浪涌保护器件的制作方法

1.本申请涉及浪涌保护器件。


背景技术：

2.半导体加工技术和相关的封装技术继续缩放到较小的尺寸，这在实现静电放电(esd)和电(电压和/或电流)浪涌保护目标规范方面提出了挑战。比如，即使它们的尺寸缩放，用于移动应用的小型封装件和半导体器件仍必须保持可接受的esd和电浪涌保护(统称为浪涌保护)性能。电流保护方法不能在此类小型封装件中实现足够的电浪涌保护，并且还难以在浪涌事件期间提供足够低的剩余电压以防止对相关联的半导体器件、特别是对于在电力应用中使用的半导体器件(例如，在具有快速充电的usb c型移动电力应用中实施的器件)造成损坏(例如，热损坏)。


技术实现要素：

3.在总体方面，一种装置可包括第一导电类型的半导体层和设置在该半导体层中的横向双极器件。该装置可进一步包括隔离沟槽，该隔离沟槽设置在该横向双极器件的基极区域中的该半导体层中。该隔离沟槽可设置在该横向双极器件的发射极注入物与该横向双极器件的集电极注入物之间。该发射极注入物和该集电极注入物可为与该第一导电类型相反的第二导电类型。
附图说明
4.图1a和图2a是示意性地示出横向浪涌保护器件的框图。
5.图1b和图2b是分别示出图1a和图2a的横向浪涌保护器件的电气示意图的图。
6.图3是示出图1a和图1b的横向浪涌保护器件的实施方式的截面视图的图。
7.图4是示出图2a和图2b的横向浪涌保护器件的实施方式的截面视图的图。
8.图5是示出比较图3和图4的器件与当前实施方式的浪涌保护性能的仿真结果的曲线图。
9.图6a和图6b是分别示出掺杂浓度和隔离沟槽深度对图3的器件的实施方式的操作的影响的曲线图。
10.图7a、图7b和图8是示出图4的器件的实施方式的操作的曲线图。
11.图9是示出布局、掺杂浓度和沟槽深度对图3的器件的实施方式的操作的影响的曲线图。
12.图10、图11、图12、图13、图14、图15示出了实施为横向npn晶体管(诸如图3的器件的变型)的横向浪涌保护器件的各种实施方式。
13.图16、图17、图18、图19、图20、图21、图22、图23示出了实施为横向可控硅整流器(scr)(诸如图4的器件的变型)的横向浪涌保护器件的各种实施方式。
14.图24是示出了横向scr器件(诸如图21的器件)的一部分的设计布局的图。
具体实施方式
15.在下面的详细描述中(和在附图中)描述并示出了横向浪涌保护器件(及它们的操作)的多个示例实施方式。示出的器件包括多个相似的方面以及从一个示出的实施方式到另一实施方式的多个变型。在本文公开的实施方式中，横向浪涌保护器件可以包括隔离沟槽，该隔离沟槽设置在用于电浪涌保护的横向(例如，寄生)双极器件(例如，双极晶体管、双极可控硅整流器(scr)等)的基极(例如，基极区域)中。
16.在本文描述的示例实施方式中，此类隔离沟槽可以被配置为调整(例如，调谐、改变、调节等)横向浪涌保护器件的操作，以提供比当前方法改进的浪涌保护性能。比如，此类隔离沟槽可以用于调节浪涌保护器件中包括的双极晶体管的贝塔(β)，这可以用于建立期望的击穿电压和/或快速回缩操作特性。进一步地，此类隔离沟槽可以通过改变浪涌保护器件的基极的几何形状(例如，基极电流在隔离沟槽下方而不是横向流动)来增加浪涌保护器件的电流密度能力(例如，每平方的电流)。进一步地，在本文公开的实施方式中，横向浪涌保护器件的其他方面也可以被实施为调整器件的操作。此类方面可以包括衬底(或外延层)掺杂浓度、注入物的布局和尺寸设计、阱区域的位置等。
17.在一些实施方案中，一个实施方式的一个或多个方面可以同样地在一个或多个其他实施方式中实施。比如，在一个示例实施方式中示出的注入物(例如，集电极、发射极和/或基极注入物)的布置和相对尺寸也可以在其他实施方式中实施。进一步地，出于简洁和清楚的目的，可能不必相对于附图中的每个附图来讨论附图中示出的实施方式的每个元件和方面。
18.另外，为清楚起见，在附图中图示和以下描述(在单个附图中以及从附图到附图)的实施方式中，给定元件或方面的每个实例都可以不以专用附图标记来引用。此外，在所有附图中，各种实施方式的类似和/或相似的元件和方面可以(尽管不是必须)用类似的附图标记或相似的附图标记来引用。
19.另外，示例横向浪涌保护器件在本文被描述实现为具有用于特定注入物和/或区域的特定导电类型(例如，n型或p型)。这些注入物和/或区域中的每个的掺杂浓度可以基于特定的实施方式而变化。为了说明的目的，并且作为示例，在某些实例中，给出了掺杂浓度的定量示例，而在其他实例中，给出了掺杂浓度的定性示例(例如，轻掺杂、重掺杂、非常重掺杂等)。进一步地，在一些实施方式中，所描述的各个区域的导电类型可以反转。即，被描述为n型的示例器件的区域可以被实现为p型，反之亦然。
20.图1a是示意性示出横向浪涌保护器件100的框图。在该示例中，使用横向双极晶体管(例如，npn晶体管110)来实施横向浪涌保护器件100。如图1a所示，npn晶体管110耦接在节点120和电接地130之间。如本文所述，节点120可以是通过保护器件(例如本示例中的npn晶体管110)保护免受电浪涌事件(例如，静电放电(esd)事件、电压浪涌事件和/或电流浪涌事件)的半导体器件的节点(例如，信号节点、信号焊盘等)。为了本公开的目的，将在半导体器件中要保护的节点(例如，晶体管栅极端子等)称为节点120，而将耦接到示例保护器件的电接地称为130。在此类实施方式中，浪涌保护器件可以被配置为吸收(传导、通信等)在被保护的节点120与电接地130之间的电浪涌事件，结果是这可以保护对应的半导体器件的元件(例如，栅极电介质、晶体管等)受到此类电浪涌事件的损坏。
21.在图1a的示例实施方式中，npn晶体管110包括集电极112(例如，n型集电极区域)、
发射极114(例如，n型发射极区域)和基极116(例如，p型基极区域)。虽然这些区域在图1a中示意性地示出，但是在本文所述的实施方式中，集电极112、发射极114和基极116中的每个可分别包括对应的横向浪涌保护器件100的多个部分。即，集电极112、发射极114和基极116中的每个可以包括一个或多个注入物、一个或多个阱和/或用于实施诸如至少在图3和图10至图15中所示的示例实施方式中的横向浪涌保护器件100(或其他横向浪涌保护器件)的衬底或外延层的一部分。
22.同样如图1a所示，npn晶体管110包括隔离沟槽118，该隔离沟槽设置在(处于、位于等)基极116(基极区域)中。如上所述，隔离沟槽118可以被配置为调整(调谐、改变、调节等)横向浪涌保护器件100的操作，以在对应的半导体器件(例如，集成电路)中提供期望的浪涌保护性能。
23.图1b是示出图1a的横向浪涌保护器件100的电气示意图的图。如图1b所示，横向浪涌保护器件100包括耦接在节点120和电接地130之间的npn晶体管110。同样如图1b所示，横向浪涌保护器件100还包括耦接在基极116和电接地130之间的电阻器111。在该示例(以及本文所述的其他示例实施方式，诸如图3和图10至图15中)中，电阻器111可以是诸如在图3的示例实施方式中的npn晶体管110的基极116(例如，基极区域)和发射极114(例如，发射极区域)的组合电阻。
24.图2a是示意性示出另一横向浪涌保护器件140的框图。在该示例中，使用横向双极scr(例如，scr 150)来实施横向浪涌保护器件140，该横向浪涌保护器件可以被实施为pnpn双极器件(例如，在背对背布置中可以包括pnp晶体管160和npn晶体管170)。如图2a所示，与图1a和图1b的npn晶体管110一样，scr 150耦接在节点120(受保护的节点)和电接地130之间，以保护耦接到节点120的对应半导体器件的元件(例如，栅极电介质、晶体管等)免受电浪涌事件造成的损坏。
25.在图2a的示例实施方式中，scr 150的pnp晶体管160包括集电极162(例如，p型集电极区域)、发射极164(例如，p型发射极区域)和基极166(例如，n型基极区域)。进一步地，npn晶体管170包括与(例如，由横向浪涌保护器件200的相同元件限定的)pnp晶体管160的基极166共用的集电极172(例如，n型集电极区域)、发射极174(例如，n型发射极区域)和与(例如，由横向浪涌保护器件200的相同元件限定的)pnp晶体管160的集电极162共用的基极176(例如，p型基极区域)。
26.与横向浪涌保护器件100一样，在图2a中示意性地示出了pnp晶体管160和npn晶体管170的区域，在本文描述的实施方式中，这些区域中的每个区域可以包括对应的横向浪涌保护器件200的相应的多个部分。即，集电极162和172、发射极164和174以及基极166和176中的每个可分别包括一个或多个注入物、一个或多个阱和/或用于实施诸如至少在图4和图16至图24中示出的示例实施方式中的横向浪涌保护器件200的衬底或外延层的一部分。
27.同样如图2a所示，scr 150包括隔离沟槽158，该隔离沟槽设置在(例如，处于、位于等)pnp晶体管160的基极166(基极区域)和npn晶体管170的集电极172(集电极区域)中。如以上关于横向浪涌保护器件100的隔离沟槽118所述，横向浪涌保护器件200的隔离沟槽158可以被配置为调整(例如，调谐、改变、调节等)横向浪涌保护器件200的操作，以在对应的半导体器件(例如集成电路)中提供期望的浪涌保护性能。
28.图2b是示出图2a的横向浪涌保护器件200的电气示意图的图。如图2b所示，横向浪
涌保护器件200包括耦接在节点120和电接地130之间的scr150。同样如图2b所示，横向浪涌保护器件200还包括电阻器161和电阻器171，在横向浪涌保护器件200中，电阻器161耦接在pnp晶体管160的基极166和节点120(例如，受保护的节点)之间，而电阻器171耦接在npn晶体管170的基极176和电接地130之间。在该示例(以及本文描述的其他示例实施方式，诸如图4和图16至图24中)中，电阻器161可以是pnp晶体管160的基极166(例如，基极区域)和发射极164(例如，发射极)的组合电阻，而电阻171可以是npn晶体管170的基极176(例如，基极区域)和发射极174(例如，发射极区域)的组合电阻。注意到电阻器161也可以被认为包括npn晶体管172的集电极172的电阻，因为集电极172与pnp晶体管160的基极166共用。同样，电阻器171也可以被认为包括pnp晶体管160的集电极162的电阻，因为集电极162与npn晶体管170的基极176共用。
29.图3是示出可以实施图1a和图1b的横向浪涌保护器件100的横向浪涌保护器件300(例如，包括npn晶体管110)的截面视图的图。在一些实施方式中，图3中所示的横向浪涌保护器件300可以是npn晶体管的部段(例如，单元等)。即，在一些实施方式中，图3中所示的npn晶体管110的多个实例可以互连以形成单个npn晶体管，或形成多个npn晶体管。如图3所示，npn晶体管110可以具有可以在10μm
‑
15μm量级的节距p。注意，图3的npn晶体管110可以延伸到页面之中和之外，并且特征(诸如沟槽318和/或沟槽319)可以形成相应的条和/或周界。比如，在一些实施方式中，沟槽318和319可以至少部分地在npn晶体管110的每个单元周围或者在包括图3中所示的单元的多个实例的npn晶体管周围形成周界。此类沟槽实施方式的示例在图24中示出。
30.如同图1a至图1b的横向浪涌保护器件100和图2a至图2b的横向浪涌保护器件140，图3中的npn晶体管110耦接在节点120(受保护的节点)和电接地130之间。在横向浪涌保护器件300中，使用第一信号金属(指示为120)、通孔124、第二信号金属122和触点126来实施节点120。类似地，在图3中，使用第三信号金属(指示为130)、通孔134、第四信号金属132和触点136来实施电接地130。在一些实施方式中，节点120的第一信号金属和电接地130的第三信号金属可以是第一图案化信号金属层的部分，而节点120的第二信号金属122和电接地130的第三信号金属132可以是第二图案化信号金属层的部分。在一些实施方式中，横向浪涌保护器件300的信号金属层中的每个信号金属层可以为2
‑
3微米(μm)厚或更厚。与使用更少或更薄的信号金属层的浪涌保护器件相比，对于节点120和电接地130中的每个使用两个或更多个此类信号金属层可以允许增加的载流能力。此类增加的载流能力可以防止在电浪涌事件期间对横向浪涌保护器件300的损坏(例如，热损坏)。
31.如图3所示，npn晶体管110可以实施在半导体层310中。在一些实施方式中，半导体层310可以是轻掺杂的p型衬底，或者可以是轻掺杂的p型外延层(例如，设置在p型衬底或n型衬底上)。图3的横向浪涌保护器件300还包括集电极注入物312(例如，非常重掺杂的n型注入物)、发射极注入物314(例如，非常重掺杂的n型注入物)和基极注入物316(例如，非常重掺杂的p型注入物)。在横向浪涌保护器件300中，集电极注入物312与节点120电耦合，而集电极注入物314和基极注入物316与电接地130电耦合。
32.在横向浪涌保护器件300中，npn晶体管110的基极区域可以包括基极注入物316和半导体层310的一部分(例如，半导体层310的在集电极注入物312和发射极注入物314之间的一部分)。如图3所示，隔离沟槽318可以设置在半导体层310的包括在npn晶体管110的基
极区域中的部分中。取决于特定的实施方式，隔离沟槽318可以具有设置在其中的电介质和/或未掺杂的多晶硅。
33.在横向浪涌保护器件300中，沟槽318设置在集电极注入物312与发射极注入物314和基极注入物316之间。如以上关于隔离沟槽118所讨论的，沟槽318可以被配置为调节(例如，调谐、修改、控制等)横向浪涌保护器件300的操作，例如以实现横向浪涌保护器件300的期望性能行为。即，沟槽318可以被配置为修改npn晶体管110的基极区域，例如，调节npn晶体管110的β，在沟槽318下方引导基极电流(例如，在发射极注入物314和集电极注入物312之间)等，从而实现了横向浪涌保护器件300的期望的操作。如上所述，横向浪涌保护器件300的其他方面，诸如半导体层310的掺杂浓度、注入物的布置和尺寸等也可以被配置(建立、利用等)以调节横向浪涌保护器件300的操作以实现期望的浪涌保护性能。
34.图4是示出可以实施图2a和图2b的横向浪涌保护器件140的横向浪涌保护器件400(例如，包括scr 150)的截面视图的图。在一些实施方式中，图4中所示的横向浪涌保护器件400可以是scr 150的部段(例如，单元等)。即，在一些实施方式中，图4中所示的scr 150的多个实例可以互连以形成单个scr或形成多个scr。如图4所示，如同图3的横向浪涌保护器件300，scr150可以具有可以为10μm
‑
15μm量级的节距p。注意，如同横向浪涌保护器件300，图4中所示的scr 150的特征可以延伸到页面之中和之外，并且特征(诸如沟槽458和/或沟槽459)可以形成相应的条和/或周界。比如，在一些实施方式中，沟槽418和419可以至少部分地在横向浪涌保护器件140的每个单元周围或在包括图4中所示的单元的多个实例的scr周围形成周界。如以上关于图3所述的，在图24中示出了此类沟槽实施方式的示例。
35.如同图1a至图1b的横向浪涌保护器件100和图2a至图2b的横向浪涌保护器件140，图4中的scr 150耦接在节点120(受保护的节点)和电接地130之间。在横向浪涌保护器件400中，使用诸如关于横向浪涌保护器件300所描述的多层信号金属、通孔和触点来实施节点120和电接地。为了简洁起见，关于横向浪涌保护器件400不再详细描述那些细节。
36.如图4所示，可以在半导体层450中实施横向浪涌保护器件400。在一些实施方式中，半导体层450可以是轻掺杂的n型衬底，或者可以是轻掺杂的n型外延层(例如，设置在p型衬底或n型衬底上)。图400的横向浪涌保护器件400还包括许多注入物，该注入物限定scr 150的pnp晶体管和npn晶体管。由于pnp晶体管和npn晶体管的背对背布置(pnp晶体管的集电极和npn晶体管的基极共用，而npn晶体管的集电极和pnp晶体管的基极共用)，所以它们在图4中未具体指出。但是，下面将描述它们的元件(集电极、发射极和基极)。
37.图4的scr 150包括注入物462、注入物464、注入物466和注入物474。在该示例中，注入物462和注入物464可以是非常重掺杂的p型注入物，而注入物466和注入物474可以是非常重掺杂的n型注入物。横向浪涌保护器件400还包括设置在半导体层450中的重掺杂的p型阱463和重掺杂的n型阱467。在图4的横向浪涌保护器件400中，注入物462和464设置在p型阱463中，而注入物464和466设置在n型阱467中。
38.在该示例中，scr 150的pnp晶体管的集电极可以由注入物464限定，而scr 150的npn晶体管的发射极可以由注入物474限定。进一步地，注入物466、n型阱467和半导体层450的(例如，在n型阱467和p型阱463之间的)一部分可以被包括在pnp晶体管的基极和npn晶体管的集电极中。更进一步地，注入物462和p型阱463可以被包括在npn晶体管的基极和pnp晶体管的发射极中。即，pnp晶体管的基极和npn晶体管的集电极可以共用，而npn晶体管的基
极和pnp晶体管的集电极可以共用。在横向浪涌保护器件400中，注入物464和466与节点120电耦合，而注入物462和474与电接地130电耦合。
39.如图4所示，隔离沟槽458可以设置在半导体层450的包括在pnp晶体管的基极区域和npn晶体管的集电极区域中的部分中。如同隔离沟槽318，取决于特定的实施方式，隔离沟槽458可以具有设置在其中的电介质和/或未掺杂的多晶硅。如以上关于隔离沟槽158所讨论的，隔离沟槽458可以被配置为调节(调谐、修改、控制等)横向浪涌保护器件400的操作，例如，以实现横向浪涌保护器件400的期望的性能行为。即，沟槽458可以被配置为修改scr 150的pnp晶体管的基极区域，例如，调节pnp晶体管的β，在沟槽458下方引导pnp晶体管的基极电流(例如，在n型阱467与n型阱467之间)等，使得实现横向浪涌保护器件400的期望的操作(例如，快速回缩操作)。如上所述，横向浪涌保护器件400的其他方面，诸如半导体层450的掺杂浓度、注入物的布置和尺寸等也可以被配置(建立、利用等)以调节横向浪涌保护器件400的操作实现期望的浪涌保护性能。
40.图5是示出比较图3和图4的器件与当前实施方式(例如，不包括隔离沟槽的浪涌保护器件)的浪涌保护性能的仿真结果的曲线图500。在曲线图500中，浪涌电流(x轴上所示的ipp(a))和相关的钳位电压(y轴上所示的vclamp(v))的值被归一化，因为具体值将取决于特定实施方式。图5中所示的区502示出了安全操作区的示例，例如，该安全操作区指定了应当容忍的电浪涌的电流和电压值，其中区502外部的值将被认为超过了那些规格。在示例实施方式中，区502可以对应于6.5安培(a)的浪涌电流和20伏(v)的钳位电压。
41.在曲线图500中，电流(常规)保护结构的电流
‑
电压(iv)特性由迹线505示出，图3的横向浪涌保护器件300的实施方式的iv特性由迹线510示出，并且图4的横向浪涌保护器件400的实施方式的iv特性由迹线520示出。如图5所示，尽管迹线505所示的iv特性在区502之外，但是随着电流ipp的增加，钳位电压也增加，这可能由于例如由于相关功耗的过热而导致对半导体器件的损坏。
42.与迹线505所示的iv特性相比，迹线510的iv特性(例如，用于横向浪涌保护器件300的实施方式)相对平坦，钳位电压最初在0和3之间的归一化电流值处降低。进一步地，迹线520的iv特性(例如，用于横向浪涌保护器件400的实施方式)在钳位电压随着电流ipp的增加而初始增加之后，示出例如由于横向浪涌保护器件400的快速回缩操作而导致钳位电压的持续下降。因此，用于横向浪涌保护器件300和横向浪涌保护器件400的实施方式的操作优于电流方法，因为它们不显示钳位电压的连续增加。
43.图6a是示出掺杂浓度对图3的器件300的实施方式的操作的影响的曲线图600。具体地，图6a示出了横向浪涌保护器件300的实施方式的半导体层310的不同掺杂浓度的击穿电压行为(在x轴上)和相关的电流行为(在y轴上)。如同曲线图500，曲线图600中的电压和电流值被归一化或未指示，并且具体值将取决于特定实施方式。为了说明的目的，下面给出用于实施方式的示例值。另外，在对曲线图600的讨论中，进一步参考图3。
44.在曲线图600中，迹线610、620和630分别示出了具有半导体层310的三种不同掺杂浓度的横向浪涌保护器件300的相应实施方式的电压击穿和快速回缩行为。具体地，迹线610示出最高掺杂浓度(例如1
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17
)，迹线620示出中等掺杂浓度(例如5
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)，而迹线630示出最低掺杂浓度(例如1
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)。从曲线图600可以看出，虽然较高的掺杂浓度(例如，迹线610和620)表现出较低的击穿电压(例如，分别为15v和21v)，但是它们也表现出较少的
极端快速回缩特性。如迹线630所示(最低半导体层310的掺杂浓度)，尽管具有比具有较高掺杂浓度的实施方式更高的击穿电压(例如27v)，但是迹线630的实施方式还表现出最极端的快速回缩特性。
45.图6b是600曲线图640，示出了隔离沟槽深度对图3的横向浪涌保护器件300的实施方式的操作的影响。具体地，图6b示出了在半导体层310的恒定掺杂浓度下对于隔离沟槽318的不同深度的击穿电压行为(在x轴上)和相关的电流行为(在y轴上)。如同曲线图500和600，曲线图640中的电压和电流值被归一化或未指示，并且具体值将取决于特定实施方式。在曲线图640中，半导体层310的掺杂浓度对应于与图6a中的迹线620相关联的中等掺杂浓度(例如5
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10
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)。
46.在曲线图640中，迹线650对应于横向浪涌保护器件300的操作(其中隔离沟槽318的深度大约为1μm)，迹线660对应于横向浪涌保护器件300的操作(其中隔离沟槽318的深度大约为3μm)，迹线670对应于横向浪涌保护器件300的操作(其中隔离沟槽318的深度大约为5μm)，而迹线680对应于横向浪涌保护器件300的操作(其中隔离沟槽318的深度大约为9μm)。在图6a和图6b所示的横向浪涌保护器件300的实施方式(以及其他实施方式)中，注入物(集电极、基极和发射极)在半导体层310中的深度可以大约为0.5μm。
47.如图6b所示，尽管隔离沟槽318的深度可能不会对击穿电压(在该示例中约为21v)有显著影响，但是隔离沟槽深度的确会影响快速回缩行为，而隔离沟槽318的深度越深则表明极端快速回缩行为就越小。因此，鉴于击穿电压与掺杂浓度的相关性(如图6a所示)以及隔离沟槽深度与快速回缩行为的相关性(如图6b所示)，可以通过分别选择掺杂浓度(例如，在其中实施了横向浪涌保护器件的半导体衬底或外延层的掺杂浓度)和隔离沟槽深度(例如，在横向浪涌保护器件的基极区域中)来至少一阶地建立诸如本文所述的那些的横向浪涌保护器件的实施方式的击穿电压和快速回缩行为。
48.图7a和7b是示出图4的横向浪涌保护器件400的实施方式的操作的曲线图700和730。具体地，图7a示出了用于横向浪涌保护器件400(例如，scr150)的实施方式的击穿电压行为(在x轴上)和相关的电流行为(在y轴上)。图7b是示出具有大得多的scr 150(例如，是图7a所示的scr 150的大约14,000倍)的横向浪涌保护器件400的实施方式的操作的曲线图750。如同曲线图500、600和640，曲线图700和730中的电压和电流值被归一化或未指示，并且具体值将取决于特定实施方式。在曲线图700中，半导体层450的掺杂浓度对应于图6a和图6b的示例的中等掺杂浓度(例如5
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10
16
)。
49.在曲线图700中，迹线710示出了上面讨论的横向浪涌保护器件400的示例实施方式的操作。作为与横向浪涌保护器件300的比较，对于相同的半导体层(例如衬底)掺杂浓度，横向浪涌保护器件400的击穿电压可以大于横向浪涌保护器件300的击穿电压(例如在上述示例中24v对21v)。然而，横向浪涌保护器件400的快速回缩行为(在图7a中以720指示)不同于横向浪涌保护器件300的快速回缩行为。快速回缩行为的这种差异至少部分是由于具有两步快速回缩操作的横向浪涌保护器件400的scr 150的结构。比如，在该示例中，当npn晶体管的基极电流足够高以导通其基极至发射极结时，第一快速回缩730来自于npn晶体管的快速回缩。如图7a所示，第二快速回缩720来自于横向浪涌保护器件400的scr 150的pnp晶体管的导通。该导通是由npn晶体管的集电极电流触发的(例如，在其快速回缩后)。
50.在图7b中，迹线760示出了具有较大的scr 150(例如，是图7a的器件的尺寸的14,
000倍)的横向浪涌保护器件400的iv特性。在图中，电流标尺示出了比图7a中的电流高的电流(例如，至少大一个幅值量级)。如图7b所示，即使在较高电流下也仅发生单个快速回缩770。即，当与图7a相比时，图7b示出了随着较大的器件尺寸缩放(14000倍大)，在高得多的电流下发生快速回缩(第一快速回缩)，并且在示例实施方式中，即使在图7b的较高电流下也没有发生第二快速回缩。
51.图8是示出图4的横向浪涌保护器件400的实施方式的操作的曲线图800。具体地，图8示出了在不同电流和相关电压下用于横向浪涌保护器件400的实施方式的浪涌保护性能的时域表示。在图8中，示出了随时间(在x轴上)的浪涌电压(以实线表示为左侧的y轴)相对于浪涌电流(以虚线表示的右侧为y轴)。如同图5至图7b中的曲线图，曲线图800中的电压、电流和时间值被归一化或未指示，并且具体值将取决于特定实施方式。为了说明的目的，下面给出了用于横向浪涌保护器件400的实施方式的示例值。因此，在曲线图800的讨论中，进一步参照图4。在曲线图800中，指示了目标保持(钳位)电流ihold，其中在该示例实施方式中，ihold可以是20a。
52.在图8中，迹线810、820、830、840和850示出了示例浪涌电流，而迹线810a、820a、830a、840a和850示出了对应和相应的浪涌电压。如图8所示，由迹线810、820和830表示的浪涌电流的峰值分别在ihold以下和刚好大于ihold(这可以指示没有发生在安全操作范围之外的电浪涌事件)。如对应的电压迹线810a、820a和830a所示，相关的浪涌电压基本相同(例如，在横向浪涌保护器件400的scr中没有发生快速回缩)。
53.与浪涌电流810、820和830相比，由迹线840a和840b表示的浪涌电流的相应的峰值显著大于ihold(分别是其的大约六倍和九倍)。如对应的电压迹线840a和850a所示，当相应的浪涌电流超过ihold的大约两倍的值时，迹线840a和850a的浪涌电压下降(例如，降至迹线810a、820a和830a所示的浪涌电压的大约30％)。浪涌电压(保持电压)的这种下降可以作为横向浪涌保护器件400的scr 150的快速回缩行为来实现。由于与降低的保持电压相关联的较低的功率耗散，这种行为还可以防止横向浪涌保护器件400的过度加热。这可以防止scr 150的pnp晶体管的基极的β的急剧变化(由于温度变化)，这可以提供横向浪涌保护器件400的更可预测的行为并且防止对横向浪涌保护器件400和相关的半导体器件(例如，连接到节点120的由横向浪涌保护器件400保护的器件)的损坏(例如，热损坏)。
54.图9是示出布局、掺杂浓度和沟槽深度对图3的器件的实施方式的操作的影响的曲线图。迹线910、920和930是图3中所示的横向浪涌保护器件300的变型(如图10所示诸如具有布局的变型)的浪涌保护操作(考虑到热变化)的模拟结果。如迹线910、920和920所示，此类布局变型可以用于调节(调谐、修改等)所示的横向浪涌保护器件的钳位电压。比如，布局变化可用于获得更多或更少的快速回缩操作，诸如迹线910至930所示。如本文所讨论的，还可以通过改变沟槽深度和/或掺杂浓度来实现此类改变。
55.图10至图15示出了被实施为(包括等)横向npn晶体管的横向浪涌保护器件的各种实施方式，诸如图3的npn晶体管110的变型和/或组合。由于图10至图15的实施方式是图3的npn晶体管110的变型(包括组合)，因此为了简洁目的，图3的npn晶体管110的细节关于图10至图15不再重复。即，图10至图15的讨论涉及图3中所示的npn晶体管110和图10至图15的实施方式和/或那些附图中所示的npn晶体管110的组合之间的差异。在图10至图15中所示的实施方式的每个实施方式中，仅出于参考目的指示了节点120(受保护的节点)和电接地
130，并且可以不进一步讨论那些连接。在多个节点受给定结构保护的情况下，那些节点被枚举为节点120a、节点120b等。
56.参照图10，示出了包括发射极注入物1014和基极注入物1016的横向浪涌保护器件1000。与npn晶体管110相比，横向浪涌保护器件1000的发射极注入物1014和基极注入物1016位于与图3的发射极注入物314和基极注入物316相反的位置。此类布置改变了npn晶体管的基极和集电极的配置，这可以调节钳位电压(调节快速回缩)，诸如图9所示。
57.参照图11至图12与图3相比，图11中的横向浪涌保护器件1100包括在其隔离沟槽1118的表面附近(例如，至少部分地包围隔离沟槽1118)的非常重掺杂的p型注入物1110，而图12中的横向浪涌保护器件1200包括沿着其隔离沟槽1218的侧壁形成的重掺杂的p型注入物1210。图11和图12的p型注入物1110和1210与器件300相比在一些实施方式中可以减少那些横向浪涌保护器件的泄漏。
58.参照图13，示出了横向浪涌保护器件1300，其包括多个npn晶体管部段，该部段实施了耦接在节点120和电接地130之间的单个保护器件。如图13所示，横向浪涌保护器件1300包括两个集电极注入物1312a和1312b、两个发射极注入物1314a和1314b以及两个基极注入物1316a和1316b。在一些实施方式中，图13中所示的图案可以继续到左侧和/或右侧。此类配置允许发生更大的浪涌事件而不会损坏，因为可以吸收更多的浪涌电流。同样如图13所示，发射极注入物1314a和1314b设置在相应基极注入物1316a和1316b的两侧上(并且可以包围基极注入物的相应周界，例如在跑道配置中)。此类布置可以允许npn晶体管的部段有效地将电流传导到左侧和右侧，其中对应的集电极注入物被设置为与发射极注入物和基极注入物(例如，在它们之间设置有隔离沟槽)相邻。
59.参照图14，示出了横向浪涌保护器件1400，该横向浪涌保护器件可以提供双向浪涌保护(例如，免受正电浪涌和负电浪涌)。如图14所示，横向浪涌保护器件1400包括与第二npn晶体管110b串联耦接的第一npn晶体管110a，其中npn晶体管110a和110b的集电极和基极经由节点1425彼此电耦合。此类布置可以提供保护，以防止从节点120到电接地130的电浪涌或从电接地130到节点120的电浪涌。如图14所示，为了在半导体层1410(例如，p型外延层)中的npn晶体管110a和110b之间提供电隔离(例如，防止交叉电流流动)，横向浪涌保护器件1400可以包括单元隔离沟槽1418，该单元隔离沟槽延伸穿过半导体层1410并进入设置有半导体层1410的衬底1410a(例如，n型衬底)中。
60.参照图15，示出了横向浪涌保护器件1500，该横向浪涌保护器件可以向多个节点120a和120b提供浪涌保护。如图15所示，横向浪涌保护器件1500包括耦接在节点120a和电接地130之间的第一npn晶体管110a以及耦接在节点120b和电接地130之间的第二npn晶体管110b。如同图14中所示的横向浪涌保护器件1400，为了在半导体层1510(例如，p型外延层)中的npn晶体管110a和110b之间提供电隔离(例如，防止交叉电流流动)，横向浪涌保护器件1500可以包括单元隔离沟槽1518，该单元隔离沟槽延伸穿过半导体层1510并进入设置有半导体层1510的衬底1510a(例如，n型衬底)中。
61.图16至图23示出了实施为横向可控硅整流器(scr)(诸如图4的器件的变型)的横向浪涌保护器件的各种实施方式。由于图16至图23的实施方式是图4的scr 150的变型(包括组合)，因此为了简洁目的，图4的scr150的细节不再关于图16至图23重复。即，图16至图23的讨论涉及图4所示的scr150和图16至图23的实施方式和/或那些附图中所示的scr 150
的组合之间的差异。在图16至图23中所示的实施方式的每个实施方式中，节点120(受保护的节点)和电接地130仅出于参考目的指示，并且可以不进一步讨论那些连接。在多个节点受给定结构保护的情况下，那些节点被枚举为节点120a、节点120b等。
62.参照图16，示出了横向浪涌保护器件1600，其包括p型注入物1664和n型注入物1666。与scr 150的p型注入物464和n型注入物466相比，注入物1664和1666没有设置在n型阱中。此类布置改变了scr 150的pnp晶体管的基极的配置，这可以增加scr的pnp晶体管的β。在该示例中，由于消除了图4的实施方式的n型阱，因此可以减少相关的加工成本。也可以对其他scr实施方式进行此类修改。
63.参照图17至图19与图3相比，scr的各种注入物被布置和/或可以具有不同的尺寸。比如，在图17的横向浪涌保护器件1700和图19的横向浪涌保护器件1900中，与图3的注入物464和466相比，相应的p型注入物1764和1964以及相应的n型注入物1766和1966的位置以及相对尺寸被交换。进一步地在图17和图18的横向浪涌保护器件1800中，与图3的注入物462和474相比，相应的p型注入物1762和1862的位置以及相应的n型注入物1774和1874的位置被交换。此类布置可以改变相应scr的配置，这可以改变所示scr的npn晶体管和/或pnp晶体管的相应贝塔和基极电阻，这从而可以成形器件的钳位电压曲线。
64.参照图20，示出了横向浪涌保护器件2000，其类似于图12的横向浪涌保护器件1200而包括沿着其隔离沟槽2018的侧壁形成的重掺杂的n型注入物1210，在一些实施方式中，与器件400相比，这可以减少器件2000的泄漏。
65.参照图21，示出了横向浪涌保护器件2100，其包括多个scr部段，该部段实施了耦接在节点120和电接地130之间的单个保护器件。如图21所示，横向浪涌保护器件2100的部段分别包括注入物2162a和2162b(对应于注入物462)、注入物2164a、2164b(对应于注入物464)、注入物2166a和2166b(对应于注入物466)以及注入物2174a和2174b(对应于注入物474)。在一些实施方式中，图21中所示的图案可以继续到左侧和/或右侧。此类配置允许发生更大的浪涌事件而不会损坏，因为可以吸收更多的浪涌电流。
66.同样如图21所示，注入物2164a和2164b设置在相应注入物2166a和2116b的两侧上(并且可以包围那些注入物的相应周界，诸如在跑道配置中)。同样在图21中，注入物2162a和2162b设置在相应注入物2174a和2174b的两侧上(并且可以包围那些注入物的相应周界，诸如在跑道配置中)。此类布置可以允许scr的部段有效地向左侧和右侧传导电流，其中scr部段的对应注入物被相邻地设置(例如，在它们之间设置有隔离沟槽)。
67.参照图22，示出了横向浪涌保护器件2200，其可以提供双向浪涌保护(例如，免受正电浪涌和负电浪涌)。如图21所示，横向浪涌保护器件2100包括与第二scr 2250b串联耦接的第一scr 2250a，其中scr 2250a和2250b的npn晶体管的发射极和基极经由节点125彼此电耦合。此类布置可以提供保护，以防止从节点120到电接地130的电浪涌或从电接地130到节点120的电浪涌。如图22所示，为了在半导体层2210(例如，n型外延层)中的scr 2250a和2250b之间提供电隔离(例如，防止交叉电流流动)，横向浪涌保护器件2200可以包括单元隔离沟槽2218，该单元隔离沟槽延伸穿过半导体层2210并进入设置有半导体层2210的衬底2210a(例如，p型衬底)中。
68.参照图23，示出了横向浪涌保护器件2300，其可以向多个节点120a和120b提供浪涌保护。如图23所示，横向浪涌保护器件2300包括耦接在节点120a和电接地130之间的第一
scr 2350a以及耦接在节点120b和电接地130之间的第二scr 2350b。如同图22所示的横向浪涌保护器件2200，为了在半导体层2310(例如，n型外延层)中的scr 2350a和3250b之间提供电隔离(例如，防止交叉电流流动)，横向浪涌保护器件2300可以包括单元隔离沟槽2318，该单元隔离沟槽延伸穿过半导体层2310并进入设置有半导体层2310的衬底2310a(例如，p型衬底)中。
69.图24是示出了横向scr器件(诸如，作为图4的器件400的变型的图21中所示的器件2100)的设计布局2400的一部分(截面)的图。出于说明和参考的目的，带有2400序列号的图24的元件与图4中使用的带有400序列号的元件相对应。如图24所示，scr器件2400包括p型阱2463和n型阱2467。器件2400进一步包括被(例如，跑道配置的)p型注入物2462包围的n型注入物2474，它们均设置在阱2463中。器件2400进一步包括被p型注入物2464包围的n型注入物2466，它们均设置在阱2467中。隔离沟槽2458包围(例如，阱2467)，并设置在阱2463和2467之间。同样如图24所示，scr包括单元隔离沟槽2418，诸如关于图14、图15、图22和图23描述的单元隔离沟槽。
70.本文所述的各种装置和技术可使用各种半导体处理和/或封装技术来实现。一些实施方案可使用与半导体衬底相关联的各种类型的半导体处理技术来实施，该半导体衬底包括但不限于例如硅(si)、砷化镓(gaas)、碳化硅(sic)等。
71.虽然所描述的实施方式的某些特征已经如本文所述进行了说明，但是本领域技术人员现在将想到许多修改形式、替代形式、变化形式和等同形式。因此，应当理解，所附权利要求旨在涵盖落在实施方案的范围内的所有此类修改和变化。应当理解，这些修改形式和变化形式仅仅以举例而非限制的方式呈现，并且可以进行形式和细节上的各种变化。除了相互排斥的组合以外，本文所述的装置和/或方法的任何部分可以任意组合进行组合。本文所述的实施方案可包括所描述的不同实施方案的功能、部件和/或特征的各种组合和/或子组合。