專利名稱：用來制造保護(hù)結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示范性實施例涉及用來制造保護(hù)結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
靜電放電(ESD)可以嚴(yán)重?fù)p害半導(dǎo)體部件。因此，現(xiàn)在在大部分 半導(dǎo)體部件中都體現(xiàn)了 ESD保護(hù)的概念。集成在芯片中的ESD保護(hù)部 件限定了電流路徑，通過所述路徑ESD電流可以在不引起損害的情況 下流動.
尤其是在高速數(shù)據(jù)傳輸線的情形下，存在確保ESD保護(hù)達(dá)到15 kV 而信號波形失真不嚴(yán)重的需要。為此，保護(hù)元件必須具有特別低的電 容。
例如從EP0635886B1得知一種ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)。由于二極管布置的 高襯底厚度，所述結(jié)構(gòu)的缺點是復(fù)雜和不準(zhǔn)確的可生產(chǎn)性。由于同樣 發(fā)生的橫向外擴(kuò)散，通過整個襯底厚度的摻雜劑擴(kuò)散導(dǎo)致不準(zhǔn)確性和 高的空間需求。高的襯底厚度引起高的電阻，其有害地影響保護(hù)結(jié)構(gòu) 的性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是詳述一種用來制造具有高性能的保護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)省 成本的方法。
本發(fā)明的實施例 一般地涉及用來制造保護(hù)結(jié)構(gòu)的方法，所述方法 包括提供具有第一導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底的 表面施加具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體層，在半導(dǎo)體層的第一區(qū) 域中形成具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的掩埋層，其中所述掩埋層制造在 半導(dǎo)體層和半導(dǎo)體襯底之間的結(jié)處，在掩埋層上的半導(dǎo)體層的第一區(qū) 域中形成具有笫一導(dǎo)電類型的摻雜的第一摻雜劑區(qū)(dopant zone)， 在半導(dǎo)體層的第二區(qū)域中形成具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的第二摻雜劑
區(qū)，在半導(dǎo)體層的第一區(qū)域和第二區(qū)域之間形成電絕緣，以及為第一 摻雜劑區(qū)和第二摻雜劑區(qū)形成公共連接裝置。通過形成適合的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層的厚度可以被限于最低
必需(bare essential)。然而小的半導(dǎo)體層厚度允許所述結(jié)構(gòu)的寬 度和長度的減小，尤其是依靠工藝時間例如外擴(kuò)散的縮短，其可以導(dǎo) 致成本節(jié)約。
此外，通過小的半導(dǎo)體層厚度，電流流過保護(hù)結(jié)構(gòu)的電阻被減小， 這意味著低的箝位電壓并且因此改善了保護(hù)結(jié)構(gòu)的性能。
本發(fā)明的實施例特別地涉及用來制造保護(hù)結(jié)構(gòu)的方法，所述方法 包括提供具有第一導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體基底襯底，在半導(dǎo)體基 底襯底上制造笫一外延層，在第一外延層的被劃界的注入?yún)^(qū)域中注入 第二導(dǎo)電類型的摻雜劑，在第一外延層上施加具有第二導(dǎo)電類型的摻 雜的第二外延層，在第二外延層中形成絕緣區(qū)，使得笫二外延層被分 成第一區(qū)域和第二區(qū)域，在注入?yún)^(qū)域上的第一區(qū)域中制造具有笫一導(dǎo) 電類型的摻雜的第一摻雜劑區(qū)，在第二區(qū)域中制造具有第二導(dǎo)電類型
的摻雜的第二摻雜劑區(qū)，從注入?yún)^(qū)域向外擴(kuò)散摻雜劑以便在第一外延 層與第二外延層的第一區(qū)域之間的結(jié)處形成掩埋層。
借助于第一外延層，具體地說是借助于其厚度，能夠適應(yīng)第一外 延層中第一和第二導(dǎo)電類型之間的結(jié)的要求，尤其是對于PN結(jié)的擊穿 電壓。
笫二外延層的厚度再次確定了保護(hù)結(jié)構(gòu)的成本和性能，其可以通 過第二外延層的相應(yīng)適應(yīng)而產(chǎn)生改善。
以下參考附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的示范性實施例。然而，本發(fā) 明并不限于以具體方式描述的實施例，而是可以以合適的方式進(jìn)行改 進(jìn)和修改。以適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合一個實施例的單獨特征和特征組合與另
本發(fā)明的范圍之內(nèi)。 在附圖中
圖1示出保護(hù)結(jié)構(gòu)的截面示意圖2示出保護(hù)結(jié)構(gòu)的另一個實施例的截面示意圖。
具體實施方式
以下參考附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的示范性實施例之前，要指出 的是，在附圖中相同的元件擁有相同或類似的參考標(biāo)記，并省略所述 元件的重復(fù)描述。
圖1示出依照根據(jù)本發(fā)明的方法制造的保護(hù)結(jié)構(gòu)100的第一實施 例。在提供的半導(dǎo)體襯底110的表面上施加半導(dǎo)體層120，所述襯底具 有第一導(dǎo)電類型的摻雜。半導(dǎo)體層120具有第二導(dǎo)電類型的摻雜。半 導(dǎo)體層120的摻雜劑濃度被保持得盡可能低以便實現(xiàn)保護(hù)結(jié)構(gòu)的最小 電容干擾效應(yīng)。因此，半導(dǎo)體層的摻雜劑濃度不應(yīng)超過l * 1015 cm _3。 例如，外延地制造半導(dǎo)體層120。具體地說，半導(dǎo)體層120被制造成具 有2 pm ￡ dl ^ 20 ,的厚度dl。
半導(dǎo)體襯底110具有至少1 x 1018 cnf3的摻雜劑濃度，而半導(dǎo)體 層120被制造成具有比半導(dǎo)體襯底IIO低的摻雜劑濃度。
在半導(dǎo)體層120的第一區(qū)域150中形成具有第二導(dǎo)電類型的摻雜 的掩埋層140。掩埋層140制造在半導(dǎo)體層120和半導(dǎo)體襯底110之間 的結(jié)170處。這是通過例如在半導(dǎo)體村底110的表面注入摻雜劑以及 摻雜劑隨后向外擴(kuò)散到半導(dǎo)體層120中來完成的。
可替換地，也可以以半導(dǎo)體村底120上的沉積層的形式提供摻雜劑。
為掩埋層140提供摻雜劑通常在將半導(dǎo)體層120制造在半導(dǎo)體襯 底110上之前實現(xiàn)。在這種情況下，掩埋層140被形成得具有比半導(dǎo) 體層120高的摻雜劑濃度。
在1SG30分鐘的時間周期內(nèi)、在1000。C^I^1200。C的溫度T下實 現(xiàn)摻雜劑的退火以便形成掩埋層，尤其是5分鐘、在1150。C。
作為用于掩埋層140的摻雜劑，硼作為P型摻雜劑是合適的，并 且As、 P作為N型摻雜劑是合適的。
具有第二導(dǎo)電類型的摻雜劑的掩埋層140與半導(dǎo)體襯底110 —起 形成PN結(jié)，即二極管，尤其是TVS (瞬態(tài)電壓抑制器)二極管。
在掩埋層140的上面，具有第一導(dǎo)電類型的摻雜的第一摻雜劑區(qū) 180形成在半導(dǎo)體層120的第一區(qū)域150中。為此，例如，摻雜劑被注 入到半導(dǎo)體層120中并且隨后被激活以及向外擴(kuò)散。外擴(kuò)散在950oC 在大約10秒的時間周期t2內(nèi)發(fā)生以便獲得盡可能窄的第一擴(kuò)散區(qū) 180。半導(dǎo)體層120的一部分剩余在第一摻雜劑區(qū)180和掩埋層140之 間。由具有第一導(dǎo)電類型的摻雜的第一摻雜劑區(qū)180、具有很低的第二 導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體層120以及具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的掩埋 層140構(gòu)成的層序列形成PIN或NIP 二極管。因此掩埋層140首先被 用作PIN/NIP 二極管的一部分并且其次被用作TVS 二極管的一部分。 在該情況下PIN/NIP 二極管和TVS是串聯(lián)連接的。
具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的第二摻雜劑區(qū)190形成在半導(dǎo)體層 120的第二區(qū)域160中。所述形成同樣可以通過摻雜劑的注入和隨后摻 雜劑的激活和外擴(kuò)散來實現(xiàn)。以這樣的方式再次設(shè)置外擴(kuò)散時間使得 盡可能窄的第二摻雜劑區(qū)190出現(xiàn)。這節(jié)省時間、空間并且因此也節(jié) 省成本。
在半導(dǎo)體層120的接近表面的側(cè)以與第一摻雜劑區(qū)180相同的方 式制造第二摻雜劑區(qū)190.從而，半導(dǎo)體層120的一部分也剩余在第二 摻雜劑區(qū)190和半導(dǎo)體襯底IIO之間。結(jié)果，具有第二導(dǎo)電類型的摻 雜的第二摻雜劑區(qū)190、具有很低的第二導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體層 120以及具有第一導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體襯底110的層序列形成PIN 或NIP二極管。
第一區(qū)域150和第二區(qū)域160在半導(dǎo)體層120中彼此并排地設(shè)置. 因此，第一區(qū)域150中的串聯(lián)連接的二極管設(shè)置與第二區(qū)域中的 PIN/NIP 二極管是并聯(lián)的。第一區(qū)域150中的PIN/NIP 二極管沿相反方 向偏置到第二區(qū)域160中的NIP/PIN 二極管。
電絕緣結(jié)構(gòu)125形成在半導(dǎo)體層120中，所述絕緣結(jié)構(gòu)橫向限定 第一區(qū)域150和第二區(qū)域160并且使它們彼此隔離。在該情況下，電 絕緣結(jié)構(gòu)125被形成得具有這樣的深度使得它從半導(dǎo)體層120的表面 通過半導(dǎo)體層120延伸至少遠(yuǎn)到半導(dǎo)體村底110?？梢砸赃@樣的方式制 造電絕緣125:更加迅速并且更加節(jié)省空間、為半導(dǎo)體層120選擇的層 厚dl更小。
作為實例，通過第一導(dǎo)電類型的摻雜劑的注入和外擴(kuò)散制造電絕 緣125。由于打算通過整個半導(dǎo)體層120來實現(xiàn)外擴(kuò)散，所以在大的半 導(dǎo)體層厚度dl的情形下需要長的擴(kuò)散時間。在這種情形下，摻雜劑也 將橫向向外擴(kuò)散，其導(dǎo)致結(jié)構(gòu)大大加寬并且因而空間需求增加。長的 制造時間和大的空間需求是較高成本的主要因素。因此，半導(dǎo)體層的層厚dl應(yīng)當(dāng)被保持得盡可能小。另一方面，PIN/NIP 二極管的寄生電 容增加了小的層厚，其在保護(hù)結(jié)構(gòu)的施加中導(dǎo)致更高的干擾影響，例 如信號的失真。因此，必需以這樣的方式選擇半導(dǎo)體層的厚度dl以獲 得電容和制造成本之間的折衷。所述折衷通常是層厚dl $ 8 pm。對 于摻雜劑通過半導(dǎo)體層120的外擴(kuò)散，為此必需在1150。的擴(kuò)散溫度下 60分鐘的擴(kuò)散時間。
可替換地，也可以通過穿過半導(dǎo)體層120制造溝槽來制造電絕緣 125。所述溝槽尤其也可以至少部分地被填充有電絕緣材料。而且在該 情況下，溝槽的尺寸受半導(dǎo)體層120的層厚dl的影響。為了制造深的 溝槽，必須增加溝槽的寬度。因此，厚的半導(dǎo)體層也影響溝槽的寬度， 其導(dǎo)致對于所述絕緣的更高的空間需求并且因此也增加了成本。
為第一摻雜劑區(qū)180和第二摻雜劑區(qū)190形成公共連接裝置135。 這是例如通過在例如半導(dǎo)體層120上制造絕緣層145例如氧化物層來 完成的。在所述絕緣層145中，在第一摻雜劑區(qū)180上以及在第二摻 雜劑區(qū)190上形成開口.然后在絕緣層145上以及在開口中制造導(dǎo)電 連接結(jié)構(gòu)135，例如金屬層或多晶硅層。連接裝置145因此與第一摻雜 劑區(qū)180和第二摻雜劑區(qū)190接觸。
圖1示意性地畫出電路的輪廓以便示出保護(hù)結(jié)構(gòu)的功能。如果負(fù) 電壓出現(xiàn)在例如輸入節(jié)點I/O處，則電流將通過第二區(qū)域160的PIN 二極管向地GND流走。相比之下，如果正電壓出現(xiàn)在I/O處，則笫二 區(qū)域160的PIN 二極管被反向偏置并且電流通過第一區(qū)域150中的正 向偏置的PIN 二極管傳導(dǎo)。然而，僅在最初關(guān)斷的TVS 二極管的電壓 超過閾值電壓時電流才會流動。 一旦超過了所述電壓TVS 二極管就開 始導(dǎo)通并且電流可以通過第一區(qū)域180流到在半導(dǎo)體村底110的背側(cè) 處的接地連接GND。因此，其中集成了保護(hù)結(jié)構(gòu)100的電路被保護(hù)不受 大于TVS 二極管的閾值電壓的過電壓的影響。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的保護(hù)結(jié)構(gòu)的另一實施例。
保護(hù)結(jié)構(gòu)200具有圖1的保護(hù)結(jié)構(gòu)100的改進(jìn)。因此，作為實例， 半導(dǎo)體襯底110由半導(dǎo)體基底襯底210和制造在其上的本征層220構(gòu) 成。
例如本征層被外延地制造，并且沒有或僅有非常低的任意導(dǎo)電類 型的摻雜。相比之下，半導(dǎo)體基底村底210具有非常高的利用第一導(dǎo)電類型 的摻雜劑的摻雜。后來的熱步驟使摻雜從半導(dǎo)體基底襯底210外擴(kuò)散 到本征層220中。
在該情形下，本征層220為從半導(dǎo)體基底村底210的外擴(kuò)散充當(dāng) 緩沖層。本征層220越厚，則摻雜劑從半導(dǎo)體基底村底210向外擴(kuò)散 到pn結(jié)越遠(yuǎn)。結(jié)果，所述結(jié)以較低、較平坦的摻雜輪廓出現(xiàn)，其導(dǎo)致 擊穿電壓的增加。因此，可以通過本征層220的厚度設(shè)置TVS 二極管 的擊穿電壓。
另外，電絕緣以兩部分工藝(two-part process)制造在保護(hù)結(jié) 構(gòu)200中作為保護(hù)結(jié)構(gòu)100的改進(jìn)。在該情形下，首先將摻雜劑注入 到半導(dǎo)體襯底110中。在制造半導(dǎo)體層120之后，摻雜劑被再次注入， 但是現(xiàn)在是注入到半導(dǎo)體層120中.摻雜劑隨后向外擴(kuò)散，其導(dǎo)致一 個位于另一個上面的兩個摻雜劑區(qū)域125，和125"的形成，其共同形成 電絕緣125。結(jié)果，能夠制造例如更深的進(jìn)入到半導(dǎo)體襯底110中的電 絕緣125。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一改進(jìn)是，至少一個連接區(qū)230形成在連 接裝置135和掩埋層140之間。因此，例如可以給掩埋層分配偏置電 壓。為此，例如利用第二導(dǎo)電類型的摻雜劑并且利用k,lx1017 cnf3的 摻雜劑濃度形成連接區(qū)230。此外，可以利用一個位于另一個上面的兩 個區(qū)230，和230"以兩部分的形式形成連接區(qū)。
與保護(hù)結(jié)構(gòu)100相比，保護(hù)結(jié)構(gòu)200具有的改進(jìn)是，在半導(dǎo)體襯 底110的背側(cè)制造金屬層240，所述金屬層可以被用作村底連接.
然而，襯底連接也可以通過電絕緣125 (p型沉子(sinker))通 往表面，借此例如WLP封裝也變得可能。
保護(hù)結(jié)構(gòu)200的所有改進(jìn)可以一個一個單獨地進(jìn)行或組合地進(jìn)行， 其分別導(dǎo)致本發(fā)明的另外的實施例.
雖然已經(jīng)關(guān)于圖l進(jìn)行了解釋，但是圖2再次利用形成保護(hù)結(jié)構(gòu) 的二極管示出電路示意圖。
參考標(biāo)記列表
100 保護(hù)結(jié)構(gòu) 110 半導(dǎo)體襯底120半導(dǎo)體層
125電絕緣
135連接裝置
140掩埋層
145絕緣層
150第一區(qū)域
160第二區(qū)域
170半導(dǎo)體層-半導(dǎo)體襯底結(jié)
180第一摻雜劑區(qū)
190第二摻雜劑區(qū)
200保護(hù)結(jié)構(gòu)
210半導(dǎo)體基底襯底
220本征層
230連接區(qū)
240金屬層。
權(quán)利要求
1. 一種制造保護(hù)結(jié)構(gòu)(100， 200 )的方法，其中所述方法具有下 列特征提供具有第一導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體襯底(110), 在半導(dǎo)體襯底(110)的表面處施加具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的半 導(dǎo)體層(120)，在半導(dǎo)體層(120)的第一區(qū)域(150)中形成具有第二導(dǎo)電類型 的摻雜的掩埋層(140 )，其中所述掩埋層(140 )制造在半導(dǎo)體層(120 ) 和半導(dǎo)體襯底(110)之間的結(jié)(170)處，在掩埋層(140)上的半導(dǎo)體層(120)的第一區(qū)域(150)中形成 具有第一導(dǎo)電類型的摻雜的第一摻雜劑區(qū)(180)，在半導(dǎo)體層(120)的第二區(qū)域(160)中形成具有第二導(dǎo)電類型 的摻雜的第二摻雜劑區(qū)(190),在半導(dǎo)體層(180)的第一區(qū)域(150)和第二區(qū)域(160)之間形 成電絕緣(125),以及為第一摻雜劑區(qū)(180)和第二摻雜劑區(qū)(190)形成公共連接裝 置(135)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中半導(dǎo)體層(120)被外延地制造。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中半導(dǎo)體層(120)被制造 成具有2 nm《dl《20 nm的厚度dl。
4. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中半導(dǎo)體層(120)被制 造成具有k《1 x 1015 cm-3的摻雜劑濃度。
5. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中半導(dǎo)體層(120)被制 造成具有比半導(dǎo)體襯底(110)低的摻雜劑濃度。
6. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中半導(dǎo)體襯底(110)在 表面處被提供有本征層(220 )。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中本征層(220 )具有厚度d2， 其中0《d2《8 |Lim。
8. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中掩埋層(140)被形成 為具有比半導(dǎo)體層(120)更高的摻雜劑濃度。
9. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中通過高度摻雜的摻雜劑區(qū)的外擴(kuò)散制造掩埋層(140)。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述高度摻雜的摻雜劑區(qū)被 注入在半導(dǎo)體襯底(110)的表面處。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述高度摻雜的摻雜劑區(qū)被 沉積在半導(dǎo)體襯底(110)的表面上。
12. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中從半導(dǎo)體層(120)的 表面至少遠(yuǎn)到半導(dǎo)體襯底(110)形成電絕緣(125)。
13. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中通過第一導(dǎo)電類型的 摻雜劑的外擴(kuò)散制造電絕緣(125)。
14. 如前述權(quán)利要求1到12中的一個所述的方法，其中通過形成 溝槽制造電絕緣(125)。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述溝槽至少部分地被填充 有電絕緣材料。
16. 如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中在連接裝置(135)和 掩埋層(140)之間形成至少一個連接區(qū)(230 )。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中利用第二導(dǎo)電類型的摻雜劑 并且利用kv > 1 x 1017 cm 3的摻雜劑濃度形成所述連接區(qū)(230 )。
18. 用來制造保護(hù)結(jié)構(gòu)(100， 200 )的方法，其中所述方法具有 下列特征提供具有笫一導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體基底襯底(210)， 在半導(dǎo)體基底襯底(210)上制造笫一外延層(220 )， 在第一外延層(220 )的被劃界的注入?yún)^(qū)域中注入第二導(dǎo)電類型的 摻雜劑，在第一外延層(220 )上施加具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的第二外延 層(120),在第二外延層(120)中形成絕緣區(qū)(125)，使得第二外延層(120) 被分成第一區(qū)域(150)和第二區(qū)域(160),在注入?yún)^(qū)域上的第一區(qū)域(150)中制造具有第一導(dǎo)電類型的摻雜 的笫一摻雜劑區(qū)(180),在第二區(qū)域(160)中制造具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的第二摻雜劑 區(qū)(190)，從注入?yún)^(qū)域向外擴(kuò)散摻雜劑以便在第一外延層(220 )與第二外延層(120)的第一區(qū)域(150)之間的結(jié)(170)處形成掩埋層(140)。
全文摘要
一種用來制造保護(hù)結(jié)構(gòu)的方法，包括提供具有第一導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底的表面施加具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體層，在半導(dǎo)體層的第一區(qū)域中形成具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的掩埋層，其中所述掩埋層制造在半導(dǎo)體層和半導(dǎo)體襯底之間的結(jié)處，在掩埋層上的半導(dǎo)體層的第一區(qū)域中形成具有第一導(dǎo)電類型的摻雜的第一摻雜劑區(qū)，在半導(dǎo)體層的第二區(qū)域中形成具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的第二摻雜劑區(qū)，在半導(dǎo)體層的第一區(qū)域和第二區(qū)域之間形成電絕緣，為第一摻雜劑區(qū)和第二摻雜劑區(qū)形成公共連接裝置。
文檔編號H01L23/58GK101312157SQ20081010882
公開日2008年11月26日 申請日期2008年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者A·施門, C·阿倫斯, D·索卡 申請人:英飛凌科技股份公司