Tvs器件及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種TVS器件，該器件棄用擴(kuò)散隔離，而采用高摻雜濃度的低阻襯底，襯底上方通過銦注入制作P型埋層，再進(jìn)行一次低摻雜濃度外延淀積后制作N型埋層，兩種埋層作重?fù)诫s，利用兩種不同類型埋層的摻雜濃度來調(diào)節(jié)瞬態(tài)電壓抑制器的箝位電壓，在埋層上方淀積低摻雜濃度的外延層，器件表面利用N型多晶硅和P型多晶硅引出電極，并且利用熱擴(kuò)散在兩個(gè)表面二極管處形成淺結(jié)，降低結(jié)附近的摻雜濃度，以降低TVS器件的電容。本發(fā)明還公開了所述TVS器件的制造方法。
【專利說明】TVS器件及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是指一種TVS器件，本發(fā)明還涉及所述TVS器件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓及電流的瞬態(tài)干擾是造成電子電路及設(shè)備損壞的主要原因，常給人們帶來無法估量的損失。這些干擾通常來自于電力設(shè)備的起停操作、交流電網(wǎng)的不穩(wěn)定、雷擊干擾及靜電放電等。一種高效能的電路保護(hù)器件TVS的出現(xiàn)使瞬態(tài)干擾得到了有效抑制。TVS(Transient Voltage Suppressor)或稱瞬變電壓抑制二極管是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新產(chǎn)品，TVS和齊納穩(wěn)壓管都能用作穩(wěn)壓，但是齊納擊穿電流更小，大于IOV的穩(wěn)壓只有1mA，相對(duì)來說TVS要比齊納二極管擊穿電流要大不少。其電路符號(hào)和普通穩(wěn)壓二極管相同，外形也與普通二極管無異，當(dāng)TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí)，它能以極高的速度(最高達(dá)IX 10_12秒)使其阻抗驟然降低，同時(shí)吸收一個(gè)大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。目前廣泛用于手機(jī)，IXD模組，及一些比較精密的手持設(shè)備。特別是出口歐洲的產(chǎn)品一般都要加，作為靜電防護(hù)的主要手段之一。
[0003]TVS在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下，當(dāng)電路中由于雷電、各種電器干擾出現(xiàn)大幅度的瞬態(tài)干擾電壓或脈沖電流時(shí)，它在極短的時(shí)間內(nèi)(最高可達(dá)到IX 10_12秒)迅速轉(zhuǎn)入反向?qū)顟B(tài)，并將電路的電壓箝位在所要求的安全數(shù)值上，從而有效的保護(hù)電子線路中精密元器件免受損壞。TVS能承受的瞬時(shí)脈沖功率可達(dá)上千瓦，其箝位時(shí)間僅為lps。箝位時(shí)間與TVS電容相關(guān)，電容量是由TVS雪崩結(jié)截面決定的，這是在特定的IMHz頻率下測(cè)得的。電容的大小與TVS的電流承受能力成正比，電容太大將使信號(hào)衰減。因此，電容是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS的重要參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種TVS器件，具有較低的電容密度，降低了器件的電容值。
[0005]本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供所述TVS器件的制造方法。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明的TVS器件，是在P型低阻襯底上具有一層P型埋層，埋層上具有P型外延層。
[0007]在所述P型外延層中，具有N型隔離阱和P型隔離阱呈水平排布。
[0008]所述N型隔離阱中，從下至上依次為重?fù)诫sN型埋層、N型外延層及重?fù)诫sP型區(qū)，所述重?fù)诫sN型埋層與襯底上的P型埋層接觸。
[0009]在所述重?fù)诫sP型區(qū)之上，淀積有P型多晶硅與重?fù)诫sP型區(qū)接觸，P型多晶硅之上覆蓋金屬硅化物。
[0010]所述P型隔離阱中，從下至上依次為N型外延及重?fù)诫sN型區(qū)，N型外延層與襯底上的P型埋層接觸。
[0011]在所述重?fù)诫sN型區(qū)之上，淀積有N型多晶硅與重?fù)诫sN型區(qū)接觸，N型多晶硅之上覆蓋金屬硅化物。
[0012]N型外延層之上有金屬連線及兩個(gè)接觸孔，分別連接到N型阱上方的金屬硅化物和P型阱上的金屬硅化物以引出電極。
[0013]本發(fā)明所述的TVS器件的制造方法，包含如下工藝步驟:
[0014]第I步，在P型襯底上通過離子注入形成重?fù)诫sP型埋層。
[0015]第2步，在重?fù)诫sP型埋層上方淀積一層輕摻雜N型外延。
[0016]第3步，在N型外延層中進(jìn)行離子注入形成重?fù)诫sN型埋層。
[0017]第4步，在N型外延層上淀積一層輕摻雜N型外延層。
[0018]第5步，在N型埋層兩端進(jìn)行N型隔離阱注入形成隔離阱區(qū)域。
[0019]第6步，采用熱推進(jìn)形成最終N型隔離阱，并使埋層中雜質(zhì)向上擴(kuò)散形成P型外延層及N型外延層。
[0020]第7步，進(jìn)行離子注入及熱推進(jìn)工藝形成P型隔離阱。
[0021]第8步，隔離區(qū)形成之后，在整個(gè)器件表面生長(zhǎng)一層多晶硅。
[0022]第9步，對(duì)N型隔離阱之上的多晶硅進(jìn)行P型雜質(zhì)注入，對(duì)P型隔離阱之上的多晶硅進(jìn)行N型雜質(zhì)注入，然后進(jìn)行熱處理擴(kuò)散，在N型隔離阱中的N型外延中擴(kuò)散形成重?fù)诫sP型區(qū)，在P型隔離阱中的P型外延中擴(kuò)散形成重?fù)诫sN型區(qū)。
[0023]第10步，分別在N型隔離阱之上的多晶硅以及P型隔離阱之上的多晶硅上形成金屬硅化物，通過接觸孔工藝連接到金屬硅化物上，表面制作金屬連線引出電極。
[0024]進(jìn)一步地，所述第I步中P型襯底為電阻率范圍在0.007?0.013 Ω.cm的高摻雜低阻襯底，P型埋層為注入銦離子形成，注入劑量為I X IO15?5 X 1016cm_2，注入能量為10?200keV，以調(diào)整齊納二極管管的擊穿電壓。
[0025]進(jìn)一步地，所述第2步中N型外延層的摻雜濃度小于IX 1014cm_3。
[0026]進(jìn)一步地，所述第3步中重?fù)诫sN型埋層的離子注入雜質(zhì)為磷和砷或者磷和銻，注入的劑量為I X IO15?5X IO16CnT2，注入的能量為20?200keV。
[0027]進(jìn)一步地，所述第4步中N型外延采用輕磷摻雜，雜質(zhì)分布均勻且濃度小于I X IO14Cm 3O
[0028]進(jìn)一步地，所述第9步中多晶硅雜質(zhì)注入的劑量為IXlO14?lX1016cm_2，注入能量小于15keV，以不穿通多晶硅為準(zhǔn)，并利用熱處理激活和擴(kuò)散形成淺結(jié)。
[0029]本發(fā)明所述的TVS器件及制造方法，在低阻襯底上方淀積低摻雜濃度的外延層。襯底上方通過注入制作P型埋層，再進(jìn)行一次低摻雜濃度外延淀積后制作N型埋層，P型埋層和N型埋層做重?fù)诫s，利用兩種不同類型埋層的摻雜濃度來調(diào)節(jié)TVS的箝位電壓。埋層雜質(zhì)向上擴(kuò)散，越靠近表面雜質(zhì)濃度越低，器件表面利用N型多晶硅和P型多晶硅引出電極，并且利用熱擴(kuò)散在兩個(gè)表面二極管處形成淺結(jié)，可以有效降低結(jié)附近的雜質(zhì)濃度，從而獲得較低的電容值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明工藝步驟I完成圖；[0031 ] 圖2是本發(fā)明工藝步驟2完成圖；
[0032]圖3是本發(fā)明工藝步驟3完成圖；
[0033]圖4是本發(fā)明工藝步驟4完成圖；
[0034]圖5是本發(fā)明工藝步驟5完成圖；
[0035]圖6是本發(fā)明工藝步驟6完成圖；
[0036]圖7是本發(fā)明工藝步驟7完成圖；
[0037]圖8是本發(fā)明工藝步驟8完成圖；
[0038]圖9是本發(fā)明工藝步驟9完成圖；
[0039]圖10是本發(fā)明工藝步驟10完成圖；
[0040]圖11是本發(fā)明工藝流程圖。
[0041]附圖標(biāo)記說明
[0042]101是P型襯底，102是P型埋層，103是N型埋層，104是N型外延層，105是N型隔離阱，106是P型外延層，107是P型隔離阱，108是P型多晶硅，109是N型多晶硅，110是重?fù)诫sP型區(qū)，111是重?fù)诫sN型區(qū)，112是接觸孔，113是金屬連線，114、115是輕摻雜N型外延層，116是多晶硅，117是金屬硅化物。
【具體實(shí)施方式】
[0043]本發(fā)明TVS器件的結(jié)構(gòu)特征現(xiàn)結(jié)合圖10說明如下:
[0044]在P型低阻襯底101上具有一層P型埋層102，埋層102上是P型外延層106 (此處需要特別說明的是其最初形成的外延是為N型外延，后經(jīng)P型埋層102熱處理向上擴(kuò)散后反型變?yōu)镻型，具體請(qǐng)參考工藝說明第6步)。
[0045]在所述P型外延層106中，具有N型隔離阱105和P型隔離阱107呈水平排布。
[0046]所述N型隔離阱105中，從下至上依次為重?fù)诫sN型埋層103、N型外延層104及重?fù)诫sP型區(qū)110，所述重?fù)诫sN型埋層103與襯底101上的P型埋層102接觸。
[0047]在所述重?fù)诫sP型區(qū)110之上，淀積有P型多晶硅108與重?fù)诫sP型區(qū)110接觸，P型多晶硅108之上覆蓋金屬硅化物117。
[0048]所述P型隔離阱107中，從下至上依次為P型外延106及重?fù)诫sN型區(qū)111，P型外延層106與襯底上的P型埋層102接觸。
[0049]在所述重?fù)诫sN型區(qū)111之上，淀積有N型多晶硅109與重?fù)诫sN型區(qū)111接觸，N型多晶硅109之上覆蓋金屬硅化物117。
[0050]P型外延層106之上有金屬連線113及兩個(gè)接觸孔112，分別連接到N型阱105上方的金屬硅化物117和P型阱107上的金屬硅化物117以引出電極。
[0051]本發(fā)明所述的TVS器件的制造方法結(jié)合圖1?10做如下說明:
[0052]第I步，如圖1所示，在電阻率范圍0.007?0.013 Ω.cm的P型低阻襯底101上通過高劑量的銦離子注入形成重?fù)诫sP型埋層102，重?fù)诫sP型埋層102銦注入的劑量范圍為 IXlO15 ?5 X IO16CnT2，注入能量為 10 ?200keV。
[0053]第2步，重?fù)诫sP型埋層102注入后淀積一層一定厚度的輕摻雜N型外延層114，如圖2所示，輕摻雜N型外延層114的厚度范圍在0.5?5 μ m。
[0054]第3步，采用高劑量的離子注入在所述外延層114中注入形成重?fù)诫s的N型埋層103，離子注入雜質(zhì)為磷和砷或者磷和銻，注入的能量為20?200keV，注入的劑量為I X IO15?5X IO16CnT2。如圖3所示。埋層103的注入劑量由瞬態(tài)電壓抑制器的箝位電壓決定。
[0055]第4步，如圖4所示，輕摻雜N型外延層114上方再淀積一層輕摻雜N型外延層115，N型外延115采用輕磷摻雜，雜質(zhì)分布均勻且濃度小于I X 1014cm_3，N型外延層115的厚度由上方二極管的電容決定。
[0056]第5步，如圖5所示，在重?fù)诫sN型埋層103的兩端的N型外延層114和115中進(jìn)行一道高劑量(IX IO14?IXlO16cnT2)的N型隔離阱注入形成隔離阱區(qū)域105。
[0057]第6步，通過20?120min，1100-1200°C的熱推進(jìn)過程最終形成N型隔離阱105并使得重?fù)诫sN型埋層103中雜質(zhì)向上擴(kuò)散形成N型外延層104，重?fù)诫sP型埋層102中的雜質(zhì)向上擴(kuò)散形成P型外延106，即第5步中存在的N型外延層114和115由于雜質(zhì)的擴(kuò)散進(jìn)入而反型成為P型外延106，如圖6所示。
[0058]第7步，通過高劑量(I X IO14?5X IO16CnT2)的P型隔離阱注入以及熱過程推進(jìn)形成P型隔離阱區(qū)域107，如圖7所示。
[0059]第8步，在隔離區(qū)107形成之后，在整個(gè)器件表面淀積一層多晶硅116，如圖8所
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[0060]第9步，對(duì)N型隔離阱105之上的多晶硅108進(jìn)行P型雜質(zhì)注入，對(duì)P型隔離阱107之上的多晶硅109進(jìn)行N型雜質(zhì)注入，注入劑量為IX IO14?IX IO16CnT2，注入能量小于15keV，以不穿通多晶硅108及109為準(zhǔn)。然后進(jìn)行熱處理擴(kuò)散，在N型隔離阱105中的N型外延104中擴(kuò)散形成重?fù)诫sP型區(qū)110，在P型隔離阱107中的P型外延106中擴(kuò)散形成重?fù)诫sN型區(qū)111。如圖9所示。
[0061]第10步，在多晶硅108及109上形成金屬硅化物117，通過傳統(tǒng)的接觸孔工藝形成接觸孔112連接，金屬線113連接接觸孔112引出兩端電極，完成圖如圖10所示。
[0062]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種TVS器件，其特征在于:在P型低阻襯底上具有一層P型埋層，埋層上是P型外延層; 在所述P型外延層中，具有N型隔離阱和P型隔離阱呈水平排布； 所述N型隔離阱中，從下至上依次為重?fù)诫sN型埋層、N型外延層及重?fù)诫sP型區(qū)，所述重?fù)诫sN型埋層與襯底上的P型埋層接觸； 在所述重?fù)诫sP型區(qū)之上，淀積有P型多晶硅與重?fù)诫sP型區(qū)接觸，P型多晶硅之上覆蓋金屬硅化物； 所述P型隔離阱中，從下至上依次為P型外延及重?fù)诫sN型區(qū)，P型外延層與襯底上的P型埋層接觸； 在所述重?fù)诫sN型區(qū)之上，淀積有N型多晶硅與重?fù)诫sN型區(qū)接觸，N型多晶硅之上覆蓋金屬硅化物； P型外延層之上有金屬連線及兩個(gè)接觸孔，分別連接到N型阱上方的金屬硅化物和P型阱上的金屬硅化物以引出電極。
2.如權(quán)利要求 1所述的TVS器件的制造方法，其特征在于:包含如下工藝步驟: 第I步，在P型襯底上通過離子注入形成重?fù)诫sP型埋層； 第2步，在重?fù)诫sP型埋層上方淀積一層輕摻雜N型外延； 第3步，在N型外延層中進(jìn)行離子注入形成重?fù)诫sN型埋層； 第4步，在N型外延層上淀積一層輕摻雜N型外延層； 第5步，在N型埋層兩端進(jìn)行N型隔離阱注入形成隔離阱區(qū)域； 第6步，采用熱推進(jìn)形成最終N型隔離阱，并使埋層中雜質(zhì)向上擴(kuò)散形成P型外延層及N型外延層； 第7步，進(jìn)行離子注入及熱推進(jìn)工藝形成P型隔離阱； 第8步，隔離區(qū)形成之后，在整個(gè)器件表面生長(zhǎng)一層多晶硅； 第9步，對(duì)N型隔離阱之上的多晶硅進(jìn)行P型雜質(zhì)注入，對(duì)P型隔離阱之上的多晶硅進(jìn)行N型雜質(zhì)注入，然后進(jìn)行熱處理擴(kuò)散，在N型隔離阱中的N型外延中擴(kuò)散形成重?fù)诫sP型區(qū)，在P型隔離阱中的P型外延中擴(kuò)散形成重?fù)诫sN型區(qū)； 第10步，分別在N型隔離阱之上的多晶硅以及P型隔離阱之上的多晶硅上形成金屬硅化物，通過接觸孔工藝連接到金屬硅化物上，表面制作金屬連線引出電極。
3.如權(quán)利要求2所述的TVS器件的制造方法，其特征在于:所述第I步中P型襯底為電阻率范圍在0.007-0.013 Ω - cm的高摻雜低阻襯底，P型埋層為注入銦離子形成，注入劑量為I X IO15-5X 1016cnT2，注入能量為10-200keV，以調(diào)整齊納二極管管的擊穿電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的TVS器件的制造方法，其特征在于:所述第2步中N型外延層的摻雜濃度小于I X 1014cnT3。
5.如權(quán)利要求2所述的TVS器件的制造方法，其特征在于:所述第3步中重?fù)诫sN型埋層的離子注入雜質(zhì)為磷和砷或者磷和銻，注入的劑量為lX1015-5X1016cm_2，注入的能量為20-200keVo
6.如權(quán)利要求2所述的TVS器件的制造方法，其特征在于:所述第4步中N型外延采用輕磷摻雜，雜質(zhì)分布均勻且濃度小于I X 1014cm_3。
7.如權(quán)利要求2所述的TVS器件的制造方法，其特征在于:所述第9步中多晶硅雜質(zhì)注入的劑量為I X IO14-I X IO16Cm-2,注入能量小于15keV，以不穿通多晶硅為準(zhǔn)，并利用熱處理激 活和擴(kuò)散形成淺結(jié)。
【文檔編號(hào)】H01L21/329GK103456797SQ201210182946
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月5日
【發(fā)明者】石晶, 劉冬華, 錢文生, 胡君, 段文婷 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司