本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

TVS（Transient Voltage Suppressor），即瞬態(tài)電壓抑制器，是一種用于吸收ESD能量、保護(hù)系統(tǒng)免受ESD/Surge損害的固態(tài)元件。一般應(yīng)用在被保護(hù)負(fù)載的前級(jí)，保護(hù)電壓略高于被保護(hù)負(fù)載的額定電壓。如今過壓保護(hù)器件已廣泛的應(yīng)用在工控、安防接口、通訊等領(lǐng)域。隨著IC的發(fā)展，對(duì)這類保護(hù)器件的要求日趨嚴(yán)格，其中TVS管的殘壓正逐漸成為一個(gè)更關(guān)鍵的指標(biāo)，這是因?yàn)楣に嚦叽绲目s小使得集成電路的工作電壓和耐壓能力越來越弱，很多主控IC因前級(jí)保護(hù)器件殘壓太高而被燒壞，而低殘壓則可以使產(chǎn)品在承受雷擊浪涌時(shí)有快的響應(yīng)速度和對(duì)后級(jí)芯片強(qiáng)的保護(hù)能力。

對(duì)于5V工作電壓的系統(tǒng)，保護(hù)器件的動(dòng)作電壓一般在6.5-8V之間，而對(duì)于以太網(wǎng)主控芯片目前大部分都采用90nm以下工藝制作，耐壓能力已經(jīng)降到8V左右，也就說不管是浪涌型還是ESD型保護(hù)器件，要使其在6.5V-8V之間起到很好的保護(hù)做用，其動(dòng)態(tài)阻抗要非常低才能滿足，而目前絕大部分低電容器件很難做到。

傳統(tǒng)的反向偏置的雪崩擊穿TVS二極管，具有快速的響應(yīng)時(shí)間，其輸出特性沒有轉(zhuǎn)折特性，制作工藝簡單。然而，在大電流下，由于其較高電阻率的輕摻雜區(qū)和雪崩二極管缺少電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，導(dǎo)致其殘壓較高，不利于應(yīng)用。

由于以上原因，如何采用新器件結(jié)構(gòu)開發(fā)出低電容低殘壓的TVS器件已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員目前亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件，以更能夠明顯減小TVS器件在工作狀態(tài)下的浪涌殘壓和寄生電容。

本發(fā)明的再一目的在于，提供所述低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件制造方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件，包括自下往上依次設(shè)置的歐姆正電極接觸區(qū)、N⁺襯底區(qū)、N^-外延層、P基區(qū)、P⁺觸發(fā)區(qū)、N⁺注入?yún)^(qū)、歐姆負(fù)電極接觸區(qū)，所述P⁺型的觸發(fā)區(qū)位于P基區(qū)上部，所述N⁺注入?yún)^(qū)位于P⁺觸發(fā)區(qū)內(nèi)部及兩側(cè)。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將傳統(tǒng)TVS電壓抑制二極管器件結(jié)構(gòu)改進(jìn)成一個(gè)橫向雪崩TVS二極管與一個(gè)縱向雙極晶體管結(jié)合的新型結(jié)構(gòu)，在小電流下，橫向TVS二極管提供快速的響應(yīng)觸發(fā)及電流泄放通路；大電流下，縱向NPN雙極晶體管導(dǎo)通并提供一個(gè)低阻的通路泄放電流，在相同的工作條件下，明顯的減小了TVS器件的浪涌殘壓和寄生電容。

在上述方案基礎(chǔ)上，所述N⁺襯底區(qū)的磷離子摻雜濃度為1×10¹⁸~1×10²⁰cm^-3。

在上述方案基礎(chǔ)上，所述N^-外延層的厚度為5~15μm，其磷離子摻雜濃度為1×10¹⁵~1×10¹⁷cm^-3。

在上述方案基礎(chǔ)上，所述P基區(qū)的厚度為2~5μm，其硼離子摻雜濃度為1×10¹⁵~1×10¹⁷cm^-3。

在上述方案基礎(chǔ)上，所述P⁺觸發(fā)區(qū)的厚度為0.5~2μm，其硼離子摻雜濃度為1×10¹⁷~1×10²⁰cm^-3。

在上述方案基礎(chǔ)上，所述N⁺注入?yún)^(qū)的厚度為0.5~2μm，其磷離子摻雜濃度為1×10¹⁷~1×10²⁰cm^-3。

本發(fā)明還提供所述低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件的制造方法，包括以下步驟：

第一、取一片N+N^-型的硅外延片作為樣片，對(duì)其進(jìn)行清洗，以去除表面污染物；

第二、在樣片表面涂覆一層光刻膠并進(jìn)行光刻，在中部形成窗口，以光刻膠為掩蔽層進(jìn)行離子注入，在該區(qū)域注入硼離子，形成P基區(qū)；

第三、去除光刻膠，并進(jìn)行P基區(qū)退火；

第四、在樣片表面重新涂覆一層光刻膠并進(jìn)行光刻，在P基區(qū)同位置形成窗口，以光刻膠為掩蔽層進(jìn)行離子注入，在該區(qū)域注入硼離子，形成P⁺觸發(fā)區(qū)；

第五、去除光刻膠，并進(jìn)行P⁺觸發(fā)區(qū)退火；

第六、在樣片表面重新涂覆一層光刻膠并進(jìn)行光刻，在P基區(qū)的中部及左右兩側(cè)形成窗口，以光刻膠為掩蔽層進(jìn)行離子注入，在該區(qū)域注入磷離子，形成N⁺注入?yún)^(qū)；

第七、除光刻膠，并進(jìn)行N⁺注入?yún)^(qū)退火；

第八、對(duì)樣片表面進(jìn)行光刻形成接觸孔；

第九、表面蒸發(fā)Al并退火并刻蝕形成電極；

至此，一種低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件制作完成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的一種低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.在小電流下，橫向TVS二極管提供快速的響應(yīng)觸發(fā)及電流泄放通路；大電流下，縱向NPN雙極晶體管導(dǎo)通并提供一個(gè)低阻的通路泄放電流；

2.在相同的工作條件下，明顯的減小了TVS器件的浪涌殘壓和寄生電容；

3. 本發(fā)明制備方法，與現(xiàn)有硅雙極工藝兼容，制作方法簡便，適應(yīng)于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件的等效電路圖；

圖3為本發(fā)明提供的低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的雪崩擊穿瞬態(tài)電壓抑制二極管器件的TLP曲線對(duì)比圖；

圖4為本發(fā)明提供的低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件的制作方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述器件，結(jié)合圖1和圖4給出以下實(shí)施例。

如圖1所示，一種低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件，包括自下往上依次設(shè)置的歐姆正電極接觸區(qū)、N⁺襯底區(qū)、N^-外延層、P基區(qū)、P⁺觸發(fā)區(qū)、N⁺注入?yún)^(qū)、歐姆負(fù)電極接觸區(qū)，所述P⁺型的觸發(fā)區(qū)位于P基區(qū)上部，所述N⁺注入?yún)^(qū)位于P⁺觸發(fā)區(qū)內(nèi)部及兩側(cè)。

如圖4所示，按下述步驟制作：

步驟一：取一片N+N^-型的硅外延片，對(duì)其進(jìn)行清洗，以去除表面污染物，該N+N^-型的硅外延片，N⁺襯底區(qū)的磷離子摻雜濃度為1×10¹⁸~1×10²⁰cm^-3。N^-外延層的厚度為5~15μm，其磷離子摻雜濃度為1×10¹⁵~1×10¹⁷cm^-3。

步驟二：在樣片表面涂覆一層光刻膠并進(jìn)行光刻，在中部形成窗口，以光刻膠為掩蔽層，進(jìn)行硼離子注入，硼離子的劑量為5.0e14，注入能量為80keV，形成P基區(qū)。

步驟三：去除光刻膠并進(jìn)行P基區(qū)退火。

步驟四：在退火后的樣片表面重新涂覆一層光刻膠，在P基區(qū)同位置形成窗口，以光刻膠為掩蔽層，進(jìn)行硼離子注入，硼離子的劑量為：1.0e16,注入能量為70keV，形成P⁺觸發(fā)區(qū)。

步驟五：去除光刻膠，并進(jìn)行P⁺觸發(fā)區(qū)退火；

步驟六：在退火后的樣片表面重新涂覆一層光刻膠并進(jìn)行光刻，在P基區(qū)的中部及左右兩側(cè)形成窗口，以光刻膠為掩蔽進(jìn)行離子注入，在該注入?yún)^(qū)注入磷離子，磷離子的劑量為1.0e16,注入能量為70keV，形成N⁺注入?yún)^(qū)。

步驟七：去除光刻膠，并進(jìn)行N⁺注入?yún)^(qū)退火，使得P⁺觸發(fā)區(qū)與N⁺注入?yún)^(qū)形成橫向的TVS二極管。

步驟八：對(duì)樣片表面進(jìn)行光刻形成接觸孔。

步驟九：在樣片表面采用電子束蒸發(fā)一層厚度為2μm的金屬Al作為電極材料，電子束蒸發(fā)時(shí)，反應(yīng)腔體氣壓為1.0×10-7Pa，淀積速率為40 ?/s。然后對(duì)金屬Al進(jìn)行退火并光刻，形成電極，制得一種低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件。

如圖2為本發(fā)明提供的低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件的等效電路圖，本發(fā)明成為一個(gè)橫向雪崩TVS二極管和一個(gè)縱向雙極晶體管結(jié)合的新型結(jié)構(gòu)，在小電流下，橫向TVS二極管提供快速的響應(yīng)觸發(fā)及電流泄放通路；大電流下，縱向NPN雙極晶體管導(dǎo)通并提供一個(gè)低阻的通路泄放電流。

圖3為本發(fā)明提供的低容低殘壓瞬態(tài)電壓抑制二極管器件與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的雪崩擊穿瞬態(tài)電壓抑制二極管器件的TLP曲線對(duì)比圖所示，本發(fā)明與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)比，響應(yīng)迅速，在相同的工作條件下，明顯的減小了TVS器件的浪涌殘壓和寄生電容。

本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。