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，在低阻襯底上方淀積低摻雜濃度的外延層以降低TVS器件的電容，襯底上方通過銦注入制作P型埋層，有效減輕了硼雜質(zhì)擴散帶來的問題。再進行一次低摻雜濃度外延淀積后制作N型埋層，兩層埋層均作重?fù)诫s，利用兩種不同類型埋層的摻雜濃度來調(diào)節(jié)TVS的箝位電壓，在有源區(qū)兩側(cè)采用擴散隔離，并由此連接埋層引出電極。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 力口，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I X 10-12秒)迅速轉(zhuǎn)入反向?qū)?通狀態(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，其具有較低的電容密度。
[0005]本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供所述的TVS器件的制造方法。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明所述的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]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。
[0010]在所述P型外延之上具有兩接觸孔，分別連接到重?fù)诫sP型區(qū)及重?fù)诫sN型區(qū)，金 屬連線分別連接接觸孔弓丨出電極。[0011]本發(fā)明所述的TVS器件的制造方法，其工藝包含以下幾步:
[0012]第I步，在P型襯底上通過離子注入形成重?fù)诫sP型埋層。
[0013]第2步，在重?fù)诫sP型埋層上方淀積一層輕摻雜N型外延。
[0014]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。
[0015]第4步，在N型外延層上淀積一層輕摻雜N型外延層。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]第7步，進行離子注入及熱推進工藝形成P型隔離阱。
[0019]第8步，在N型外延層中進行P型雜質(zhì)注入形成重?fù)诫sP型區(qū)，在P型外延層中進行N型雜質(zhì)注入形成重?fù)诫sN型區(qū)。
[0020]第9步，通過接觸孔工藝及金屬連線工藝將重?fù)诫sP型區(qū)及重?fù)诫sN型區(qū)引出形成兩個電極。
[0021]進一步地，所述第I步中P型襯底為電阻率范圍在0.007~0.013Q ? 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1*1015~5*1016cm-2，以調(diào)整齊納管的擊穿電壓。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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
[0025]進一步地，所述第7步中P型雜質(zhì)注入到外延層中的劑量為I X IO14~5 X IO1W2, 并利用高溫快速熱退火進行激活和擴散。
[0026]本發(fā)明TVS器件及制造方法，不使用擴散隔離，低摻雜的外延層降低了 TVS器件的電容，P型埋層采用銦注入，有效減輕了硼雜質(zhì)擴散帶來的問題，使TVS器件具有較低的電容密度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明TVS結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2是本發(fā)明的雜質(zhì)分布圖；
[0029]圖3是工藝第I步完成圖；
[0030]圖4是工藝第2步完成圖；
[0031 ]圖5是工藝第3步完成圖；
[0032]圖6是工藝第4步完成圖；
[0033]圖7是工藝第5步完成圖；
[0034]圖8是工藝第6步完成圖；
[0035]圖9是工藝第7步完成圖；
[0036]圖10是工藝第8步完成圖；
[0037]圖11是工藝流程圖。[0038]附圖標(biāo)記說明
[0039]101是P型襯底，102是P型埋層，103是N型埋層，104是N型外延，105是N型隔 離阱，106是P型外延層，107是P型隔離阱，108是重?fù)诫sP型區(qū)，109是重?fù)诫sN型區(qū)，110 是接觸孔，111是金屬連線，112，113是輕摻雜N型外延。
【具體實施方式】
[0040]本發(fā)明TVS器件的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在P型低阻襯底101上具有一層P型埋層102， 埋層上具有P型外延層106 (此處需要說明的是其最初形成的外延是為輕摻雜的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部分)。
[0041]在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。
[0042]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)108，所述重?fù)诫sN型埋層108與襯底101上的P型埋層102接觸，金屬連線 111通過一接觸孔110連接到重?fù)诫sP型區(qū)108引出形成電極。
[0043]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)109，P型 外延層106與襯底101上的P型埋層102接觸，金屬連線111通過另一接觸孔110連接到 重?fù)诫sN型區(qū)109引出形成另一電極。
[0044]本發(fā)明所述的TVS器件的制造方法，包含如下的工藝步驟:
[0045]第I步:在電阻率范圍0.007?0.013 Q.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的銦注入的劑量范圍為I X IO15? 5X 1016cnT2，注入能量范圍10?200keV，形成如圖3所示。
[0046]第2步:重?fù)诫sP型埋層102注入后淀積一層N型輕摻雜外延層112，如圖4所示。
[0047]第3步:采用高劑量的離子注入在此N型外延層112中注入形成重?fù)诫sN型埋層 103，如圖5所示，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。埋層103的注入劑量由瞬態(tài)電壓抑制器的箝位電壓決定。
[0048]第4步:如圖6所示，重?fù)诫sN型埋層103上方淀積輕摻雜N型外延層113，N型外 延113采用輕磷摻雜，雜質(zhì)分布均勻且濃度小于I X 1014cnT3。N型外延層113的厚度由上方 二極管的電容決定。
[0049]第5步:如圖7所示，在N型埋層103兩端的N型外延112及113中進行一道高劑 量(I X IO14?I X IO1W2)的N型隔離阱注入形成隔離阱區(qū)域105。
[0050]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 使得埋層103中雜質(zhì)向上擴散形成N型外延層104，埋層102中的雜質(zhì)向上擴散形成P型外 延層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8所示。
[0051]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9所示。
[0052]第8步:在隔離區(qū)107形成之后，分別在N型外延層104和隔離區(qū)107中的P型外 延層106中進行一道高劑量(IX IO14?IX 1016cnT2)、低能量(小于15keV)的P型和N型雜 質(zhì)注入用以形成重?fù)诫sP型區(qū)108和重?fù)诫sN型區(qū)109，如圖10所示。
[0053]第9步:通過傳統(tǒng)的接觸孔工藝形成接觸孔110連接，接觸孔110和金屬線111引出電極，最終完成圖請再次參考圖1。
[0054]以上即為本發(fā)明TVS器件及制造方法的說明，棄用擴散隔離，而采用高摻雜濃度 的低阻襯底(本發(fā)明的所有附圖均未顯示襯底電極的引出)。在低阻襯底101上方淀積低摻 雜濃度的外延層以降低TVS器件的電容。襯底101上方通過銦注入制作P型埋層102，再進 行一次低摻雜濃度外延淀積后制作N型埋層103，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以降低TVS器件的電 容。采用擴散隔離，并由此連接埋層引出電極。N型埋層103采用磷和砷的摻雜方式，其中 砷雜質(zhì)濃度與P埋層雜質(zhì)濃度決定了齊納二極管的擊穿電壓，為獲得合適的擊穿電壓，P型 埋層往往采用重硼摻雜。如圖2所示，為雜質(zhì)分布圖。為了抑制硼的向上擴散，使得N型埋 層103上方外延層保持N型，要N型埋層103摻雜的磷雜質(zhì)濃度不能過低，但表面磷雜質(zhì)摻 雜的提高會造成瞬態(tài)電壓抑制器的電容升高。本發(fā)明所涉及的P型埋層102中采用銦雜質(zhì) 注入，有效減輕了硼雜質(zhì)擴散帶來的問題。
[0055]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，埋層上具有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；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；P型外延之上具有兩接觸孔，分別連接到重?fù)诫sP型區(qū)及重?fù)诫sN型區(qū)，金屬連線分別 連接接觸孔引出電極。
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，在N型外延層中進行P型雜質(zhì)注入形成重?fù)诫sP型區(qū)，在P型外延層中進行N 型雜質(zhì)注入形成重?fù)诫sN型區(qū)；第9步，通過接觸孔工藝及金屬連線工藝將重?fù)诫sP型區(qū)及重?fù)诫sN型區(qū)引出形成兩 端的電極。
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 Q - 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IX IO15?5X 1016cm_2，以調(diào)整齊納管的擊穿電壓。
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 IO14Cm'
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7步中P型雜質(zhì)注 入到外延層中的劑量為I X IO15?5X 1016cm_2，并利用高溫快速熱退火進行激活和擴散。
【文檔編號】H01L29/861GK103456798SQ201210182968
【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