構成，N+接觸區形成與第一導向二極體陰極的歐姆接觸；在N-外延層的左側形成P+擴區，構成正向二極體的陽極，形成門極電極的歐姆接觸；第二導向二極體的P+擴區與中間金屬層連接，構成器件的輸入端電極，第一導向二極體的N+接觸區與右邊金屬層相連，構成輸出端電極，TVS管通過正向二極體與左邊金屬層連接，構成門極。在上述方案的基礎上，根據保護需要，對於電源線與數據傳輸線需要隔離的保護，本發明的器件還可以在門極電極接一個電阻，電阻的一端接N-外延層，電阻的另一端接門極電極，可實現電源與數據線之間的隔離。在上述方案基礎上，根據保護需要，所述的TVS器件可作雙向使用，將第一低電容可編程TVS器件的輸入端電極與第二低電容可編程TVS器件的輸出端電極連接，並將第一TVS器件的輸出端電極與第二TVS器件的輸入端電極連接，兩個低電容可編程TVS器件的門極接公共端，構成三端雙向電壓可編程TVS器件。根據器件製作工藝不同，器件具有不同的可編程電壓上限，一般有5V，15V，24V，65V和70V。可編程電壓上限由TVS管的擊穿電壓VBK決定。針對上述的低電容電壓可編程TVS器件，提供一種具體的製造方法，包括下述步驟第一步在P+襯底中部摻雜磷元素製作N+埋層區，製成TVS管；第二步在TVS管整體的正上方生長一層N-外延層，然後在N-外延層中部靠右摻雜硼元素製作P+牆，通過高溫退火將P+牆與P+襯底連在一起，構成NPN三極體的基極，P+牆將N-外延層分割成N-外延層左邊區域，N-外延層右邊區域，N-外延層右邊區域為第一導向二極體的陰極；第三步在N-外延層左邊區域的中部摻雜硼元素製作P+擴區，構成第二導向二極體的陽極；第四步在P+擴區與P+牆之間製作P+調整層，構成PNP三極體，通過擴散退火調整PNP管的電流增益，使其接近0.5;第五步在外延層的左、右兩側分別摻磷元素製作兩個N+接觸區，左側的N+接觸區形成門極電極的歐姆接觸，右側的^接觸區形成第一導向二極體的陰極歐姆接觸；第六步在器件表面沉積一層金屬層，通過光刻將金屬層分成三部分，左側金屬層將左側N+接觸區引出，構成門極電極，中間金屬層將P+擴區引出，構成輸入端電極，右邊金屬層將右側N+接觸區引出，構成輸出端電極。在上述方案的基礎上，第一步中，P+襯底的硼元素摻雜濃度為2X10toms/cm33X1018atoms/cm3，N+埋層區的磷元素摻雜濃度為1.5X1019atoms/cm32X1021atoms/cm3;第二步中，外延層的磷元素摻雜濃度為5X1014atoms/cm32X1015atoms/cm3，P+牆的硼元素摻雜濃度2X1015atoms/cm34X1019atoms/cm3;第三步中，P+擴區的硼元素摻雜濃度為5X1017atoms/cm35X1019atoms/cm3;第四步中，P+調整層的硼元素摻雜濃度為6X1017atoms/cm38X1018atoms/cm3，結深為1.23iim;第五步中，N+接觸區的磷元素摻雜濃度為5X1017atoms/cm31X102°atoms/cm3。針對上述的包括多晶電阻的低電容電壓可編程TVS器件，提供另一種具體的製造方法，包括下述步驟第一步在P+襯底中部摻雜磷元素製作N+埋層區，製成TVS管；第二步在TVS管整體的正上方生長一層N-外延層，然後在N-外延層中部靠右摻雜硼元素製作P+牆，通過高溫退火將P+牆與P+襯底連在一起，構成NPN三極體的基極，P+牆將N-外延層分割成N-外延層左邊區域，N-外延層右邊區域，N-外延層右邊區域為第一導向二極體的陰極；第三步在N-外延層左邊區域的中部摻雜硼元素製作P+擴區，構成第二導向二極體的陽極；第四步在P+擴區與P+牆之間製作P+調整層，構成PNP三極體，通過擴散退火調整PNP管的電流增益，使其接近0.5;第五步在外延層的左、右兩側分別摻磷元素製作兩個N+接觸區，左側的N+接觸區形成門極電極的歐姆接觸，右側的^接觸區形成第一導向二極體的陰極歐姆接觸；第六步在左側的N+接觸區上設置多晶電阻；第七步在器件表面沉積一層金屬層，通過光刻將金屬層分成三部分，左側金屬層將多晶電阻的一端引出，構成門極電極，另一端經^接觸區與^外延層接觸，中間金屬層將P+擴區引出，構成輸入端電極，右邊金屬層將右側N+接觸區引出，構成輸出端電極。針對上述包括正向二極體的低電容電壓可編程TVS器件，提供第三種具體的製造方法，包括下述步驟第一步在P+襯底中部摻雜磷元素製作N+埋層區，製成TVS管；第二步在TVS管整體的正上方生長一層N-外延層，然後在N-外延層中部靠右摻雜硼元素製作P+牆，通過高溫退火將P+牆與P+襯底連在一起，構成NPN三極體的基極，P+牆將N-外延層分割成N-外延層左邊區域，N-外延層右邊區域，N-外延層右邊區域為第一導向二極體的陰極；第三步在N-外延層左邊區域的中部摻雜硼元素製作P+擴區，構成第二導向二極體的陽極；第四步在P+擴區與P+牆之間製作P+調整層，構成PNP三極體，通過擴散退火調整PNP管的電流增益，使其接近0.5;第五步在外延層的左側摻硼元素製作P+擴區，構成正向二極體的陽極，形成門極電極，在右側摻磷元素製作N+接觸區，形成第一導向二極體陰極的歐姆接觸；第六步在器件表面沉積一層金屬層，通過光刻將金屬層分成三部分，左側金屬層將P+擴區引出，構成門極電極，中間金屬層將P+擴區引出，構成輸入端電極，右邊金屬層將右側N+接觸區引出，構成輸出端電極。本發明的有益效果是本發明的電路具有低電容、低鉗位和保護電壓可編程的特點，能夠在工作電壓很寬的範圍實現浪湧和ESD的可編程保護。在製作工藝上，通過工藝版層選擇可以實現兩種不同功能的器件。圖1為本發明實施例1TVS器件的電路原理圖。圖2為本發明實施例1TVS器件的共模單向應用原理圖。圖3為本發明實施例1TVS器件的雙向保護應用原理圖。圖4為本發明實施例1TVS器件的側剖結構示意圖。圖5為完成TVS管後的器件俯視圖圖6為完成P+擴區和P+調整層後的器件俯視圖圖7為完成N+接觸區後的器件俯視圖圖8為本發明實施例1TVS管縱向濃度分布圖。圖9為本發明實施例1PNP三極體及NPN三極體濃度分布圖。圖10為本發明實施例2TVS器件的電路原理圖。圖11為本發明實施例2TVS器件的側剖結構示意圖。圖12為本發明實施例3TVS器件的電路原理圖。圖13為本發明實施例3TVS器件的側剖結構示意圖。附圖中標號說明10，10'_低電容可編程TVS器件11-輸入端12-輸出端13-門極20-電阻21-TVS管22-第一導向二極體23-第二導向二極體27-NPN三極體28-PNP三極體29-正嚮導向二極體31-P+襯底32-N-外延層32a_N-外延層左邊區域32b_N_外延層左邊區域33-左邊金屬層34-中間金屬層35-右邊金屬層41-N+埋層區42-P+牆43-P+擴區44-N+接觸區45-P+調整層46-N+接觸區10具體實施方式實施例1請參閱圖1為本發明實施例1TVS器件的電路原理圖所示，一種低電容電壓可編程TVS器件，由閂鎖通路和低電容二極體的限壓保護通路構成，所述的TVS器件由PNP三極體、NPN三極體和TVS管構成，用於可編程保護及低電容和限制保護電壓上限，其中在閂鎖通路上，PNP三極體28和NPN三極體27構成閂鎖結構，輸入端11接PNP三極體28的發射極，PNP三極體28的集電極接NPN三極體27的基極，PNP三極體28的基極接NPN三極體27的集電極，NPN三極體27的發射極接輸出端12，且PNP三極體28的集電極與TVS管21的陽極相連，PNP三極體28的基極與TVS管21的陰極連接，構成器件的門極13;限壓通路用於限制可編程電壓的上限，並實現低鉗位，在低電容限壓通路上，由兩個降容二極體和一個TVS器件組成，TVS管21的陽極與第一導向二極體22的陽極連接，TVS管21的陰極與第二導向二極體23的陰極連接，第二導向二極體23的陽極接輸入端ll，第一導向二極體22的陰極接輸出端12;通過改變門極電位，實現在TVS擊穿電壓以內的過壓保護。請參閱圖4為本發明實施例1TVS器件的側剖結構示意圖，圖5為製作TVS工藝俯視圖，圖6為製作P+牆工藝後的俯視圖，圖7為N+接觸區製作完成後的器件俯視圖，圖8為本發明實施例1TVS管縱向濃度分布圖和圖9為本發明實施例1PNP三極體及NPN三極體濃度分布圖所示，所述的TVS管21為反向應用，限壓通路及閂鎖通路共用同一TVS管21，自上而下由N+埋層區41和P+襯底31構成；所述的第一導向二極體22及第二導向二極體23均為正向應用，其中N-外延層32由P+牆42分割成N-外延層左邊區域32a和N_外延層右邊區域32b;第二導向二極體23位於TVS管21的正上方，自上而下由陽極P+擴區43和陰極N-外延層32構成，N-外延層32與TVS管21的N+埋層區41相連；第一導向二極體22位於TVS管21的右側，自上而下由陰極N+接觸區44、N_外延層右邊區域32b和與TVS管21共用的陽極P+襯底31構成；所述的PNP三極體28為橫向三極體，從左到右依次由與第二導向二極體23共用的P+擴區43(發射極)、基極N-外延層左邊區域32a，P+調整層45和集電極P+牆42構成，P+調整層45用於調整PNP三極體28的電流增益；所述的NPN三極體27為橫向三極體，從左到右依次由左側的N+接觸區46、集電極N-外延層左邊區域32a、基極P+牆42、發射極N_外延層右邊區域32b和右側的N+接觸區44構成，左側的N+接觸區46形成與N-外延層32的歐姆接觸，右側的N+接觸區44形成與第一導向二極體22陰極的歐姆接觸；第二導向二極體23的P+擴區43(第二導向二極體23的陽極，PNP三極體28的發射極)與中間金屬層34連接，構成器件的輸入端11電極，第一導向二極體22的N+接觸區44(第一導向二極體22的陰極，NPN三極體27的發射極)與右邊金屬層35相連，構成輸出端12電極，TVS管21通過N-外延層32(TVS管21的陰極，PNP三極體28的基極，NPN三極體27的集電極，第二導向二極體23的陰極)和N+接觸46與左邊金屬層33連接，構成門極13。低電容電壓可編程TVS器件的製造方法，包括下述步驟第一步在P+襯底31中部摻雜磷元素製作N+埋層區41，製成TVS管21;第二步在TVS管21整體的正上方生長一層N-外延層32，然後在N_外延層32中部靠右摻雜硼元素製作P+牆42，通過高溫退火將P+牆42與P+襯底31連在一起，構成NPN三極體27的基區，P+牆42將N-外延層32分割成N_外延層左邊區域32a，N_外延層右邊區域32b;第三步在N-外延層左邊區域32a的中部摻雜硼元素製作P+擴區43，構成第二導向二極體23的陽極；第四步在P+擴區43與P+牆42之間製作P+調整層45，構成PNP三極體28，通過擴散退火調整PNP三極體28的電流增益(P+擴區43、N-外延層左邊區域32a和P+牆42)的電流增益，使其大於等於0.5;第五步在外延層32的左、右兩側分別摻磷元素製作兩個N+接觸區46、44，左側的N+接觸區46形成門極13電極的歐姆接觸，右側的N+接觸區44形成第一導向二極體22陰極的歐姆接觸；第六步在器件表面沉積一層金屬層，通過光刻將金屬層分成三部分，左側金屬層33將左側N+接觸區46引出，構成門極13電極，中間金屬層34將P+擴區43引出，構成輸入端ll電極，右邊金屬層35將右側N+接觸區44引出，構成輸出端12電極。本實施例的低電容雙向ESD器件在製作過程中各層摻雜濃度的最小值和最大值均列於表1中，在製作完成後測得的中部區域A及邊側區域B、C的摻雜濃度分布如圖6、圖7所示。由於當上層摻雜層將下層摻雜層覆蓋後會使下層摻雜層的摻雜濃度下降，因此表1中各層的摻雜濃度均略高於圖6、7中所示的實測摻雜濃度。其典型電容值只有O.3pF，能夠很好地應用於手機、3G設備等高速數據接口上。表l各層摻雜濃度範圍tableseeoriginaldocumentpage12請參閱圖2為本發明實施例1TVS器件的共模單向應用原理圖所示，低電容電壓可編程TVS器件可用於共模和差模的可編程保護，TVS器件10輸入端11電極接數據傳輸信號線，輸出12端電極接地，門極13電極接偏置電壓Vbias，可實現共模保護；TVS器件IO輸入端11電極和輸出端12電極接數據傳輸信號線，門極13接偏置電壓Vbias，可實現差模保護。請參閱圖3為本發明實施例1TVS器件的雙向保護原理圖所示，所述的TVS器件IO可作雙向使用，將第一低電容可編程TVS器件10的輸入端11電極與第二低電容可編程TVS器件10'的輸出端12'電極連接，並將第一低電容可編程TVS器件10的輸出端12電極與第二低電容可編程TVS器件10'的輸入端ll'電極連接，兩個低電容可編程TVS器件的門極13接公共端，構成三端雙向電壓可編程TVS器件。實施例2請參閱圖10為本發明實施例2TVS器件的電路原理圖和圖11為本發明實施例2TVS器件的側剖結構示意圖所示，其他結構及製造方法第一步至第四步均與實施例1相同。第五步在外延層32a的左側摻硼元素製作P+擴區24，構成正嚮導向二極體29的陽極，形成門極13電極的歐姆接觸，在右側摻磷元素製作N+接觸區44，形成第一導向二極體22陰極的歐姆接觸；第六步在器件表面沉積一層金屬層，通過光刻將金屬層分成三部分，左側金屬層33將P+擴區24引出，構成門極13電極，中間金屬層34將P+擴區43引出，構成輸入端11電極，右邊金屬層35將右側N+接觸區44引出，構成輸出端12電極。實施例3請參閱圖12為本發明實施例3TVS器件的電路原理圖和圖13為本發明實施例3TVS器件的側剖結構示意圖所示，其他結構及製造方法第一步至第五步均與實施例1相同。第六步在左側的N+接觸區46上連接多晶電阻20;第七步在器件表面沉積一層金屬層，通過光刻將金屬層分成三部分，左側金屬層33將多晶電阻20的一端引出，構成門極13電極，另一端經N+接觸區46與N-外延層32接觸，中間金屬層34將P+擴區43引出，構成輸入端11電極，右邊金屬層35將右側N+接觸區44引出，構成輸出端12電極。由此構成包括多晶電阻的低電容可編程TVS器件。權利要求一種低電容電壓可編程TVS器件，由閂鎖通路和低電容二極體的限壓保護通路構成，所述的TVS器件由PNP三極體、NPN三極體和TVS管構成，用於可編程保護及低電容和限制保護電壓上限，其特徵在於在閂鎖通路上，PNP三極體(28)和NPN三極體(27)構成閂鎖結構，輸入端(11)接PNP三極體(28)的發射極，PNP三極體(28)的集電極接NPN三極體(27)的基極，PNP三極體(28)的基極接NPN三極體(27)的集電極，NPN三極體(27)的發射極接輸出端(12)，且PNP三極體(28)的集電極與TVS管(21)的陽極相連，PNP三極體(28)的基極與TVS管(21)的陰極連接，構成器件的門極(13)；在低電容限壓通路上，由兩個降容二極體和一個TVS器件組成，TVS管(21)的陽極與第一導向二極體(22)的陽極連接，TVS管(21)的陰極與第二導向二極體(23)的陰極連接，第二導向二極體(23)的陽極接輸入端(11)，第一導向二極體(22)的陰極接輸出端(12)；通過改變門極電位，實現在TVS擊穿電壓以內的過壓保護。2.根據權利要求1所述的低電容電壓可編程TVS器件，其特徵在於所述的TVS管(21)為反向應用，限壓通路及閂鎖通路共用同一TVS管(21)，自下而上由P+襯底(31)和N+埋層區(41)構成;所述的第一導向二極體(22)及第二導向二極體(23)均為正向應用，其中，N-外延層(32)由P+牆(42)分割成N-外延層左邊區域(32a)和N_外延層右邊區域(32b);第一導向二極體(22)位於TVS管(21)的右側，自下而上由與TVS管(21)共用的陽極P+襯底(31)、N-外延層右邊區域(32b)和陰極N+接觸區(44)構成；第二導向二極體(23)位於TVS管(21)的正上方，自上而下由P+擴區(43)陽極和N-外延層左邊區域(32a)陰極構成，N-外延層左邊區域(32a)與TVS管(21)的N+埋層區(41)相接；所述的PNP三極體(28)為橫向三極體，從左到右依次由與第二導向二極體(23)共用的P+擴區(43)為PNP三極體(28)的發射極、N-外延層左邊區域(32a)為基極，P+調整層(45)和集電極P+牆(42)構成;所述的NPN三極體(27)為橫向三極體，從左到右依次由左側的N+接觸區(46)、集電極N-外延層左邊區域(32a)、基極P+牆(42)、發射極N-外延層右邊區域(32b)和右側的N+接觸區(44)構成，左側的N+接觸區(46)形成與N-外延層(32)的歐姆接觸，右側的N+接觸區(44)形成與第一導向二極體(22)陰極的歐姆接觸；第二導向二極體(23)的P+擴區(43)與中間金屬層(34)連接，構成器件的輸入端(11)電極，第一導向二極體(22)的N+接觸區(44)與右邊金屬層(35)相連，構成輸出端(12)電極，TVS管(21)通過N-外延層(32)和N+接觸(46)與左邊金屬層(33)連接，構成門極(13)。3.根據權利要求2所述的低電容電壓可編程TVS器件，其特徵在於左側的N+接觸區(46)與多晶電阻(20)連接，多晶電阻(20)的一端經N+接觸區(46)與N-外延層(32)接觸，另一端與門極(13)電極相連。4.根據權利要求2所述的低電容電壓可編程TVS器件，其特徵在於所述TVS管(21)的陰極與一正向二極體(29)的陰極連接，正向二極體(29)的陽極與門極(13)電極相連。5.根據權利要求4所述的低電容電壓可編程TVS器件，其特徵在於所述的TVS管(21)為反向應用，限壓通路及閂鎖通路共用同一TVS管(21)，自下而上由P+襯底(31)和N+埋層區(41)構成;所述的第一導向二極體(22)及第二導向二極體(23)均為正向應用，其中，N-外延層(32)由P+牆(42)分割成N-外延層左邊區域(32a)和N_外延層右邊區域(32b);第一導向二極體(22)位於TVS管(21)的右側，自下而上由與TVS管(21)共用的陽極P+襯底(31)、N-外延層右邊區域(32b)和陰極N+接觸區(44)構成；第二導向二極體(23)位於TVS管(21)的正上方，自上而下由陽極P+擴區(43)和陰極N-外延層(32)構成，N-外延層(32)與TVS管(21)的N+埋層區(41)相連；所述的PNP三極體(28)為橫向三極體，從左到右依次由與第二導向二極體(23)共用的P+擴區(43)為PNP三極體(28)的發射極，基極N-外延層左邊區域(32a)，P+調整層(45)和集電極P+牆(42)構成;所述的NPN三極體(27)為橫向三極體，從左到右依次由共用的集電極N-外延層左邊區域(32a)、基極P+牆(42)、發射極N-外延層右邊區域(32b)和右側的N+接觸區(44)構成，N+接觸區(44)形成與第一導向二極體(22)陰極的歐姆接觸；在N-外延層(32)的左側形成P+擴區(24)，構成正向二極體(29)的陽極，形成門極(13)電極的歐姆接觸;第二導向二極體(23)的P+擴區(43)與中間金屬層(34)連接，構成器件的輸入端(11)電極，第一導向二極體(22)的N+接觸區(44)與右邊金屬層(35)相連，構成輸出端(12)電極，TVS管(21)通過正向二極體(29)與左邊金屬層(33)連接，構成門極(13)。6.針對權利要求1至5之一所述的低電容電壓可編程TVS器件的用途，其特徵在於所述的低電容可編程TVS器件作雙向使用，將第一低電容可編程TVS器件(10)的輸入端(11)電極與第二低電容可編程TVS器件(IO')的輸出端(12')電極連接，並將第一低電容可編程TVS器件(10)的輸出端(12)電極與第二低電容可編程TVS器件(IO')的輸入端(ll')電極連接，兩個低電容可編程TVS器件的門極(13)接公共端，構成三端雙向電壓可編程TVS器件。7.針對權利要求13之一所述的低電容電壓可編程TVS器件的製造方法，其特徵在於包括下述步驟第一步在P+襯底(31)中部摻雜磷元素製作N+埋層區(41)，製成TVS管(21);第二步在TVS管(21)整體的正上方生長一層N-外延層(32)，然後在N-外延層(32)中部靠右摻雜硼元素製作P+牆(42)，通過高溫退火將P+牆(42)與P+襯底(31)連在一起，形成NPN三極體(27)的基極，P+牆(42)將N-外延層(32)分割成N-外延層左邊區域(32a)，N-外延層右邊區域(32b)，N-外延層右邊區域(32b)為第一導向二極體(22)的陰極；第三步在N-外延層左邊區域(32a)的中部摻雜硼元素製作P+擴區(43)，構成第二導向二極體(23)的陽極；第四步在P+擴區(43)與P+牆(42)之間製作P+調整層(45)，調整PNP三極體(28)的電流放大倍數；第五步在外延層(32)的左、右兩側分別摻磷元素製作兩個N+接觸區(46)、(44)，左側的N+接觸區(46)形成門極(13)電極的歐姆接觸，右側的N+接觸區(44)形成第一導向二極體(22)陰極的歐姆接觸；第六步在器件表面沉積一層金屬層，通過光刻將金屬層分成三部分，左側金屬層(33)將左側N+接觸區(46)引出，構成門極(13)電極，中間金屬層(34)將P+擴區(43)引出，構成輸入端(11)電極，右邊金屬層(35)將右側N+接觸區(44)引出，構成輸出端(12)電極。8.根據權利要求7所述的低電容電壓可編程TVS器件，其特徵在於第一步中，P+襯底(31)的硼元素摻雜濃度為2X1015atoms/cm33X1018atoms/cm3，N+埋層區(41)的磷元素摻雜濃度為1.5X1019atoms/cm32X1021atoms/cm3;第二步中，外延層(32)的磷元素摻雜濃度為5X1014atoms/cm32X1015atoms/cm3，P+牆(42)的硼元素摻雜濃度2X1015atoms/cm34X1019atoms/cm3;第三步中，P+擴區(43)的硼元素摻雜濃度為5X1017atoms/cm35X1019atoms/cm3;第四步中，P+調整層(45)的硼元素摻雜濃度為6X10"atoms/ci^8Xl(^atoms/cm3，結深為1.23iim;第五步中，N+接觸區(46)、(44)的磷元素摻雜濃度為5X1017atoms/cm31X1020atoms/cm3。9.針對權利要求1至3之一所述的低電容電壓可編程TVS器件的製造方法，其特徵在於包括下述步驟第一步在P+襯底(31)中部摻雜磷元素製作N+埋層區(41)，製成TVS管(21);第二步在TVS管(21)整體的正上方生長一層N-外延層(32)，然後在N-外延層(32)中部靠右摻雜硼元素製作P+牆(42)，通過高溫退火將P+牆(42)與P+襯底(31)連在一起，構成NPN三極體(27)的基區，P+牆(42)將N-外延層(32)分割成N-外延層左邊區域(32a)，N-外延層右邊區域(32b);第三步在N-外延層左邊區域(32a)的中部摻雜硼元素製作P+擴區(43)，構成第二導向二極體(23)的陽極；第四步在P+擴區(43)與P+牆(42)之間製作P+調整層(45)，調整PNP三極體(28)的電流放大倍數；第五步在外延層(32)的左、右兩側分別摻磷元素製作兩個N+接觸區(46)、(44)，左側的N+接觸區(46)形成門極(13)電極的歐姆接觸，右側的N+接觸區(44)形成第一導向二極體(22)陰極的歐姆接觸；第六步在左側的N+接觸區(46)上連接多晶電阻(20);第七步在器件表面沉積一層金屬層，通過光刻將金屬層分成三部分，左側金屬層(33)將多晶電阻(20)引出，構成門極(13)電極，中間金屬層(34)將P+擴區(43)引出，構成輸入端(11)電極，右邊金屬層(35)將右側N+接觸區(44)引出，構成輸出端(12)電極。10.針對權利要求4或5所述的低電容電壓可編程TVS器件的製造方法，其特徵在於包括下述步驟第一步在P+襯底(31)中部摻雜磷元素製作N+埋層區(41)，製成TVS管(21);第二步在TVS管(21)整體的正上方生長一層N-外延層(32)，然後在N-外延層(32)中部靠右摻雜硼元素製作P+牆(42)，通過高溫退火將P+牆(42)與P+襯底(31)連在一起，構成NPN三極體(27)的基區，P+牆(42)將N-外延層(32)分割成N-外延層左邊區域(32a)，N-外延層右邊區域(32b);第三步在N-外延層左邊區域(32a)的中部摻雜硼元素製作P+擴區(43)，構成第二導向二極體(23)的陽極；第四步在P+擴區(43)與P+牆(42)之間製作P+調整層(45)，用於調整PNP三極體(28)的電流放大倍數；第五步在外延層(32a)的左側摻硼元素製作P+擴區(24)，構成正向二極體(29)的陽極，形成門極(13)電極，在右側摻磷元素製作N+接觸區(44)，形成第一導向二極體(22)陰極的歐姆接觸；第六步在器件表面沉積一層金屬層，通過光刻將金屬層分成三部分，左側金屬層(33)將P+擴區(24)引出，構成門極(13)電極，中間金屬層(34)將P+擴區(43)引出，構成輸入端(11)電極，右邊金屬層(35)將右側N+接觸區(44)引出，構成輸出端(12)電極。全文摘要本發明涉及低電容電壓可編程TVS器件及其製造方法，由閂鎖通路和限壓保護通路構成，在閂鎖通路上，PNP三極體和NPN三極體構成閂鎖結構，輸入端接PNP三極體的發射極，PNP三極體的集電極接NPN三極體的基極，PNP三極體的基極接NPN三極體的集電極，NPN三極體的發射極接輸出端，且PNP三極體的集電極與TVS管的陽極相連，PNP三極體的基極與TVS管的陰極連接，構成器件的門極；在限壓通路上，由兩個降容二極體和一TVS器件組成，TVS管陽極與第一導向二極體陽極連接，TVS管陰極與第二導向二極體陰極連接，第二導向二極體陽極接輸入端，第一導向二極體陰極接輸出端；通過改變門極電位，實現在TVS擊穿電壓以內的可編程保護和過壓保護。文檔編號H01L27/07GK101771042SQ20091024804公開日2010年7月7日申請日期2009年12月31日優先權日2009年12月31日發明者葉力,吳興農,張關保,張婷,蘇海偉申請人:上海長園維安微電子有限公司