專利名稱：?jiǎn)蜗蛩矐B(tài)電壓抑制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種瞬態(tài)電壓抑制，更確切地說是指一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)及其制備方法。
背景技術(shù)：
瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)是用于保護(hù)集成電路免遭過電壓損害的器件。所設(shè)計(jì)的集成電路都是在電壓的正常范圍上工作的。然而，靜電放電(ESD)、電快速瞬變以及閃電等意外情況產(chǎn)生的不可預(yù)測(cè)、不可控的高電壓，會(huì)對(duì)電路造成嚴(yán)重?fù)p害。當(dāng)這種高電壓產(chǎn)生吋，就需要TVS器件保護(hù)集成電路，規(guī)避這些可能會(huì)損壞集成電路的情況。隨著集成電路中配置的易受過電壓影響的器件不斷增多，對(duì)TVS保護(hù)的需求也不斷增長(zhǎng)。典型的TVS應(yīng)用在USB電源與數(shù)據(jù)線保護(hù)、數(shù)字視頻界面、高速以太網(wǎng)、筆記本電腦、監(jiān)視器以及平板顯示器中。 單向的TVS器件廣泛用于保護(hù)上述應(yīng)用的集成電路。這類器件受限于它們的工作方式。當(dāng)瞬態(tài)正循環(huán)時(shí)(即正電壓峰值)，單向TVS器件反向偏置。器件在雪崩模式下運(yùn)行，將瞬態(tài)電流引入接地。瞬態(tài)被嵌制在TVS器件由TVS器件提供的箝位能級(jí)，確保對(duì)集成電路的保護(hù)。當(dāng)瞬態(tài)負(fù)循環(huán)時(shí)(即負(fù)電壓峰值)，單向TVS器件正向偏置。瞬態(tài)被嵌制在單邊器件的內(nèi)置電壓降，電流沿正向傳導(dǎo)。傳統(tǒng)的單向TVS器件采用ー個(gè)NPN晶體管，基極和發(fā)射極短接，以實(shí)現(xiàn)單向器件的功能。這些都可以典型應(yīng)用于鉗位電壓為5V以下的器件。然而，為了使3. 3V以下(例如3. 3V、2. 4V或I. 8V)的應(yīng)用獲得有效的保護(hù)，NPN晶體管的基極(即p_層)必須極其輕摻雜。由于單向TVS器件的鉗位電壓與基極層的摻雜濃度關(guān)系密切，因此處理/制備エ藝中任何細(xì)微的變化都會(huì)嚴(yán)重地影響單向器件的性能。因此，在本領(lǐng)域中，有必要提出ー種支持5V以下應(yīng)用的單向TVS器件。正是在這一背景下，提出了本發(fā)明的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種單向瞬態(tài)電壓抑制器，應(yīng)用于低鉗位電壓的電子器件，同時(shí)具有良好的鉗位電壓性能。本發(fā)明的ー個(gè)方面在于，提出了一種單向瞬態(tài)電壓抑制器的器件結(jié)構(gòu)，具體包括a) ー個(gè)第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；b) —個(gè)形成在襯底上的第一導(dǎo)電類型的外延層；c)ー個(gè)與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的第一和第二本體區(qū)，形成在外延層中，第一和第二本體區(qū)之間水平間隔ー預(yù)定距離；d) —組第二導(dǎo)電類型的觸發(fā)區(qū)，形成在外延層的頂面中；e) —組第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)，形成在外延層的頂面中；觸發(fā)區(qū)和源極區(qū)包括一個(gè)第一源極區(qū)，位于第一和第二觸發(fā)區(qū)之間的第一本體區(qū)的橫切附近，所述第一和第二觸發(fā)區(qū)水平靠近第一源極區(qū)，且橫切靠近第一本體區(qū)；ー個(gè)第二源極區(qū)，位于第三和第四觸發(fā)區(qū)之間的第二本體區(qū)的橫切附近，所述第三和第四觸發(fā)區(qū)水平靠近第二源極區(qū)，且橫切靠近第二本體區(qū)；ー個(gè)第三源極區(qū)，水平靠近第四觸發(fā)區(qū)，所述第四觸發(fā)區(qū)位于第二和第三源極區(qū)之間；以及f) ー個(gè)第二導(dǎo)電類型的植入?yún)^(qū)，位于第四觸發(fā)區(qū)中，所述植入?yún)^(qū)水平靠近第三源極區(qū)。本發(fā)明的另ー個(gè)方面在于，提出了一種用于制備單向瞬態(tài)電壓抑制器器件的方法，具體包括步驟a)在第一導(dǎo)電類型的襯底上方，形成ー個(gè)第一導(dǎo)電類型的外延層；b)在外延層中，形成與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的第一本體區(qū)和第二本體區(qū)；c)在外延層的頂面中，形成ー組第二導(dǎo)電類型的觸發(fā)區(qū)；d)在外延層的頂面中，形成ー組第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)；觸發(fā)區(qū)和源極區(qū)包括ー個(gè)第一源極區(qū)，位于第一和第二觸發(fā)區(qū)之間的第一本體區(qū)的橫切附近，所述第一和第二觸發(fā)區(qū)水平靠近第一源極區(qū)，且橫切靠近第一本體區(qū)；ー個(gè)第二源極區(qū)，位于第三和第四觸發(fā)區(qū)之間的第二本體區(qū)的橫切附近，所述第三和第四觸發(fā)區(qū)水平靠近第二源極區(qū)，且橫切靠近第二本體區(qū)；ー個(gè)第三源極區(qū)，水平靠近第四觸發(fā)區(qū)，所述第四觸發(fā)區(qū)位于第二和第三源極區(qū)之間；以及e)在第四觸發(fā)區(qū)中，形成一個(gè)第二導(dǎo)電類型的植入?yún)^(qū)，所述植入?yún)^(qū)水平靠近第三源極區(qū)。閱讀以下詳細(xì)說明并參照附圖之后，本發(fā)明的這些和其他的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，對(duì)于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，無疑將顯而易見。


圖IA表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的電路 圖IB表示圖IA所示的單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件運(yùn)行的示意 圖2A表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的剖面示意
圖2B表示依據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)可選實(shí)施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的剖面示意 圖2C表示依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)可選實(shí)施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的剖面示意 圖2D表示依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)可選實(shí)施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的剖面示意 圖3A-3I表不依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的制備方法。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，通過詳細(xì)說明較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步闡述。圖IA表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS) 101的電路圖。單向瞬態(tài)電壓抑制器101含有兩個(gè)并聯(lián)的單獨(dú)的NPN結(jié)構(gòu)103、105。第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103可以作為一個(gè)帶有浮動(dòng)基極的NPN晶體管，下文還將詳細(xì)介紹。第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)105可以作為一個(gè)基極短接至發(fā)射極的NPN晶體管，下文也將詳細(xì)介紹。TVS器件101可以并聯(lián)到集成電路IC上。TVS器件101用于保護(hù)該集成電路IC不受瞬態(tài)(即不受歡迎的高壓峰值)的影響，通過引導(dǎo)電流在發(fā)生瞬態(tài)時(shí)流經(jīng)TVS 101，并嵌制電壓穿過集成電路1C。
配置TVS 101，當(dāng)VIN>0時(shí)，激活第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103，當(dāng)VIN〈0時(shí)，激活第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)105。當(dāng)發(fā)生正向偏置(即VIN>0)瞬態(tài)時(shí)，第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103控制TVS運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生負(fù)向偏置(即VIN〈0)瞬態(tài)時(shí)，第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)105控制TVS運(yùn)行。圖IB表示發(fā)生瞬態(tài)時(shí)，TVS101的運(yùn)行動(dòng)作。當(dāng)瞬態(tài)正向循環(huán)(即VIN>0)時(shí)，第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103以及第ニ個(gè)NPN結(jié)構(gòu)105反向偏置。由于第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103的擊穿電壓比第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)105的擊穿電壓低得多，因此第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103將在正向瞬態(tài)時(shí)，控制單向TVS運(yùn)行動(dòng)作。第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103在發(fā)生正向瞬態(tài)時(shí)，作為雪崩ニ極管，將瞬態(tài)電流引入接地，并將瞬態(tài)電壓嵌制在第一NPN結(jié)構(gòu)103相關(guān)的鉗位電壓處。當(dāng)發(fā)生瞬態(tài)負(fù)向循環(huán)(即VIN〈0)時(shí)，第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)105正向偏置，而第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103仍然反向偏置。因此，第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)105在正向傳導(dǎo)瞬態(tài)電流，同時(shí)將瞬態(tài)電壓嵌制在第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)105相關(guān) 內(nèi)置正向電壓降(例如O. 7V)處。因此，為了支持低壓應(yīng)用，必須為TVS器件101配置第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103，以獲得低鉗位電壓。第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103的鉗位電壓，極其依賴于第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103的擊穿電壓，因此應(yīng)使第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103獲得很低的擊穿電壓。為了適合單向應(yīng)用，第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)105應(yīng)同第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)103共同封裝。要更加詳細(xì)地了解本發(fā)明所述的單向瞬態(tài)電壓抑制器的結(jié)構(gòu)及功能，請(qǐng)參見圖2A。圖2A表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件200的剖面示意圖。圖2A中的TVS 200工作方式與圖IA所示的電路圖中TVS 101相同，具有良好的鉗位電壓性能。TVS 200形成在重?fù)诫s的η+半導(dǎo)體襯底201上，η+半導(dǎo)體襯底201承載外延層203。利用η+襯底201，使兩個(gè)NPN結(jié)構(gòu)易于制備，它們共同構(gòu)成TVS器件200。外延層203為輕摻雜的η-層。此處所用的摻雜物濃度低于IOlfVcm3，可以認(rèn)為是“輕摻雜”，摻雜物的濃度高于IO1Vcm3,可以認(rèn)為是“重?fù)诫s”。作為示例，但不作為局限，外延層203可以摻雜濃度大約為3 X IOlfVcm3的磷。為了簡(jiǎn)便，在電荷載流子類型的符號(hào)(P或η)之后使用+或-表示半導(dǎo)體材料中指定類型的電荷載流子相對(duì)的濃度級(jí)別。一般來說，η+材料的負(fù)電荷載流子(例如電子)的濃度高于η材料，η材料的載流子濃度高于η-材料。同樣地，ρ+材料的正電荷載流子濃度(例如空穴)濃度高于P材料，P材料的濃度高于P-材料。要注意的是，我們所關(guān)注的是電荷載流子濃度，而不是摻雜物。例如，ー種材料可以重?fù)诫sη-型摻雜物，但是如果也充分地反摻雜P-型摻雜物，那么該材料仍然具有相當(dāng)?shù)偷碾姾奢d流子濃度。為了便于理解本發(fā)明的實(shí)施例，有必要定義水平和橫切方向。襯底201和外延層203通常在外型上是平面的，因此，可以定義ー個(gè)平行于襯底和/或外延層的參考面。所附的剖面圖中，這種參考面可以在圖紙中可以左右延伸，并且垂直于紙平面。此處所述的水平是指平行于參考面的方向，所述的橫切是指垂直于參考面的方向。為了簡(jiǎn)便，討論附圖時(shí)，可以用左和右代替水平，上和下以及類似的詞都可用于指示橫切方向。ー對(duì)絕緣溝槽(即第一絕緣溝槽205以及第ニ絕緣溝槽205’)可以形成在外延層203和襯底201中的橫切方向上，使每個(gè)絕緣溝槽205、205’的底部位于襯底201中，襯底201和外延層203之間的交界面之下。每個(gè)絕緣溝槽205、205’都內(nèi)襯電介質(zhì)材料(例如氧化硅)207。絕緣溝槽205、205’沒有用電介質(zhì)材料填充的剩余部分，可以用多晶硅209填充。還可選擇，用電介質(zhì)材料(例如氧化硅)填充絕緣溝槽。多晶硅最好處于氧化硅上方，以便填充溝槽，這會(huì)簡(jiǎn)化TVS器件200的制備エ藝。配置絕緣溝槽205、205’，使兩個(gè)NPN結(jié)構(gòu)206,208相互絕緣，從而不會(huì)在器件運(yùn)行時(shí)，發(fā)生不良的水平P-N-P動(dòng)作。在外延層203中形成ー對(duì)P-本體區(qū)(即第一 P-本體區(qū)211和第二 ρ-本體區(qū)211’)。第一 ρ-本體區(qū)211構(gòu)成第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)206的本體。第二 ρ-本體區(qū)211構(gòu)成第ニ個(gè)NPN結(jié)構(gòu)208的本體。在外延層203的頂面內(nèi)，形成ー組P-型摻雜觸發(fā)區(qū)213、213’、213”、213’”。這組三個(gè)η+源極區(qū)215、215’、215”也形成在外延層203的頂面中。第一源極區(qū)215橫切地位于第一本體區(qū)211附近，第一和第二觸發(fā)區(qū)213、213’之間，第一和第二觸發(fā)區(qū)213、213’位于第一源極區(qū)的水平附近，第一本體區(qū)的橫切附近。第二源極區(qū)215’位于第二本體區(qū)211’的橫切附近，第三和第四觸發(fā)區(qū)213”、213’”之間，第三和第四觸發(fā)區(qū)213”、213”’在第ニ源極區(qū)215’的水平附近，第二本體區(qū)211’的橫切附近。第三源極區(qū)215”位于第四觸發(fā)區(qū)213’”的水平附近。第四觸發(fā)區(qū)213’”位于第二源極區(qū)215’和第三源極區(qū)215”之間。
觸發(fā)區(qū)213、213’、213”、213’”允許電接觸到或接受來自ρ-本體區(qū)211、211’的電接觸。第一和第二 η+源極區(qū)215、215’分別構(gòu)成第一個(gè)和第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的集電極區(qū)。第三η+源極區(qū)215”的作用將在下文中詳細(xì)介紹。P+植入?yún)^(qū)217形成在第四觸發(fā)區(qū)213’”的頂面中，第四觸發(fā)區(qū)213’”在第三源極區(qū)215”的水平附近。P+植入?yún)^(qū)217可以摻雜濃度大約為I X IO1Vcm3的硼。這個(gè)ρ+植入?yún)^(qū)的作用將在下文中詳細(xì)介紹。通過第一 η+源極區(qū)215、ρ_本體區(qū)211、外延區(qū)203以及η+襯底201，形成第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)206，用于嵌制正向偏置瞬態(tài)電壓。N+源極區(qū)215構(gòu)成NPN結(jié)構(gòu)的集電極，ρ_本體區(qū)211構(gòu)成第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)206的基板，部分外延層203和η+襯底201 —起構(gòu)成NPN結(jié)構(gòu)20的發(fā)射極。第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)20的鉗位電壓極其依賴于第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的擊穿電壓。NPN結(jié)構(gòu)的擊穿電壓與兩個(gè)不同的因素有關(guān)Ρ-Ν結(jié)(即ρ+本體區(qū)211和η+源極區(qū)215之間的結(jié))的擊穿電壓以及NPN結(jié)構(gòu)的增益。NPN結(jié)構(gòu)的擊穿電壓與P-N結(jié)的擊穿電壓成正比，與NPN結(jié)構(gòu)的增益成反比。ー種限制擊穿電壓的方法是提高P+本體區(qū)211的摻雜濃度，從而有效降低NPN結(jié)構(gòu)的擊穿電壓。然而，存在ー個(gè)特定的閾值，進(jìn)ー步提高摻雜濃度超過閾值后，會(huì)產(chǎn)生巨大的反向漏電流，可能會(huì)損壞器件。第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)206通過配置ー個(gè)浮動(dòng)基極(即沒有直接連接到P-本體區(qū)211上的外部電連接)，可以修正該問題。配置浮動(dòng)基極NPN結(jié)構(gòu)，可以無需產(chǎn)生很大的漏電流，就用高摻雜濃度，獲得低擊穿電壓。憑借ー個(gè)浮動(dòng)基極NPN晶體管，流經(jīng)基極-集電極結(jié)的漏電流，也必須流經(jīng)發(fā)射極-基極結(jié)。因此，NPN晶體管的増益將漏電流放大，浮動(dòng)基極NPN晶體管的擊穿電壓低于帶有發(fā)射極NPN晶體管的短接基極。此外，可以通過提高第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)206的增益，來降低NPN結(jié)構(gòu)的擊穿電壓。NPN結(jié)構(gòu)的増益依賴于基極(即P+本體區(qū)211)的厚度，所以通過減小P+本體區(qū)211的厚度，可以有效降低TVS的擊穿電壓。因此，可以配置單向TVS器件200中的第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)，具有很低的鉗位電壓，保護(hù)集成電路不受正向偏置瞬態(tài)的影響。第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)208用于嵌制反向配置瞬態(tài)電壓，由第二源極區(qū)215’、第二 ρ-本體區(qū)211’、部分外延層203以及部分η+襯底201構(gòu)成。第二 η+源極區(qū)215’構(gòu)成第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)208的集電極，第二 P-本體區(qū)211’構(gòu)成第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的基極，外延層203和η+襯底201 —起構(gòu)成第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)208的發(fā)射極。第三η+源極區(qū)215”和ρ+植入?yún)^(qū)217將基極(第二 P-本體區(qū)211’)短接至發(fā)射極(η+襯底201和外延層203)，從而第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)208在發(fā)生反向偏置瞬態(tài)時(shí)，作為正向偏置二極管。當(dāng)發(fā)生正向偏置瞬態(tài)時(shí)，電流全部流經(jīng)第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)206，而不是第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)208。其原因在于，第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)206的擊穿電壓遠(yuǎn)低于第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)208。因此，與第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)相比，它具有更低的巨大瞬態(tài)下的雪崩擊穿，從而在發(fā)生正向偏置瞬態(tài)時(shí)，主導(dǎo)TVS的運(yùn)行。在發(fā)生反向偏置瞬態(tài)時(shí)，電流全部流經(jīng)第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)208，而不是第一個(gè)NPN結(jié) 構(gòu)206。其原因在于，第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)208將作為正向偏置的P-N 二極管，從而在發(fā)生反向偏置瞬態(tài)時(shí)，主導(dǎo)TVS的運(yùn)行。頂面絕緣層219和金屬墊221形成在外延層203上方。多個(gè)開口形成在頂面絕緣層219中，使金屬墊電接觸到TVS 200的零部件上。一個(gè)開口形成在第一源極區(qū)215上方，使金屬墊221與第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)相接觸。另一個(gè)開口形成在第二源極區(qū)215’上方，使金屬墊221與第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)相接觸。第三個(gè)開口形成在P+植入?yún)^(qū)217和第三源極區(qū)215”上方，使第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)208的基極短接至第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的發(fā)射極上。圖2B-2D表示圖2Α所示的單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的可選實(shí)施例。圖2B表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的剖面示意圖。圖2B中的單向TVS 200’的結(jié)構(gòu)除了添加了一個(gè)η+沉降區(qū)223之外，其他都與圖2Α中的TVS 200相同。N+沉降區(qū)223位于外延層203中，第三η+源極區(qū)215”下方，η+襯底201和外延層203之間的交界面上方。N+沉降區(qū)223有助于將第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的電阻降至接地。單向TVS器件200’的運(yùn)行情況及功能參見圖IA中的電路圖。圖2C表示依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)可選實(shí)施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS )器件的剖面示意圖。圖2C中的單向TVS 200”的結(jié)構(gòu)除了刪除了第一和第二絕緣溝槽205、205’之外，其他都與圖2Α中的TVS 200相同。圖2Α中的絕緣溝槽205、205’用于使第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)和第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)相互絕緣，從而不會(huì)在器件運(yùn)行時(shí)，發(fā)生不理想的橫向PNP (即第一P-本體區(qū)211、外延層203以及第二 P-本體區(qū)213)動(dòng)作。然而，如果兩個(gè)ρ_本體區(qū)211、211’相隔足夠遠(yuǎn)，那么無需引入絕緣溝槽，這種橫向PNP動(dòng)作就可以忽略。作為示例，但不作為局限，兩個(gè)P-本體區(qū)大約間隔10微米。單向TVS器件200”的運(yùn)行情況及功能參見圖IA中的電路圖。圖2D表示依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)可選實(shí)施例，一種單向瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)器件的剖面示意圖。圖2D中的單向TVS 200’”的結(jié)構(gòu)除了刪除了第一和第二絕緣溝槽205、205’，并添加了 η+沉降區(qū)223之外，其他都與圖2B中的TVS 200’相同。參見上述圖2C，只要兩個(gè)P-本體區(qū)211、211’相隔足夠遠(yuǎn)，那么無需引入絕緣溝槽，從而不會(huì)發(fā)生橫向PNP動(dòng)作。而且，如上所述，添加η+沉降區(qū)223有助于將第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的電阻降至接地。單向TVS器件200’ ”的運(yùn)行情況及功能參見圖IA中的電路圖。圖3Α-3Ι表示用于制備圖2Α所示的單向TVS器件的方法。雖然附圖及說明僅僅針對(duì)圖2Α所示的TVS器件，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明確，該制備方法加入或省略標(biāo)準(zhǔn)處理工藝后即可輕松應(yīng)用于任意的TVS器件。
如圖3A所示，單向TVS器件從η+型襯底301 (例如硅晶圓開始)。利用η+襯底301有利于制備構(gòu)成單向TVS器件的兩個(gè)NPN結(jié)構(gòu)。如圖3Β所示，外延層303生長(zhǎng)在η+襯底301上方。外延層303為輕摻雜的η-型外延層。第一外延層303和η+襯底301將一起構(gòu)成兩個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的發(fā)射極。如圖3C所示，第一絕緣溝槽305和第二絕緣溝槽305’形成在外延層303和襯底301內(nèi)?？梢岳糜惭谀?掩膜未示出)，刻蝕絕緣溝槽305、305’，刻蝕到大約5微米的深度，使溝槽305、305’的底部位于襯底301中。然后，可以選擇沿絕緣溝槽305、305’壁，沉積或生長(zhǎng)一層厚度約50nm的氧化物307。還可選擇,用氧化物而不是多晶娃,填充絕緣溝槽305、305’。用多晶硅309填充絕緣溝槽305、305’的剩余部分。利用回刻工藝，除去多余的多晶硅309。圖3C表示刻蝕和填充溝槽后的單向TVS器件?？梢赃x擇形成絕緣溝槽305、305’。如上所述，如果兩個(gè)NPN結(jié)構(gòu)間隔足夠遠(yuǎn)，那么就可以忽略橫向PNP動(dòng)作。如圖3D所示，隨后進(jìn)行帶掩膜的植入(掩膜未示出)，形成第一 P-本體區(qū)311和 第二本體區(qū)311’。作為示例，但不作為局限，植入后進(jìn)行擴(kuò)散，得到所需的摻雜濃度。第一P-本體區(qū)311形成在第一絕緣溝槽305和第二絕緣溝槽305’之間的外延層303中。第一P-本體區(qū)311將作為第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的本體。第二 ρ-本體區(qū)311’形成在外延層303中，第二絕緣溝槽305’的右側(cè)。第二 ρ-本體區(qū)311’將作為第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的本體。如圖3E所示，進(jìn)行另一個(gè)帶掩膜的植入(掩膜未示出)，形成四個(gè)一組的P-觸發(fā)區(qū)313、313’、313”、313’”。作為示例，但不作為局限，植入后進(jìn)行擴(kuò)散，得到所需的摻雜濃度。第一 P-觸發(fā)區(qū)313形成在外延層303的頂面中，第一 ρ-本體區(qū)311的左邊緣部分上方。第二 P-觸發(fā)區(qū)313’形成在外延層303的頂面中，第一 P-本體區(qū)311的右邊緣部分上方。第三P-觸發(fā)區(qū)313”形成在外延層303的頂面中，第二 P-本體區(qū)311的左邊緣部分上方。第四P-觸發(fā)區(qū)313’”形成在外延層303的頂面中，第二 P-本體區(qū)311’的右邊緣部分上方。P-觸發(fā)區(qū)313、313’、313”、313’”允許連接或連接到ρ-本體區(qū)311、311’。如圖3F所示，進(jìn)行另一個(gè)帶掩膜的植入(掩膜未示出)，形成三個(gè)一組的η+源極區(qū)315、315’、315”。作為示例，但不作為局限，植入后進(jìn)行擴(kuò)散，得到所需的摻雜濃度。第一 η+源極區(qū)315形成在外延層303的頂面中，第一 ρ-本體區(qū)311的上方，并且位于第一 ρ-觸發(fā)區(qū)313和第二 ρ-觸發(fā)區(qū)313’之間。第一 η+源極區(qū)315將作為第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的集電極。第二 η+源極區(qū)315’形成在外延層303中，第二 ρ_本體區(qū)311’上方，位于第三ρ-觸發(fā)區(qū)313”和第四ρ-觸發(fā)區(qū)313’”之間。第二 η+源極區(qū)將作為第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的集電極。第三η+源極區(qū)315”形成在外延層303的頂面中，靠近第四P-觸發(fā)區(qū)313’ ”的右側(cè)。第三η+源極區(qū)315”有助于將第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的基極(即第二 P-本體區(qū)311’)短接至第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的發(fā)射極(即外延層303和η+襯底301)。如圖3G所示，進(jìn)行另一個(gè)帶掩膜的植入(掩膜未示出)，形成ρ+植入?yún)^(qū)317。作為示例，但不作為局限，植入后進(jìn)行擴(kuò)散，得到所需的摻雜濃度。P+植入?yún)^(qū)317形成在第四P-觸發(fā)區(qū)313’ ”的頂面中，靠近第三η+源極區(qū)315”的左側(cè)。P+植入?yún)^(qū)317沿第三η+源極區(qū)315”用于將第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的基極(即第二 P-本體區(qū)311’)短接至第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的發(fā)射極(即外延層303和η+襯底301)。如圖3Η所示，絕緣層319 (例如氧化硅)可以選擇沉積在外延層319上方。利用傳統(tǒng)工藝，在絕緣層319中形成開口，以便提供到單向TVS器件上的接頭。第一開口形成在第一 η+源極區(qū)315上方，以便連接到第一個(gè)NPN結(jié)構(gòu)。第二開口形成在第二 η+源極區(qū)315’上方，以便連接到第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)。第三開口形成在ρ+植入?yún)^(qū)317和第三源極區(qū)315”上方，以便將第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的基極短接至第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的發(fā)射極。如圖31所示，最后，金屬墊321形成在絕緣層319開口中，提供到單向TVS器件零部件的電接頭/接觸。金屬墊321沉積在第一開口和第二開口上方，從而在兩個(gè)NPN結(jié)構(gòu)之間形成電接觸，也使 外部源極連接到第一個(gè)和第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)上。另一個(gè)金屬墊321沉積在P+植入?yún)^(qū)317和第三η+源極區(qū)315”上方的開口上，以便將第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的基極短接至第二個(gè)NPN結(jié)構(gòu)的發(fā)射極。如上所述，上述制備單向TVS器件的步驟局限于圖2Α所示的單向TVS器件，然而添加或刪除部分制備工藝后，也可用于制備上述其他的單向TVS器件。例如，利用額外的帶掩膜植入，可以制備圖2Β和2D所示的單向TVS器件。又例如，刪除制備絕緣溝槽的步驟，就可以形成圖2C和2D中所示的單向TVS器件。盡管以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例的完整說明，但是也有可能使用各種可選、修正和等效方案。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)局限于以上說明，而應(yīng)由所附的權(quán)利要求書及其全部等效內(nèi)容決定。任何可選件(無論首選與否)，都可與其他任何可選件(無論首選與否)組合。在權(quán)利要求中，不定冠詞“一個(gè)”或“一種”都指內(nèi)容中的一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目的數(shù)量。
權(quán)利要求
1.一種單向瞬態(tài)電壓抑制器器件，其特征在于，包括 a)ー個(gè)第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底； b)ー個(gè)形成在襯底上的第一導(dǎo)電類型的外延層； c)ー個(gè)與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的第一和第二本體區(qū)，形成在外延層中，第一和第二本體區(qū)之間水平間隔ー預(yù)定距離； d)ー組第二導(dǎo)電類型的觸發(fā)區(qū)，形成在外延層的頂面中； e)ー組第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)，形成在外延層的頂面中；觸發(fā)區(qū)和源極區(qū)包括ー個(gè)第一源極區(qū)，位于第一和第二觸發(fā)區(qū)之間的第一本體區(qū)的橫切附近，所述第一和第二觸發(fā)區(qū)水平靠近第一源極區(qū)，且橫切靠近第一本體區(qū)；ー個(gè)第二源極區(qū)，位于第三和第四觸發(fā)區(qū)之間的第二本體區(qū)的橫切附近，所述第三和第四觸發(fā)區(qū)水平靠近第二源極區(qū)，且橫切靠近第二本體區(qū)；ー個(gè)第三源極區(qū)，水平靠近第四觸發(fā)區(qū)，所述第四觸發(fā)區(qū)位于第二和第三源極·區(qū)之間；以及 f)ー個(gè)第二導(dǎo)電類型的植入?yún)^(qū)，位于第四觸發(fā)區(qū)中，所述植入?yún)^(qū)水平靠近第三源極區(qū)。
2.如權(quán)利要求I所述的器件，其特征在于，還包括第一和第二絕緣溝槽，形成在外延層和襯底中，第一本體區(qū)、第一觸發(fā)區(qū)、第一源極區(qū)和第二觸發(fā)區(qū)位于第一和第二絕緣溝槽之間，第二絕緣溝槽位于第一和第二本體區(qū)之間，內(nèi)襯電介質(zhì)材料。
3.如權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于，每個(gè)溝槽中都填充電介質(zhì)材料。
4.如權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于，每個(gè)溝槽中未被電介質(zhì)材料填充的部分用多晶硅填充。
5.如權(quán)利要求I所述的器件，其特征在于，還包括ー個(gè)第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s沉降區(qū)，在第三源極區(qū)和襯底之間橫切延伸。
6.如權(quán)利要求I所述的器件，其特征在于，還包括ー個(gè)第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s沉降區(qū)，穿過第三源極區(qū)和襯底之間的外延層橫切延伸。
7.如權(quán)利要求I所述的器件，其特征在于，用濃度大于IO1Vcm3的摻雜物摻雜襯底。
8.如權(quán)利要求7所述的器件，其特征在于，用濃度小于襯底和源極區(qū)的摻雜物摻雜外延層。
9.如權(quán)利要求8所述的器件，其特征在于，用濃度小于植入?yún)^(qū)的摻雜物摻雜本體區(qū)。
10.如權(quán)利要求9所述的器件，其特征在于，用濃度小于襯底和源極區(qū)的摻雜物摻雜觸發(fā)區(qū)。
11.如權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，用濃度大于IO1Vcm3的摻雜物摻雜源極區(qū)。
12.如權(quán)利要求11所述的器件，其特征在于，用濃度大于IO1Vcm3的摻雜物摻雜植入?yún)^(qū)。
13.如權(quán)利要求I所述的器件，其特征在于，第一導(dǎo)電類型為η型。
14.如權(quán)利要求I所述的器件，其特征在于，第二導(dǎo)電類型為P型。
15.如權(quán)利要求I所述的器件，其特征在于，還包括ー個(gè)形成在外延層上的絕緣層，其中外延層位于絕緣層和襯底之間，絕緣層具有ー個(gè)橫切靠近第一源極區(qū)的第一開ロ，一個(gè)橫切靠近第二源極區(qū)的第二開ロ，以及ー個(gè)橫切靠近植入?yún)^(qū)和第三源極區(qū)的第三開ロ。
16.如權(quán)利要求15所述的器件，其特征在于，還包括ー個(gè)第一金屬接頭，形成在絕緣層的第一開口和第二開ロ中，以及ー個(gè)第二金屬接頭，形成在絕緣層的第三開ロ中。
17.一種用于制備單向瞬態(tài)電壓抑制器器件的方法，其特征在于，包括 a)在第一導(dǎo)電類型的襯底上方，形成ー個(gè)第一導(dǎo)電類型的外延層； b)在外延層中，形成與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的第一本體區(qū)和第二本體區(qū)； c)在外延層的頂面中，形成ー組第二導(dǎo)電類型的觸發(fā)區(qū)； d)在外延層的頂面中，形成ー組第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)；觸發(fā)區(qū)和源極區(qū)包括ー個(gè)第一源極區(qū)，位于第一和第二觸發(fā)區(qū)之間的第一本體區(qū)的橫切附近，所述第一和第二觸發(fā) 區(qū)水平靠近第一源極區(qū)，且橫切靠近第一本體區(qū)；ー個(gè)第二源極區(qū)，位于第三和第四觸發(fā)區(qū)之間的第二本體區(qū)的橫切附近，所述第三和第四觸發(fā)區(qū)水平靠近第二源極區(qū)，且橫切靠近第二本體區(qū)；ー個(gè)第三源極區(qū)，水平靠近第四觸發(fā)區(qū)，所述第四觸發(fā)區(qū)位于第二和第三源極區(qū)之間；以及 e)在第四觸發(fā)區(qū)中，形成ー個(gè)第二導(dǎo)電類型的植入?yún)^(qū)，所述植入?yún)^(qū)水平靠近第三源極區(qū)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，形成第一本體區(qū)和第二本體區(qū)的步驟b)包括 在外延層的表面上使用一個(gè)掩膜；并且 在擴(kuò)散后進(jìn)行離子植入。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，形成四個(gè)ー組的觸發(fā)區(qū)的步驟c)包括 在外延層的表面上使用一個(gè)掩膜；并且 在擴(kuò)散后進(jìn)行離子植入。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，形成三個(gè)ー組的源極區(qū)的步驟d)包括 在外延層的表面上使用一個(gè)掩膜；并且 在擴(kuò)散后進(jìn)行離子植入。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，形成植入?yún)^(qū)的步驟e)包括 在外延層的表面上使用一個(gè)掩膜；并且 在擴(kuò)散后進(jìn)行離子植入。
22.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括在步驟b)之前形成第一和第二絕緣溝槽，其中所述第一本體區(qū)位于所述第一和第二絕緣溝槽之間，所述第二絕緣溝槽位于第一本體區(qū)和第二本體區(qū)之間。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，形成絕緣溝槽的步驟包括 在外延層的表面上使用一個(gè)掩膜；并且 通過掩膜刻蝕外延層。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括使用電介質(zhì)材料填充每個(gè)絕緣溝槽。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括使用電介質(zhì)材料內(nèi)襯每個(gè)絕緣溝槽，對(duì)于每個(gè)絕緣溝槽中未被電介質(zhì)材料填充的剰余部分，使用多晶硅填充。
26.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括形成ー個(gè)第一導(dǎo)電類型的沉降區(qū)，所述沉降區(qū)在第三源極區(qū)和襯底之間橫切延伸。
27.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括在外延層上形成ー個(gè)絕緣層，其中外延層位于絕緣層和襯底之間；所述絕緣層具有ー個(gè)橫切靠近第一源極區(qū)的第一開ロ，ー個(gè)橫切靠近第二源極區(qū)的第二開ロ，以及ー個(gè)橫切靠近植入?yún)^(qū)和第三源極區(qū)的第三開□。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，還包括在所述絕緣層的第一開口和第二開ロ中形成第一金屬接頭，以及在所述絕緣層的第三開ロ中形成第二金屬接頭?！?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種單向瞬態(tài)電壓抑制器。其中，外延層位于襯底上方。第一和第二本體區(qū)形成在外延層中，并且相互間隔一預(yù)設(shè)的水平間距。觸發(fā)和源極區(qū)形成在外延層中。第一源極區(qū)在第一和第二觸發(fā)區(qū)之間的第一本體區(qū)橫切附近，第一和第二觸發(fā)區(qū)在第一源極區(qū)的水平附近，且在第一本體區(qū)的橫切附近。第二源極區(qū)位于第三和第四觸發(fā)區(qū)之間的第二本體區(qū)橫切附近，第三和第四觸發(fā)區(qū)在第二源極區(qū)的水平附近，且在第二本體區(qū)的橫切附近。第四觸發(fā)區(qū)在第二和第三源極區(qū)之間。第四觸發(fā)區(qū)中的植入?yún)^(qū)在第三源極區(qū)的水平附近。
文檔編號(hào)H01L27/02GK102856318SQ20121018647
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者管靈鵬, 馬督兒·博德, 安荷·叭剌 申請(qǐng)人:萬國(guó)半導(dǎo)體股份有限公司