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Tvs器件及制造方法

文檔序號:7242707閱讀:200來源:國知局
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,并且利用熱擴散在兩個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,相對來說TVS要比齊納二極管擊穿電流要大不少。其電路符號和普通穩(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,它能以極高的速度(最高達IX 10_12秒)使其阻抗驟然降低,同時吸收一個大電流,將其兩端間的電壓箝位在一個預(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,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,它在極短的時間內(nèi)(最高可達到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,從而有效的保護電子線路中精密元器件免受損壞。TVS能承受的瞬時脈沖功率可達上千瓦,其箝位時間僅為lps。箝位時間與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,采用熱推進形成最終N型隔離阱,并使埋層中雜質(zhì)向上擴散形成P型外延層及N型外延層。
[0020]第7步,進行離子注入及熱推進工藝形成P型隔離阱。
[0021]第8步,隔離區(qū)形成之后,在整個器件表面生長一層多晶硅。
[0022]第9步,對N型隔離阱之上的多晶硅進行P型雜質(zhì)注入,對P型隔離阱之上的多晶硅進行N型雜質(zhì)注入,然后進行熱處理擴散,在N型隔離阱中的N型外延中擴散形成重?fù)诫sP型區(qū),在P型隔離阱中的P型外延中擴散形成重?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,并且利用熱擴散在兩個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熱處理向上擴散后反型變?yōu)镻型,具體請參考工藝說明第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)的擴散進入而反型成為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N型隔離阱105之上的多晶硅108進行P型雜質(zhì)注入,對P型隔離阱107之上的多晶硅109進行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)。然后進行熱處理擴散,在N型隔離阱105中的N型外延104中擴散形成重?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)選實施例,并不用于限定本發(fā)明。對于本領(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、改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(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型埋層兩端進行N型隔離阱注入形成隔離阱區(qū)域; 第6步,采用熱推進形成最終N型隔離阱,并使埋層中雜質(zhì)向上擴散形成P型外延層及N型外延層; 第7步,進行離子注入及熱推進工藝形成P型隔離阱; 第8步,隔離區(qū)形成之后,在整個器件表面生長一層多晶硅; 第9步,對N型隔離阱之上的多晶硅進行P型雜質(zhì)注入,對P型隔離阱之上的多晶硅進行N型雜質(zhì)注入,然后進行熱處理擴散,在N型隔離阱中的N型外延中擴散形成重?fù)诫sP型區(qū),在P型隔離阱中的P型外延中擴散形成重?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 活和擴散形成淺結(jié)。
【文檔編號】H01L21/329GK103456797SQ201210182946
【公開日】2013年12月18日 申請日期: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 申請人:上海華虹Nec電子有限公司
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