容性二極管組件及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子技術領域，更具體地，涉及容性二極管組件及其制造方法。
【背景技術】
[0002]瞬態(tài)電壓抑制器TVS (Transient Voltage Suppressor)是在穩(wěn)壓管基礎上發(fā)展的高效能電路保護器件。TVS 二極管的外形與普通穩(wěn)壓管無異，然而，由于特殊的結(jié)構(gòu)和工藝設計，TVS 二極管的瞬態(tài)響應速度和浪涌吸收能力遠高于普通穩(wěn)壓管。例如，TVS 二極管的響應時間僅為10 12秒，并且可以吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率。在反向應用條件下，當承受一個高能量的大脈沖時，TVS 二極管的工作阻抗會快速降至極低的導通值，從而允許大電流通過，同時，將電壓箝位在預定水平。因此，TVS 二極管可以有效地保護電子線路中的精密元器件免受各種浪涌脈沖的損壞。
[0003]傳統(tǒng)的TVS 二極管的制造工藝比較簡單，一般是在P+襯底/N+襯底上通過異型摻雜直接形成PN結(jié)。TVS 二極管的響應速度與其電容密切相關。傳統(tǒng)的TVS 二極管主要應用在消費類電子產(chǎn)品中的數(shù)據(jù)端子，如鍵盤、側(cè)鍵和電源線等。由于此類端子速度較慢，對TVS二極管的瞬態(tài)響應速度要求不高，電容一般在20pF以上。然而，視頻數(shù)據(jù)線具有極高的數(shù)據(jù)傳輸率(其數(shù)據(jù)傳輸率高達480M，有的視頻數(shù)據(jù)傳輸率達到IG以上)。因此，對于視頻線路的保護，傳統(tǒng)的TVS 二極管的瞬態(tài)響應速度就不能滿足使用要求。在視頻傳輸中，TVS二極管的電容要求小于1.0pF0
[0004]在現(xiàn)有的TVS器件中，普通的整流二極管作為小電容值的附加電容，與齊納二極管串聯(lián)。該TVS器件的電容值將取決于附加電容的電容值。由于整流二極管的單向?qū)щ娞匦?，該TVS器件也是單向器件，可以實現(xiàn)單向低電容ESD防護功能。然而，由于寄生效應及散熱不良，該TVS器件很難達到較高的瞬態(tài)功率。
[0005]因此，針對TVS器件的應用，期望開發(fā)新型的容性器件，在提高瞬態(tài)響應速度的同時，兼顧單向和雙向應用要求，降低工藝復雜度和成本，以及提供高保護電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可以用于單向或雙向TVS器件的容性二極管組件，該容性二極管組件具有超低電容，從而提高TVS器件的瞬態(tài)響應速度。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種容性二極管組件，包括:第一導電類型的半導體襯底；位于半導體襯底上的第二導電類型的外延層，第二導電類型與第一導電類型不同；第一導電類型的隔離區(qū)，從外延層的表面穿過外延層延伸至半導體襯底中，從而在外延層中限定第一二極管的第一有源區(qū)和第二二極管的第二有源區(qū)，并且將第一有源區(qū)和第二有源區(qū)彼此隔開；第一導電類型的第一摻雜區(qū)，在第一有源區(qū)從外延層表面延伸至外延層中；第二導電類型的第二摻雜區(qū)，在第二有源區(qū)從外延層表面延伸至外延層中；以及互連結(jié)構(gòu)，將隔離區(qū)和外延層位于第一有源區(qū)的部分彼此電連接。
[0008]優(yōu)選地，所述互連結(jié)構(gòu)包括第一互連引線。
[0009]優(yōu)選地，所述容性二極管組件還包括:位于外延層上的絕緣層；以及第二互連引線，與第一摻雜區(qū)和和第二摻雜區(qū)電連接，其中，所述第一互連引線和所述第二互連引線分別穿過絕緣層到達各自的摻雜區(qū)。
[0010]優(yōu)選地，所述互連結(jié)構(gòu)還包括第二導電類型的第三摻雜區(qū)，從外延層表面延伸至外延層中，所述第一互連引線與隔離區(qū)和第三摻雜區(qū)接觸。
[0011]優(yōu)選地，隔離區(qū)包括圍繞第一有源區(qū)和第二有源區(qū)的周邊部分，以及將第一有源區(qū)和第二有源區(qū)彼此隔開的中間部分，第三摻雜區(qū)橫跨第一有源區(qū)和隔離區(qū)的周邊部分之間的界面。
[0012]優(yōu)選地，第三摻雜區(qū)圍繞第一摻雜區(qū)。
[0013]優(yōu)選地，第一摻雜區(qū)和外延層之間形成第一二極管的PN結(jié)，半導體襯底和外延層之間形成第二二極管的PN結(jié)。
[0014]優(yōu)選地，第一二極管和第二二極管采用半導體襯底和第二互連引線反向并聯(lián)連接。
[0015]優(yōu)選地，第一摻雜區(qū)的摻雜濃度大于1.0X 118Cm 3，第二摻雜區(qū)的摻雜濃度大于
8.0XlO19Cm3O
[0016]優(yōu)選地，外延層的厚度大于2 μ m。
[0017]優(yōu)選地，第一導電類型為N型和P型之一，第二導電類型為N型和P型中的另一個。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造容性二極管組件的方法，包括:在第一導電類型的半導體襯底上，形成第二導電類型的外延層，第二導電類型與第一導電類型不同；采用第一摻雜工藝，形成第一導電類型的隔離區(qū)，隔離區(qū)從外延層的表面穿過外延層延伸至半導體襯底中，從而在外延層中限定第一二極管的第一有源區(qū)和第二二極管的第二有源區(qū)，并且將第一有源區(qū)和第二有源區(qū)彼此隔開；采用第二摻雜工藝，形成第一導電類型的第一摻雜區(qū)，第一摻雜區(qū)在第一有源區(qū)從外延層表面延伸至外延層中；采用第三摻雜工藝，形成第二導電類型的第二摻雜區(qū)，第二摻雜區(qū)在第一有源區(qū)從外延層表面延伸至外延層中；以及形成互連結(jié)構(gòu)，所述互連結(jié)構(gòu)將隔離區(qū)和外延層位于第一有源區(qū)的部分彼此電連接。
[0019]優(yōu)選地，形成互連結(jié)構(gòu)的步驟包括:在外延層上形成絕緣層；以及形成穿過絕緣層的第一互連引線。
[0020]優(yōu)選地，所述方法還包括形成穿過絕緣層的第二互連引線，第二互連引線與第一摻雜區(qū)和和第二摻雜區(qū)電連接。
[0021]優(yōu)選地，形成互連結(jié)構(gòu)的步驟還包括在形成第一互連引線的步驟之前，形成第二導電類型的第三摻雜區(qū)，第三摻雜區(qū)從外延層表面延伸至外延層中，所述第一互連引線與隔離區(qū)和第三摻雜區(qū)接觸。
[0022]優(yōu)選地，隔離區(qū)包括圍繞第一有源區(qū)和第二有源區(qū)的周邊部分，以及將第一有源區(qū)和第二有源區(qū)彼此隔開的中間部分，第三摻雜區(qū)橫跨第一有源區(qū)和隔離區(qū)的周邊部分之間的界面。
[0023]優(yōu)選地，第三摻雜區(qū)圍繞第一摻雜區(qū)。
[0024]優(yōu)選地，第二摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)同時形成。
[0025]優(yōu)選地，第一導電類型為N型和P型之一，第二導電類型為N型和P型中的另一個。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實施例的容性二極管組件包括反向并聯(lián)的第一二極管和第二二極管，在兩個方向上具有幾乎相同的正向特性，從而可以作為無極性的電容。所述超低電容容性二極管組件在很小的芯片面積上即可實現(xiàn)，極大地提高了半導體器件集成封裝的適用性，使器件結(jié)構(gòu)適用于多種不同的封裝形式。由于半導體襯底直接作為另一個電極引出，在封裝時可以減少I根鍵合金絲，能夠大幅度地降低制作成本，有利于產(chǎn)業(yè)化。本發(fā)明即提供了這樣一種可批量制作的超低電容雙向整流結(jié)構(gòu)模塊。此外，該產(chǎn)品的制作方法與標準的雙極工藝相兼容。
[0027]該容性二極管組件與齊納二極管串聯(lián)連接，形成單向或雙向瞬態(tài)電壓抑制器。所述超低電容容性二極管組件與任意TVS器件串聯(lián)時只會在原TVS器件的電壓上增加0.7V的導通壓降，幾乎不改變原TVS器件的電學特性。例如，將所述超低電容容性二極管組件與一個正向電壓0.8V，反向擊穿電壓20V，電容為20pF的單向TVS器件串聯(lián)封裝在一個管殼內(nèi)，將得到一個正向電壓1.5V，反向擊穿電壓20.7V，而電容僅有不到IpF的超低電容TVS器件。
[0028]所述容性二極管組件由二極管的正向來承受瞬態(tài)功率。當浪涌發(fā)生時，正向二極管將以小于10 12秒的速度瞬間開啟，產(chǎn)生一個極小的壓降的同時使浪涌電流順利通過，保證自身不被損壞，繼續(xù)保持降低電容的作用。
[0029]由于容性二極管組件具有超低的電容值，因此，可以提高TVS器件的響應速度，極大的拓寬了各類器件的應用范圍。例如，一些傳統(tǒng)的TVS保護器件與所述超低電容容性二極管組件組合后，電容得到極大的降低，也可以應用在高頻的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中。
[0030]在瞬態(tài)電壓抑制器中，如果容性二極管組件和齊納二極管形成在不同的半導體芯片上，則可以更加靈活地分別優(yōu)化二者的制造工藝，使得容性二極管組件提供低電容值以提高TVS器件的瞬態(tài)響應速度，齊納二極管提供高擊穿電壓以獲得所需的保護電壓級別。在分別形成容性二極管組件和齊納二極管之后，采用鍵合線連接二者，并且封裝在一個管殼內(nèi)。
【附圖說明】
[0031]通過以下參照附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中:
[0032]圖1