基于soi基底的低漏電低電容tvs陣列及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種半導體器件，尤其是一種SOI襯底的低漏電低電容TVS器件及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 絕緣物上娃(Silicon on Insulator,SOI)材料具有區(qū)別于體娃的獨特材料結(jié)構(gòu)， 因而克服了體娃材料的許多不足，如消除円鎖效應、減小寄生電容、減小漏電流、削弱短溝 道效應等。所W，S0I作為襯底材料制備的半導體器件可W廣泛的應用于高速、低功耗、高溫 W及對可靠性要求極高的航空航天領域。目前主流的SOI材料制備技術(shù)主要有:注氧隔離技 術(shù)(SIM0X)、鍵合及背面腐蝕(肥SOI)技術(shù)、智能剝離(Smart-化t)技術(shù)、Nano Cleave技術(shù)W 及多孔娃外延層轉(zhuǎn)移(ELTRAN)技術(shù)。目前，探索SOI新結(jié)構(gòu)材料W及新型器件已成為研究領 域新的熱點。
[0003] 申請?zhí)?200810085214.8提供一種SOI襯底，該SOI襯底具備有當使用玻璃襯底等 耐熱溫度低的襯底時也可W實用的耐性的SOI層。另外，還提供使用運種SOI襯底的半導體 裝置。當對具有絕緣表面的襯底或絕緣襯底鍵合單晶半導體層時，對于形成鍵合的面的一 方或雙方使用W有機硅烷為原材料來淀積的氧化娃膜。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可W使用玻璃襯底等 耐熱溫度為700°CW下的襯底，來獲得堅固地鍵合的SOI層。亦即，可W在一邊超過一米的大 面積襯底上形成單晶半導體層。
[0004] 申請?zhí)?200880012749.0發(fā)明的一個目的是提供即使使用像玻璃襯底或塑料襯底 那樣的柔性襯底，也可W高產(chǎn)率地制造可W用在實際應用中的含有SOI層的SOI襯底的方 法。并且，另一個目的是提供使用運樣的SOI襯底高產(chǎn)率地制造薄半導體器件的方法。當將 單晶半導體襯底與含有絕緣表面的柔性襯底結(jié)合和分離單晶半導體襯底W制造 SOI襯底 時，激活結(jié)合表面之一或兩者，然后將含有絕緣表面的柔性襯底和單晶半導體襯底相互附 接在一起。
[000引申請?zhí)?201380005678.2設及制造復合半導體結(jié)構(gòu)的方法，包括:提供包括多個娃 基器件的SOI襯底;提供包括多個光子器件的化合物半導體襯底；W及切割化合物半導體襯 底W提供多個光子管忍。每個管忍包括上述多個光子器件中的一個或更多個光子器件。方 法還包括:提供具有基層和包括多個CMOS器件的器件層的組裝襯底;將多個光子管忍安裝 在組裝襯底的預定部上；W及將SOI襯底與組裝襯底對齊。方法還包括將SOI襯底與組裝襯 底結(jié)合W形成復合襯底結(jié)構(gòu)W及將組裝襯底的至少基層從復合襯底結(jié)構(gòu)去除。
[0006] 瞬態(tài)電壓抑制二極管（Transient Vol1:age Suppressor, TVS),是目前電子線路保 護中普遍使用的一種有效的保護器件，其結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，但卻能吸收2〇KeVW上的 靜電放電能量和幾千瓦的雷擊浪涌功率。在實際應用中，TVS器件通常與被保護電路反向并 聯(lián)使用，電路正常時處于關斷狀態(tài)呈現(xiàn)高阻抗，當有靜電放電或浪涌沖擊時，能Wl(Ti 2s量 級的反應速度從高阻抗狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杩刮誆SD(Elec1:;r〇-Static discharge)或浪涌功 率，使電流經(jīng)過TVS流到地，同時將被保護電路兩端電壓錯制在較低水平，從而保護電路正 常工作。
[0007] 傳統(tǒng)的TVS制備工藝主要是在P型或N型體娃材料襯底上通過擴散或離子注入形成 高滲雜PN結(jié)。采用運種傳統(tǒng)方法，工藝簡單，成本低廉，但寄生電容較大，一般在lOpFW上， 可W用在對數(shù)據(jù)傳輸和處理速率較慢的端口上，例如:鍵盤、電源、傳真機等。但是隨著4G時 代到來，無線通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，保護器件被廣泛應用于高頻無線天線和千兆W 太網(wǎng)設備上，運些端口具有極高的數(shù)據(jù)傳輸速率和工作頻率，因此要求TVS器件電容應小于 IpF甚至更低，否則會嚴重影響傳輸數(shù)據(jù)的完整性，發(fā)生丟包現(xiàn)象。顯然傳統(tǒng)工藝制備的TVS 器件已經(jīng)不能滿足當下高速應用的需求。如何采用新工藝開發(fā)出低電容的TVS器件已成為 目前亟待解決的問題。
[0008] 傳統(tǒng)工藝制備的TVS另一個缺點是漏電流較大，通常TVS二極管工作在反向偏置狀 態(tài)下，當TVS兩端反向電壓低于PN結(jié)二極管材料的雪崩擊穿電壓時，往往會發(fā)生隧穿效應， 引起隧道擊穿，使得反向漏電流在μΑ級。當保護器件應用于手持設備、智能手機、智能可穿 戴設備中，較大的漏電流會嚴重影響電子設備的待機時間，并且引發(fā)熱效應，不僅影響TVS 器件自身可靠性，同時會影響電子設備的正常使用。
[0009] 由于W上原因，如何采用新工藝開發(fā)出低電容滴漏電流的TVS器件已成為本領域 技術(shù)人員目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于，提供一種SOI襯底的低漏電低電容TVS器件，W減小TVS器件在 工作狀態(tài)下的漏電流和寄生電容。
[0011] 本發(fā)明的再一目的是:提供所述SOI襯底的低漏電低電容TVS器件的制備方法。
[0012] 為了解決上述問題，本發(fā)明一種基于SOI基底的低漏電低電容TVS陣列，WS0I基底 為主體，包括:n型的SOI基底、P+區(qū)、n+區(qū)、P區(qū)、氮化娃隔離和電極，所述的η型SOI基底由Si 襯底、Si〇2層和N型和/或P型Si^層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在P型和/或N型Si襯底上通過擴散或離子注 入形成高滲雜PN結(jié)，形成PN結(jié)區(qū)域和中央的TVS區(qū)域。本發(fā)明采用SOI襯底，TVS器件與襯底 完全隔離，不僅有效降低了器件的寄生電容，同時抑制了襯底脈沖電流的干擾，有效的避免 了數(shù)據(jù)傳輸錯誤，適用于高速數(shù)據(jù)端口的保護。
[0013] 所述的η型SOI襯底采用注氧隔離技術(shù)制備，通過高能量、大劑量注氧在η型娃中形 成氧化埋層，0+離子的劑量為5.0 X 1〇υ~3.5 X l〇is，能量為150~ISOKeV，注入后高溫退火^ 4小時，氧化層把娃片分為兩部分，上面薄層用來制作器件，下面則是娃基底。
[0014] 所述的P+區(qū)，棚離子的注入劑量為:3.0el4~5.0el6，能量為60keV~120keV。
[0015] 所述的n+區(qū)，憐離子的注入劑量為:5.0el3~8.0el5，能量為60keV~120keV。
[0016] 所述的P區(qū)，憐離子的注入劑量為5.0el2~5.0el4，能量為80keV~lOOkeV，使得該P 區(qū)與另一側(cè)η區(qū)形成的PN結(jié)反偏電壓為120~180V。
[0017]本發(fā)明提供一種基于SOI襯底的低漏電低電容TVS器件主要制作步驟如下： 步驟1:取一片η型的SOI襯底，對其進行清洗，W去除表面污染物，在η型SOI基底表面先 生長一層氧化層； 步驟2:通過光刻和刻蝕，將表面有源區(qū)W外的η型娃全部去除，形成PN結(jié)區(qū)域和中央 TVS區(qū)域； 步驟3:在樣片表面涂覆一層光刻膠并進行光刻，在中央TVS的中部形成窗口，W光刻膠 為掩蔽層進行離子注入，在該區(qū)域注入棚離子，形成中央TVS的P+區(qū)； 步驟4:去除光刻膠，并進行P+區(qū)退火； 步驟5:在樣片表面重新涂覆一層光刻膠并進行光刻，在中央TVS的左右兩邊界處形成 窗口，W光刻膠為掩蔽層進行離子注入，在該區(qū)域注入憐離子，形成中央TVS的n+區(qū)； 步驟6:去除光刻膠，并進行n+區(qū)退火； 步驟7:在樣片表面重新涂覆一層光刻膠并進行光刻，在pn結(jié)區(qū)域的一側(cè)形成窗口，W 光刻膠為掩蔽層進行離子注入，在該注入?yún)^(qū)注入憐離子，形成P區(qū)，使得該區(qū)與另一側(cè)的η區(qū) 形成橫向的ρη結(jié)； 步驟8:去除光刻膠，并進行Ρ區(qū)退火； 步驟9:在樣片上淀積一層氮化娃，填充中央TVS區(qū)域和ρη結(jié)區(qū)域之間的空隙并形成隔 離，并且覆蓋樣片表面； 步驟10:對樣片表面進行光刻形成接觸孔； 步驟11:在樣片表面蒸發(fā)Α1并退火并刻蝕形成電極； 至此，一種SOI襯底的低漏電低電容TVS器件制作完成。
[0018] 在上述方案基礎上，所述的制備方法步驟2中的光刻和刻蝕的具體步驟為： a) 在氧化層表面旋涂一層正光刻膠，采用光刻板對η型SOI襯底進行光刻，形成中央TVS 區(qū)域和ρη結(jié)區(qū)域圖形； b) 對光刻后的η型SOI襯底進行ICP干法刻蝕，直至將表面η型娃材料全部腐蝕，反應氣 體與SOI的氧化層接觸。
[0019] 在上述方案基礎上，步驟9中淀積氮化娃時采用等離子增強化學氣相淀積(PECVD) 方法淀積3~化m厚的氮化娃，其采用的工藝參數(shù)為： 腔體氣壓：1 .Oatm; 射頻功率:20~40W; SiH4 流量:80 ~120cm3/min; N出流量:2~6cm3/min; N2 流量：500~1000cm3/min; 反應時間：10~20min; 反應溫度:300~500°C。
[0020] 在上述方案基礎上，步驟11中淀積A1形成金屬電極所采用的方法為電子束蒸發(fā)， 厚度為2~如m其工藝參數(shù)為： 腔體氣壓：1.0 X 1〇-中日~2.0 X l〇-6pa;淀積速率為:30~40也S。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的一種SOI襯底的低漏電低電容TVS器件制備方法具 有W下優(yōu)點： 1. 本發(fā)明采用SOI襯底，TVS器件與襯底完全隔離，不僅有效降低了器件的寄生電容，同 時抑制了襯底脈沖電流的干擾，有效的避免了數(shù)據(jù)傳輸錯誤，適用于高速數(shù)據(jù)端口的保護； 2. 本發(fā)明采用了新的器件結(jié)構(gòu)，有效的降低了TVS器件反向應用時的漏電流，降低了 器件的功耗。
[0022] 3.本發(fā)明制作