芯导科技技术沉淀 发明双向TVS器件的制备方案

11月12日，芯导科技发布科创板上市招股意向书、上市发行安排及初步询价公告，预计近期将正式登陆科创板上市。其在TVS、MOSFET、肖特基等功率器件方面具有较强的技术积累，同时拥有良好的市场口碑。

TVS器件，可理解为瞬态二极管，这是一种二极管形式的高效能保护器件。TVS器件能在极短时间内承受反向电压冲击，使两极间的电压钳位于一个特定电压上，避免后面的电路受到冲击。其中，双向TVS器件可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲。

目前市场上有多种低电容双向TVS器件的产品结构中：对于电容值在1pF以下的TVS器件，通常在器件结构中串联普通二极管的方式降低整体电容；对于电容值在2～5pF范围的TVS器件，通常采用减小有源区的面积来满足容值的需求。

但是减小有源区面积的同时，TVS器件的浪涌能力以及ESD防护能力也会随之减小，这与市场需求的低电容产品高ESD防护能力相矛盾，因此，仅仅减小有源区面积很难满足器件高浪涌、高ESD防护能力的需求。

为解决该难题，芯导科技在2021年8月20日申请了一项名为“双向TVS器件及其制备方法、电子设备”的发明专利（申请号：202110958513.3），申请人为上海芯导电子科技股份有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图，为该专利中发明的双向TVS器件的结构示意图，这种双向TVS器件包括：衬底101、外延层102、有源区105、隔离槽、主氧化层103、图形化的第一金属层106以及第二金属层109。其中，外延层设置于衬底的上侧方，其材料通常选用P型外延层，且厚度可根据需求进行配置。

隔离槽从外延层的表面延申至沉底内，其贯穿外延层而延申至衬底内，其具有的隔离功能可以将使得各有源区分隔独立，能够防止各个有源区之间横向电场的干扰。基于隔离槽的深度，可以将不同的外延层部隔离开来，并且其中填充有槽内多晶硅107。在这种结构中，有源区为N+有源区，衬底为N型衬底，外延层为P型外延层，因此三者可形成NPN结构。

该方案基于填充有多晶硅的隔离槽，其贯穿外延层而延伸至衬底，因此可改善PN结结边缘的电势分布，增强器件的防浪涌能力，同时，槽内填充的多晶硅也可进一步提升防浪涌能力。

此外，该双向TVS器件还包括有钝化层104，钝化层设置于主氧化层和第一金属层的相背于外延层的一侧，其能够减少氧化层中的各种电荷，可以保护电路及内部互连线免受机械和化学损伤，达到增强器件对离子玷污的阻挡能力，从而起到保护作用的材料层。

如上图，为这种双向TVS器件的制备方法的流程示意图，该方案首先在衬底上生长外延层。当有了外延层后，即可在其上制作隔离槽，并在隔离槽内填充槽内多晶硅，其中需要执行包括掩膜形成、刻蚀、生长等多个步骤。

其次，在对应的两个隔离槽间的外延层部分形成有源区域，第一PN结和第二PN结就形成于该区域中。并且外延层、有源区域和隔离槽的槽口沉淀主氧化层，在主氧化层上刻蚀出接触孔，通过接触孔图形化第一金属材料，其穿过接触孔与有源区连接。

最后，在第一金属层和主氧化层表面淀积钝化层，在衬底的第二侧淀积第二金属材料以形成第二金属层，最终形成的双向的低容TVS器件。

以上就是芯导科技发明的双向TVS器件及其制备方法，相对于嵌入普通二极管的结构形式，该方案中的结构不仅可有效避免有源区面积减小后ESD防护能力弱的问题，也具备制造工艺简单的优点，从而可以降低其制造成本。