一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓tvs器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件；該TVS器件只含有一個鉗位二極管，但通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實現(xiàn)了雙向鉗位，并增大了鉗位二極管的有效面積；同時，在每個方向的電流導(dǎo)通通道上，串聯(lián)二個低電容的整流二極管，實現(xiàn)了電容更低的特性；本發(fā)明的雙向TVS器件，較傳統(tǒng)的雙向TVS器件，具有更高的抗靜電能力、更低的電容。另外，本發(fā)明提出了該TVS器件的優(yōu)化制程的制造方法，該制造制程短，同時本發(fā)明的TVS器件的制程與傳統(tǒng)的IC加工制程兼容性好，更容易實現(xiàn)。
【專利說明】
一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及到低電容低壓TVS器件及其制造流程，主要涉及一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信領(lǐng)域的發(fā)展，瞬態(tài)電壓保護器件(TVS器件)被廣泛應(yīng)用，尤其再手持及信號傳輸設(shè)備上，TVS器件成為不可或缺的部分。TVS器件主要作用是用來保護電子電路，在其受到非正常工作電壓的浪涌能量沖擊時，將浪涌能量迅速釋放掉，避免電子電路受到高壓或大電流沖擊而損壞，與此同時還要能保證電子電路處于正常的工作狀態(tài)。隨著電子電路的運算速度及節(jié)能要求的不斷提高，對構(gòu)成電子電路的各種器件也提出了更高的要求，如電子電路要求頻率更高，則對器件的容抗特性要求更高，其中TVS器件的寄生電容就是其中之一，普通單個二極管結(jié)構(gòu)的低壓TVS器件，結(jié)電容可達到幾十皮法以上，而對于低壓高頻的應(yīng)用需要，如3G、4G通訊及USB2.0、USB3.0的接口需要，是完全不可接受的，因為接入這樣普通的TVS保護器件，雖然可以得到“保護”，但會使電路頻率下降，影響效率，得不償失；因此對TVS器件的結(jié)電容提出更高的要求，要求在0.5PF以下。正是這樣的應(yīng)用需要，對TVS器件的結(jié)構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)，同時也促進TVS器件的新發(fā)展。
[0003]眾說周知，半導(dǎo)體二極管的寄生結(jié)電容，與材料濃度正相關(guān)，濃度越高，電容值越高；同時半導(dǎo)體二極管的擊穿電壓也與材料濃度相關(guān)，是負(fù)相關(guān)，濃度越高電壓越低，這樣想得到一個低電壓、低電容的半導(dǎo)體二極管，就成了一個相關(guān)的矛盾；而TVS器件大多為半導(dǎo)體器件，這樣就使得獲得一個低電容、低電壓的TVS 二極管成為一個很難實現(xiàn)的事情，但技術(shù)人員并沒有止步，因為當(dāng)多個電容串聯(lián)起來時，總電容值比最小的那個器件的電容值還要低，正是出于這一點，出現(xiàn)了將一個低電壓的鉗位二極管與一個高壓的整流管對接在一起，即器件的兩個陰極或兩個陽極接在一起，這樣當(dāng)鉗位二極管反向擊穿時，高壓整流管將處于正向?qū)?，這樣鉗位電壓取決于鉗位二極管，而總電容，由于高壓整流管的寄生結(jié)電容，可以做的很低，因此總電容取決于高壓整流管，但是在兩一個方向上，當(dāng)鉗位二極管正向?qū)〞r，高壓整流管反向擊穿電壓很高，這樣導(dǎo)致這個方向上不能鉗位到一個低電壓上，易導(dǎo)致被保護器件損壞。為了實現(xiàn)雙向的保護，采用橋式封裝，即將一個鉗位二極管與一個高壓整流管對接，與同樣對接的另一路，反轉(zhuǎn)方向后，并聯(lián)在一起，形成雙向低電容、低電壓保護的TVS，但這樣需要將4個二極管通過封裝連接在一起，增加了封裝的難度。為了解決這個問題，科技人員想到將構(gòu)成低壓低電容雙向TVS器件的4個二極管集成到一顆芯片上，以簡化封裝，如美國專利(Patent N0.: US6868436BI)，提出了一種將構(gòu)成低壓低電容雙向TVS結(jié)構(gòu)器件的4個二極管集成到一顆芯片上的方法，如附圖1、圖2所示，這個器件由2個高壓整流和兩個鉗位二極管管構(gòu)成。
[0004]對于TVS器件而言，構(gòu)成一條通道的一個鉗位二極管和一個整流二極管中，鉗位二極管面積要大于整流二極管，因為單位面積下，單位功率與電流密度與壓降乘積有關(guān)，即Ps=Js*V，當(dāng)鉗位二極管工作時，處于反偏，電壓壓降在幾伏到幾十伏，而整流二極管處于正偏，電壓壓降只有0.7V左右(硅)，因此為了功率平衡，需要將鉗位二極管的電流密度設(shè)計成低于整流二極管的電流密度，而兩個二極管在一個通道上，流過的總電流相等，因此只有將鉗位二極管的面積設(shè)計的比整流二極管大。而對于工作電壓為5V的TVS器件，其中鉗位二極管的方向擊穿電壓在5.8V-7V，整流二極管正向壓降在0.7V左右，兩者面積優(yōu)化比在7-10之間，整個器件結(jié)構(gòu)中主要體現(xiàn)為鉗位二極管占用面積。隨著集成度的要求更高，要求器件體積不斷的縮小，進而要求對器件進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使得相同功能情況下，占用面積最?。欢绹鴮＠?Patent N0.: US6868436B1)提出的結(jié)構(gòu)中，有兩個鉗位二極管，管芯中需要設(shè)計2個大面積的鉗位二極管而損失有效面積。本發(fā)明提出的TVS器件，進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低了鉗位二極管的占用面積，使得整個TVS器件結(jié)構(gòu)的面積更小。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提出了一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低壓低電容TVS器件及實現(xiàn)方法，通過優(yōu)化TVS器件的結(jié)構(gòu)，在整個結(jié)構(gòu)中只有一個鉗位二極管，確能實現(xiàn)雙向鉗位作用，可以減小整個TVS器件的面積;另外本發(fā)明，提出了優(yōu)化的制程，可以更容易的獲得本發(fā)明的TVS器件結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明提出了一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低壓低電容TVS器件及實現(xiàn)方法。
[0007]1、一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件(O)，其特征在于結(jié)構(gòu)包括:在低摻雜的P-單晶硅片上，具有分別獨立的低摻雜濃度的N阱區(qū)(I)和低摻雜濃度的P阱區(qū)(2)，在N阱區(qū)中有兩個獨立的高濃度的P++區(qū)(3)，P++區(qū)與N阱形成整流管;在P阱區(qū)中有兩個獨立的高濃度的N++區(qū)(4)，N++區(qū)與P阱也形成整流管;在N阱區(qū)的邊緣有一個高濃度的N+區(qū)(5)，N+區(qū)與N阱區(qū)交疊，與N阱內(nèi)的P++區(qū)不相接;在P阱區(qū)的邊緣有一個高濃度的P+區(qū)(6)，P+區(qū)與P阱區(qū)交疊，與P阱內(nèi)的N++區(qū)不相接;P+區(qū)與N+區(qū)相接，形成鉗位管，表面采用氧化層(7)鈍化，在每個N++區(qū)、P++區(qū)中間區(qū)域為引線孔無氧化層，最上層為二個金屬電極區(qū)(8)，每個金屬電極區(qū)各分別將一個N++區(qū)和一個P++區(qū)連接在一起。
[0008]2、如權(quán)利要求1所述的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件，其特征在于:N阱區(qū)、P阱區(qū)的表面濃度在1E13 atm/cm3至8E14atm/cm3之間，比P-單晶硅片的濃度高10倍以上，P++區(qū)、N++區(qū)表面濃度高于lE18atm/cm3，N+區(qū)、P+區(qū)表面濃度在8E16 atm/cm3至lE18atm/cm3 之間。
[0009]3、如權(quán)利要求1所述的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件，其特征在于:N阱區(qū)、P阱區(qū)的結(jié)深在4.5微米至6微米之間，P+區(qū)、N+區(qū)結(jié)深在1.8微米到3微米之間，P++區(qū)、N++區(qū)結(jié)深在2微米到3.5微米之間，表面氧化層厚度在300納米到600納米之間。
[0010]4、如權(quán)利要求1所述的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件，其特征在于:該器件由一個鉗位管和四個整流管，按對角線方向功能對稱，用一個鉗位管實現(xiàn)雙向鉗位功能。
[0011 ] 5、如權(quán)利要求1所述的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件的制作方法，其特征在于:可形成一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件的制造流程，包括如下步驟:
A、在低摻雜的P-單晶硅片上，通過熱氧化在表面形成180納米的氧化層，經(jīng)過第一次光亥IJ、腐蝕，將P阱(21)區(qū)刻開，進行硼雜質(zhì)注入，去膠后進行退火，第二次光刻、腐蝕，將N阱區(qū)
[11]刻開，進行磷雜質(zhì)注入，去膠后進行高溫推結(jié)形成P阱區(qū)(21)和N阱區(qū)(11)，同時N阱區(qū)、P阱區(qū)表面形成150-200納米厚的氧化層；
B、進行第三次光刻，將N阱區(qū)的兩個P++區(qū)(31)、(32)，以及N阱區(qū)外的一個P+區(qū)(61)刻開，采用光刻膠掩蔽進行高能量高濃度硼雜質(zhì)注入，去膠后熱退火，由于N阱區(qū)內(nèi)氧化層厚度比N阱區(qū)外的氧化層厚度薄，所以N阱區(qū)內(nèi)的P++區(qū)注入的雜質(zhì)，比N阱區(qū)外的P+區(qū)硼雜質(zhì)濃度高；
C、進行第四次光刻，將P阱區(qū)的兩個N++區(qū)(41)、(42)，以及P阱區(qū)外的一個N+區(qū)(51)刻開，采用光刻膠掩蔽進行高能量高濃度磷雜質(zhì)注入，同樣由于P阱區(qū)內(nèi)氧化層厚度比P阱區(qū)外的氧化層厚度薄，所以P阱區(qū)內(nèi)的N++區(qū)注入的雜質(zhì)，比P阱區(qū)外的N+區(qū)硼雜質(zhì)濃度高，去膠后進行推結(jié)，同時進行熱氧化，形成表面鈍化的氧化層(7);
D、進行第五次光刻、腐蝕，將N阱區(qū)的兩個P++區(qū)的引線孔區(qū)(71)、(72)和P阱區(qū)的兩個N++區(qū)的引線孔區(qū)(73)、(74)刻開，再在表面進行金屬層生長，經(jīng)過最后的金屬層光刻、腐蝕，形成金屬電極區(qū)(81)、(82)，最終形成本發(fā)明器件(O)的結(jié)構(gòu)。
[0012 ] 6、如權(quán)利要求5所述的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件的制造方法，其特征在于:采用薄厚氧化層進行阻擋注入，采用一次光刻、一次注入，同時形成兩個摻雜濃度不同的摻雜區(qū)。
【附圖說明】
[0013]圖1為美國專利TVS器件的縱向結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為美國專利TVS器件的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的TVS器件的縱向結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明的TVS器件的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為第一次光刻用掩膜版示意圖；
圖6為第二次光刻用掩膜版示意圖；
圖7為第三次光刻用掩膜版示意圖；
圖8為第四次光刻用掩膜版示意圖；
圖9為第五次光刻用掩膜版示意圖；
圖10為第六次光刻用掩膜版示意圖。
【具體實施方式】
[0014]圖1示出了美國專利提出的TVS器件的縱向結(jié)構(gòu)示意圖，該TVS器件(100)，是由以重?fù)诫s的P+為襯底，通過光刻注入磷重?fù)诫s，形成N+埋層(91)，再通過外延技術(shù)，在表面形成N-外延層，采用P型隔離環(huán)(95)將N-外延層隔離成兩個源區(qū)，隔離環(huán)與襯底P+相連;在源區(qū)內(nèi)有高濃度的N++區(qū)(92)，在N++區(qū)內(nèi)有高濃度的P++區(qū)(93)，在同一隔離區(qū)內(nèi)、N++區(qū)外還有一個P型區(qū)(94)，表面采用氧化層(96)鈍化，在每個N++區(qū)、P區(qū)中間區(qū)域為引線孔無氧化層，最上層為二個金屬電極區(qū)(97)，每個金屬電極區(qū)各分別將不在同一個隔離區(qū)內(nèi)的一個N++區(qū)和一個P區(qū)連接在一起。
[0015]圖2示出了美國專利提出的TVS器件的平面結(jié)構(gòu)示意圖，該TVS器件(100)，具“日”字型的隔離環(huán)，隔離環(huán)為P型材料，將N-外延層隔離成2個源區(qū)(951)、(952)，每個隔離區(qū)內(nèi)，在襯底P+與N-外延層之間，分別有一個N+埋層(911)、(912);在源區(qū)(951)中有一個重?fù)诫s的N++區(qū)(922)，在N++區(qū)(922)中有個重?fù)诫s的P++區(qū)(932)，N++區(qū)(922)與P++區(qū)(932)成低擊穿電壓的鉗位二極管，在P++區(qū)中有引線孔區(qū)(964)，同時在源區(qū)(951)內(nèi)、N++區(qū)(922)外，還有一個重?fù)诫s的P區(qū)(941)，P區(qū)(941)與N-外延層形成高擊穿電壓低電容的整流管，在P區(qū)
(941)中有引線孔(963);而在源區(qū)(952)中有一個重?fù)诫s的N++區(qū)(921)，在N++區(qū)(921)中有個重?fù)诫s的P++區(qū)(931)，N++區(qū)(921)與P++區(qū)(931)成低擊穿電壓的鉗位二極管，在P++區(qū)中有引線孔區(qū)(961)，同時在源區(qū)(952)內(nèi)、N++區(qū)(921)外，還有一個重?fù)诫s的P區(qū)(942)，P區(qū)
(942)與N-外延層形成高擊穿電壓低電容的整流管，在P區(qū)(942)中有引線孔(962);金屬層將引線孔(961)、(963)連接在一起，形成一個電極區(qū)(971)，金屬層將引線孔(962)、(964)連接在一起，形成另一個電極區(qū)(972)，兩個電極間不導(dǎo)通。
[0016]當(dāng)電極區(qū)(971)加正壓脈沖時，(951)區(qū)內(nèi)的P++區(qū)(941)與N-外延層形成的整流管正偏導(dǎo)通，(922)與(932)形成的鉗位管反偏;而(952)區(qū)內(nèi)正好相反，P++區(qū)(942)與N-外延層形成的整流管反偏，(921)與(931)形成的鉗位管正偏導(dǎo)通;而整流管的反向擊穿電壓遠(yuǎn)高于鉗位管的反偏電壓，因此當(dāng)鉗位管擊穿時，整流管仍處于截止，電流主要從(951)區(qū)內(nèi)的結(jié)構(gòu)中流動。當(dāng)電極區(qū)(972)加正壓脈沖時，情況正好與上面相反，電流主要從(952)區(qū)內(nèi)的結(jié)構(gòu)中流動。當(dāng)上面提到的TVS器件工作時，電流只從一個源區(qū)內(nèi)的一個正偏的整流管和一個反偏的鉗位二極管串聯(lián)的結(jié)構(gòu)中流動，即只有芯片一半的面積處于工作狀態(tài)。
[0017]圖3示出了本發(fā)明提出的TVS器件的縱向結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明的TVS器件(O)，在低摻雜的P-單晶硅片上，具有分別獨立的低摻雜濃度的N阱區(qū)(I)和低摻雜濃度的P阱區(qū)(2)，在N阱區(qū)中有兩個獨立的高濃度的P++區(qū)(3)，P++區(qū)與N阱形成整流管;在P阱區(qū)中有兩個獨立的高濃度的N++區(qū)(4)，N++區(qū)與P阱也形成整流管；在N阱區(qū)的邊緣有一個高濃度的N+區(qū)
(5)，N+區(qū)與N阱區(qū)交疊，與N阱內(nèi)的P++區(qū)不相接;在P阱區(qū)的邊緣有一個高濃度的P+區(qū)(6)，P+區(qū)與P阱區(qū)交疊，與P阱內(nèi)的N++區(qū)不相接;P+區(qū)與N+區(qū)相接，表面采用氧化層(7)鈍化，在每個N++區(qū)、P++區(qū)中間區(qū)域為引線孔無氧化層，最上層為二個金屬電極區(qū)(8)，每個金屬電極區(qū)各分別將一個N++區(qū)和一個P++區(qū)連接在一起，兩個金屬電極區(qū)不導(dǎo)通。
[0018]圖4示出了本發(fā)明提出的TVS器件的平面結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明的TVS器件(O)，在P-單晶硅片上，形成一個P阱區(qū)(21)、N阱區(qū)(11)，兩個阱區(qū)不相接;在P阱內(nèi)有兩個獨立的N++區(qū)(41)、(42)，N++區(qū)與P阱區(qū)形成具有高反向擊穿電壓低電容的整流管，在兩個N++區(qū)(41)、
(42)中分別有一個引線孔區(qū)(73)、(74)，在P阱區(qū)內(nèi)側(cè)有一個P+區(qū)(61)，P+區(qū)與P+阱區(qū)交疊；在N阱內(nèi)有兩個獨立的P++區(qū)(31)、(32)，每個P++區(qū)與N阱區(qū)形成一個具有高反向擊穿電壓低電容的整流管，在兩個P++區(qū)(31)、(32)中分別有一個引線孔區(qū)(71)、(72)，在N阱區(qū)內(nèi)側(cè)有一個N+區(qū)(51)，N+區(qū)與N阱區(qū)交疊;N+區(qū)(51)與P+區(qū)(61)在兩個阱區(qū)外相接，N+區(qū)(51)與P+區(qū)(61)相接處形成一個具有低反向擊穿電壓高電容的鉗位二極管;金屬層將引線孔(71)、(74)連接在一起，形成一個電極區(qū)(81)，金屬層將引線孔(72)、(73)連接在一起，形成另一個電極區(qū)(82)，兩個電極間不導(dǎo)通。
[0019]當(dāng)電極區(qū)(81)加正壓、電極區(qū)(82)加負(fù)壓時，電極區(qū)(81)連接的兩個整流管，P++區(qū)(31)與N阱區(qū)(11)形成的整流管正偏，N++區(qū)(42)與P阱區(qū)(21)形成的整流管反偏；電極區(qū)
(82)連接的兩個整流管，P++區(qū)(32)與N阱區(qū)(11)形成的整流管反偏，N++區(qū)(41)與P阱區(qū)
(21)形成的整流管正偏；由于N+區(qū)(51)電位高于P+區(qū)(61)，因此N+區(qū)(51)與P+區(qū)(61)形成的鉗位管反偏;又因設(shè)計的整流管反向擊穿電壓遠(yuǎn)高于鉗位管的反向擊穿電壓，因此電流從電極區(qū)(81)經(jīng)過上面所述的兩個正偏的整流管和反偏的鉗位管流通，直到電極區(qū)(82);
當(dāng)電極區(qū)(82)加正壓、電極區(qū)(81)加負(fù)壓時，電極區(qū)(82)連接的兩個整流管，P++區(qū)
(32)與N阱區(qū)(11)形成的整流管正偏，N++區(qū)(41)與P阱區(qū)(21)形成的整流管反偏；電極區(qū)
(81)連接的兩個整流管，P++區(qū)(31)與N阱區(qū)(11)形成的整流管反偏，N++區(qū)(42)與P阱區(qū)
(21)形成的整流管正偏；由于N+區(qū)(51)電位高于P+區(qū)(61)，因此N+區(qū)(51)與P+區(qū)(61)形成的鉗位管反偏;又因設(shè)計的整流管反向擊穿電壓遠(yuǎn)高于鉗位管的反向擊穿電壓，因此電流從電極區(qū)(82)經(jīng)過上面所述的兩個正偏的整流管和反偏的鉗位管流通，直到電極區(qū)(81)。
[0020]如上面所述的導(dǎo)通通道上，都是有一個反偏的鉗位管和兩個正偏的整流管串聯(lián)構(gòu)成，但只使用一個鉗位管，來實現(xiàn)雙向鉗位作用；由于整流管可以通過降低阱區(qū)的濃度的設(shè)計，獲得一個值很低寄生結(jié)電容，可以做到零點幾皮法，因為串聯(lián)總電容值取決于最低器件的電容值，因此總電容值要比其中的一個整流管結(jié)電容值還要低；同時鉗位管的擊穿電壓可以同時增加P+區(qū)與N+區(qū)濃度的設(shè)計做到3.2V-6V之間，正偏PN結(jié)在0.65V左右，因此整個TVS器件的總的電壓壓降為兩個整流管正偏結(jié)壓降和一個鉗位管反偏壓降之和構(gòu)成，即做至IJ4.5V-7.3V之間，實現(xiàn)低電壓鉗位。這樣TVS器件既具有低電壓鉗位的能力情況下，又具有更低的總電容。
[0021]本發(fā)明的TVS器件，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，只有一個大面積的鉗位二極管和4個面積只有鉗位二極管面積1/5的小面積的整流二極管，這樣整體面積可以降低20%-25%。
[0022]圖5至圖10為實施所使用的各層次光刻用掩膜版示意圖，下面結(jié)合本發(fā)明的制造流程，說明本發(fā)明的TVS器件。
[0023]制造流程如下:
A、在摻雜濃度低于1E12atm/cm3的P-單晶硅片上，通過熱氧化在表面形成180納米的氧化層，使用圖5所示的掩膜版進行第一次光刻、腐蝕，將P阱區(qū)刻開，進行硼雜質(zhì)注入，去膠后進行退火，使用圖6所示的掩膜版第二次光刻、腐蝕，將N阱區(qū)刻開，進行磷雜質(zhì)注入，去膠后進行高溫推結(jié)形成表面濃度在1E13 atm/cm3至8E14atm/cm3之間、結(jié)深在4.5微米至6微米之間的P阱區(qū)(21)和N阱區(qū)(11)，同時N阱區(qū)、P阱區(qū)表面形成150-200納米厚的氧化層，阱區(qū)外形成250-300納米厚的氧化層；
B、使用圖7所示的掩膜版進行第三次光刻，將N阱區(qū)的兩個P++區(qū)(31)、(32)，以及N阱區(qū)外的一個P+區(qū)(61)刻開，采用光刻膠掩蔽進行高能量高濃度硼雜質(zhì)注入，去膠后熱退火，由于N阱區(qū)內(nèi)氧化層厚度比N阱區(qū)外的氧化層厚度薄，所以N阱區(qū)內(nèi)的P++區(qū)注入的雜質(zhì)，比N阱區(qū)外的P+區(qū)硼雜質(zhì)濃度高；
C、使用圖8所示的掩膜版進行第四次光刻，將P阱區(qū)的兩個N++區(qū)(41)、(42)，以及P阱區(qū)外的一個N+區(qū)(51)刻開，同樣采用光刻膠掩蔽進行高能量高濃度磷雜質(zhì)注入，由于P阱區(qū)內(nèi)氧化層厚度比P阱區(qū)外的氧化層厚度薄，所以P阱區(qū)內(nèi)的N++區(qū)注入的雜質(zhì)，比P阱區(qū)外的N+區(qū)硼雜質(zhì)濃度高，去膠后進行推結(jié)，同時進行熱氧化，在表面形成500納米到600納米的氧化層(7)；
B、C步驟中通過調(diào)整注入能量，采用薄、厚氧化層進行阻擋注入，最終可形成表面濃度高于lE18atm/cm3、結(jié)深2微米到3.5微米之間P++區(qū)、N++區(qū)，表面濃度在8E16 atm/cm3至lE18atm/cm3之間、結(jié)深在1.8微米到3微米之間的P+區(qū)、N+區(qū)；因為P++區(qū)、N++區(qū)要與金屬連接，形成良好的歐姆接觸，因此濃度要高于lE18atm/cm3，而P+區(qū)、N+區(qū)要形成形成擊穿電壓為3V-6.5V之間一個鉗位二極管，表面濃度在8E16 atm/cm3至lE18atm/cm3之間調(diào)整。
[0024]D、使用圖9所示的掩膜版進行第五次光刻、腐蝕，將N阱區(qū)的兩個P++區(qū)的引線孔(71)、(72)和P阱區(qū)的兩個N++區(qū)的引線孔(73)、(74)刻開，再在表面進行金屬層生長，使用圖10所示的掩膜版進行第六次光刻、金屬腐蝕后，形成金屬電極區(qū)(81)、(82)，最終形成本發(fā)明器件(O)的結(jié)構(gòu)。
[0025]按本發(fā)明提到的優(yōu)化的制程的制造方法，可實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)化結(jié)構(gòu)的低電容低壓TVS器件;這個器件中只有一個大面積的鉗位管，就實現(xiàn)雙向鉗位功能，可以降低整個TVS器件的占用面積，降低成本，增加產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。
[0026]通過上述實施例闡述了本發(fā)明，同時也可以采用其它實施例實現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明不局限于上述具體實施例，因此本發(fā)明由所附權(quán)利要求范圍限定。
【主權(quán)項】
1.一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件(O)，其特征在于結(jié)構(gòu)包括:在低摻雜的P-單晶硅片上，具有分別獨立的低摻雜濃度的N阱區(qū)(I)和低摻雜濃度的P阱區(qū)(2)，在N阱區(qū)中有兩個獨立的高濃度的P++區(qū)(3)，P++區(qū)與N阱形成整流管，在P阱區(qū)中有兩個獨立的高濃度的N++區(qū)(4)，N++區(qū)與P阱也形成整流管;在N阱區(qū)的邊緣有一個高濃度的N+區(qū)(5)，N+區(qū)與N阱區(qū)交疊，與N阱內(nèi)的P++區(qū)不相接;在P阱區(qū)的邊緣有一個高濃度的P+區(qū)(6)，P+區(qū)與P阱區(qū)交疊，與P阱內(nèi)的N++區(qū)不相接;P+區(qū)與N+區(qū)相接，形成鉗位管，表面采用氧化層(7)鈍化，在每個N++區(qū)、P++區(qū)中間區(qū)域為引線孔無氧化層，最上層為二個金屬電極區(qū)(8)，每個金屬電極區(qū)各分別將一個N++區(qū)和一個P++區(qū)連接在一起，兩個電極之間不導(dǎo)通。2.如權(quán)利要求1所述的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件，其特征在于:N阱區(qū)、P阱區(qū)的表面濃度在1E13 atm/cm3至8E14atm/cm3之間，比P-單晶硅片的濃度高10倍以上，P++區(qū)、N++區(qū)表面濃度高于lE18atm/cm3，N+區(qū)、P+區(qū)表面濃度在8E16 atm/cm3至lE18atm/cm3 之間。3.如權(quán)利要求1所述的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件，其特征在于:N阱區(qū)、P阱區(qū)的結(jié)深在4.5微米至6微米之間，P+區(qū)、N+區(qū)結(jié)深在1.8微米到3微米之間，P++區(qū)、N++區(qū)結(jié)深在2微米到3.5微米之間，表面氧化層厚度在300納米到600納米之間。4.如權(quán)利要求1所述的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件，其特征在于:該器件只有一個鉗位管和四個整流管，按對角線方向功能對稱，用一個鉗位管實現(xiàn)雙向鉗位功會K。5.如權(quán)利要求1所述的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件的制作方法，其特征在于:可形成一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件的制造流程，包括如下步驟: A、在低摻雜的P-單晶硅片上，通過熱氧化在表面形成180納米的氧化層，經(jīng)過第一次光亥IJ、腐蝕，將P阱區(qū)(21)刻開，進行硼雜質(zhì)注入，去膠后進行退火，第二次光刻、腐蝕，將N阱(11)區(qū)刻開，進行磷雜質(zhì)注入，去膠后進行高溫推結(jié)形成P阱區(qū)(21)和N阱區(qū)(11)，同時N阱區(qū)、P阱區(qū)表面形成150-200納米厚的氧化層； B、進行第三次光刻，將N阱區(qū)的兩個P++區(qū)(31)、(32)，以及N阱區(qū)外的一個P+區(qū)(61)刻開，采用光刻膠掩蔽進行高能量高濃度硼雜質(zhì)注入，去膠后熱退火，由于N阱區(qū)內(nèi)氧化層厚度比N阱區(qū)外的氧化層厚度薄，所以N阱區(qū)內(nèi)的P++區(qū)注入的雜質(zhì)，比N阱區(qū)外的P+區(qū)硼雜質(zhì)濃度高； C、進行第四次光刻，將P阱區(qū)的兩個N++區(qū)(41)、(42)，以及P阱區(qū)外的一個N+區(qū)(51)刻開，采用光刻膠掩蔽進行高能量高濃度磷雜質(zhì)注入，同樣由于P阱區(qū)內(nèi)氧化層厚度比P阱區(qū)外的氧化層厚度薄，所以P阱區(qū)內(nèi)的N++區(qū)注入的雜質(zhì)，比P阱區(qū)外的N+區(qū)硼雜質(zhì)濃度高，去膠后進行推結(jié)，同時進行熱氧化，形成表面鈍化的氧化層(7); D、進行第五次光刻、腐蝕，將N阱區(qū)的兩個P++區(qū)的引線孔區(qū)(71)、(72)和P阱區(qū)的兩個N++區(qū)的引線孔區(qū)(73)、(74)刻開，再在表面進行金屬層生長，經(jīng)過最后的金屬層光刻、腐蝕，形成金屬電極區(qū)(81)、(82)，最終形成本發(fā)明器件(O)的結(jié)構(gòu)。6.如權(quán)利要求5所述的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)和制程的低電容低壓TVS器件的制造方法，其特征在于:采用薄厚氧化層進行阻擋注入，采用一次光刻、一次注入，同時形成兩個摻雜濃度不同的摻雜區(qū)。
【文檔編號】H01L29/861GK105932069SQ201610313548
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】關(guān)世瑛
【申請人】上海芯石微電子有限公司