雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的tvs器件及制法
【專利摘要】本發(fā)明公開了雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件及制法，其包括：步驟A：在重?fù)诫sP型硅襯底生長一層輕摻雜N型外延層；步驟B：用光刻膠掩膜開出N型摻雜區(qū)域窗口，進(jìn)行N型摻雜離子注入；步驟C：用光刻膠掩膜開出P型摻雜區(qū)域窗口，進(jìn)行P型摻雜離子注入；步驟D：沉積一層1.5?2μm的二氧化硅膜作為刻蝕超深隔離溝槽的硬掩膜；步驟E：在步驟D的硬掩膜上進(jìn)行光刻和二氧化硅腐蝕，刻蝕出兩條定位隔離溝槽窗口，該定位溝槽窗口作為步驟F中刻蝕超深隔離溝槽的參照位置；步驟F：在外延上刻蝕超深隔離溝槽一直延伸到P型襯底；步驟G：用二氧化硅膜填充步驟D中形成的超深隔離溝槽；步驟H：接觸孔刻蝕；步驟I：金屬布線。
【專利說明】
雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件及制法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS(TVS，TransientVoltage Suppressors)器件及制法。屬半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著各類ESD電路集成度的不斷增高，集成電路的線寬也隨之減小。電路中以靜電放電(ESD)或其他形式存在的瞬態(tài)電壓也因此更容易對電子器件造成破壞。雙向TVS 二極管，能夠?qū)碜詳?shù)據(jù)線兩端正負(fù)極的浪涌脈沖泄放，從而保護(hù)系統(tǒng)免于遭受各種形式的瞬態(tài)高壓的沖擊。與單向保護(hù)二極管比較，雙向TVS 二極管雙向均能導(dǎo)通，無論外加于兩端電壓極性如何，只要電壓大于Vtrig(反向觸發(fā)電壓)均可導(dǎo)通，由于該專利中特殊結(jié)構(gòu)雙向TVS電壓完全對稱，在實(shí)際應(yīng)用過程中具有非?？煽康碾p向過壓保護(hù)功能，在EDS器件保護(hù)應(yīng)用中具有更高的靈活性和可靠性。帶有超深溝槽的結(jié)構(gòu)使得器件具有超低漏電，能滿足當(dāng)今TVS應(yīng)用在各種通訊網(wǎng)口及手機(jī)接口低漏電的要求，防止傳輸信號時(shí)丟包的現(xiàn)象發(fā)生。
[0003]雙向TVS在P型硅襯底上生長一層N型外延層，形成二極管的PN結(jié)，然后在N型外延層上摻雜P型雜質(zhì)。
[0004]如圖1所示，現(xiàn)有的TVS器件的制造大多是單向的TVS結(jié)構(gòu)。平面TVS二極管在P型硅襯底上生長一層N型外延層，形成二極管的PN結(jié)。如圖1所示，平面二極管包括ALsi CU金屬層24、Si02絕緣層23、N型摻雜層22，P+硅襯底21。目前很多端口的保護(hù)都趨于雙向保護(hù)，當(dāng)今TVS雙向應(yīng)用的場合越來越多，單向一顆TVS難以滿足雙向不同電壓檔位的多元化，傳統(tǒng)的單向TVS無法滿足當(dāng)今市場上高端手機(jī)或其他便攜式電子產(chǎn)品雙向應(yīng)用及更高級封裝形式的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件。
[0006]本發(fā)明的再一目的是提供所述雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件的制法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述步驟實(shí)現(xiàn):一種雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件，利用N+/P+結(jié)形成TVS結(jié)構(gòu)達(dá)到了電壓的完全對稱，其包括:重?fù)诫sP型娃襯底、輕摻雜N-型外延層，在左、中、右各有一個(gè)延至重?fù)诫sP型娃襯底的左、中、右超深隔離溝槽，由左、中、右超深隔離溝槽將器件分隔出二個(gè)結(jié)構(gòu)相同的TVS器件區(qū)，每個(gè)器件區(qū)在外延層上方有N型摻雜區(qū)，在N型摻雜區(qū)內(nèi)和外延層上方均各有一個(gè)P型摻雜區(qū)，分別構(gòu)成 P+/N+結(jié)一、二 Zl、Z2 和 P+/N-結(jié)一、二 Dl、D2，1l 接口連接 P+/N+結(jié)一 Zl 和 P+/N-結(jié)二D2，102接口連接P+/N-結(jié)一Dl和P+/N+結(jié)二Z2，當(dāng)接口 1l加電壓時(shí)，P+/N-結(jié)二D2與P+/N+結(jié)一 Zl都為正向?qū)顟B(tài)，但是由于輕摻雜N-型外延層N-外延濃度低，N+/P+結(jié)二 Z2較N-/P+結(jié)一 Dl先導(dǎo)通，此時(shí)TVS的擊穿電壓為N+/P+結(jié)二 Z2所承受的反向耐壓;反之接口 102加電壓時(shí)，N+/P+結(jié)一 Zl較N-/P+結(jié)二 D2先導(dǎo)通，這樣不管從1l到102，或者，從102到101，工作的TVS都是用N+/P+結(jié)一、二 Zl、Z2，雙向擊穿電壓完全對稱。
[0008]本發(fā)明利用N+/P+結(jié)形成TVS結(jié)構(gòu)達(dá)到了電壓的完全對稱，利用超深溝槽的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在電性能上的超低漏電(<10nA)和高靜電保護(hù)能力。由于N+濃度較低使其具有超低的電容，這大大提高了TVS器件對信號的響應(yīng)速度，使其在保護(hù)高頻數(shù)據(jù)接口(例如HTMI2.0、Type-C接口 USB3.0)電路上的應(yīng)用成為可能。該結(jié)構(gòu)的超低漏電流對器件自身的耗電和散熱優(yōu)勢明顯。
[0009]本發(fā)明TVS雙向電壓完全對稱，當(dāng)1l加電壓時(shí)P+/N-外延形成的D2與P+/N+形成的Zl都為正向?qū)顟B(tài)，但是由于N-外延濃度很低，N+/P+形成的Z2較N-/P+形成的Dl先導(dǎo)通，此時(shí)TVS的擊穿電壓為Z2所承受的反向耐壓，反之102加電壓時(shí)N+/P+形成的Zl較N-/P+形成的D2先導(dǎo)通，這樣不管從1l到102還是從102到101，工作的TVS都是用N+/P+形成的Zl和Z2，雙向擊穿電壓完全對稱，而且電壓可以通過N+及P+工藝條件調(diào)整，不依賴于外延片規(guī)格情況，成本大大降低，后續(xù)對于不同電壓的應(yīng)用需求也可快速開發(fā)。
[0010]在上述方案基礎(chǔ)上，所述超深隔離溝槽深度大于ΙΟμπι，高寬比在15:1和25:1之間。
[0011]本發(fā)明提供上述的雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件的制法，其包括下述步:
步驟A:在重?fù)诫sP型硅襯底生長一層輕摻雜N型外延層；
步驟B:用光刻膠掩膜開出N型摻雜區(qū)域窗口，進(jìn)行N型摻雜離子注入；
步驟C:用光刻膠掩膜開出P型摻雜區(qū)域窗口，進(jìn)行P型摻雜離子注入；
步驟D:沉積一層1.5-2μπι的二氧化硅膜作為刻蝕超深隔離溝槽的硬掩膜；
步驟Ε:在步驟D的硬掩膜上進(jìn)行光刻和二氧化硅腐蝕，刻蝕出兩條定位隔離溝槽窗口，該定位溝槽窗口作為步驟F中刻蝕超深隔離溝槽的參照位置；
步驟F:在外延層32上刻蝕超深隔離溝槽一直延伸到P型襯底；
步驟G:用二氧化硅膜填充步驟D中形成的超深隔離溝槽；
步驟H:接觸孔刻蝕；
步驟1:金屬布線，形成接口 1l連接的D2、Zl，和接口 102連接的Dl、Ζ2雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件。
[0012]步驟A中，輕摻雜N型外延層為10_25μπι。
[0013]步驟F中，超深隔離溝槽的深度為15_25μπι。
[0014]在步驟D中包括步驟:沉積一層1.5_2μπι的二氧化硅膜作為刻蝕超深隔離溝槽的硬掩膜，在該硬掩膜上進(jìn)行光刻和二氧化硅腐蝕，刻蝕出兩條定位隔離溝槽窗口，該定位溝槽窗口作為步驟F中刻蝕超深隔離溝槽的參照位置。
[0015]所述的二氧化硅膜采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積方法成型。
[0016]在步驟F之后還包括清除硬掩膜的步驟。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用Ν+/Ρ+結(jié)形成TVS結(jié)構(gòu)達(dá)到了電壓的完全對稱，利用超深溝槽的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在電性能上的超低漏電(<10ηΑ)和高靜電保護(hù)能力。由于N+濃度較低使其具有超低的電容，這大大提高了 TVS器件對信號的響應(yīng)速度，使其在保護(hù)高頻數(shù)據(jù)接口(例如HTMI2.0、Type-C接口 USB3.0)電路上的應(yīng)用成為可能。該結(jié)構(gòu)的超低漏電流對器件自身的耗電和散熱優(yōu)勢明顯。本發(fā)明另外一個(gè)優(yōu)勢為TVS雙向電壓完全對稱，工作的TVS都是用N+/P+結(jié)一、二 Z1、Z2，雙向擊穿電壓完全對稱，而且電壓可以通過N+及P+工藝條件調(diào)整，不依賴于外延片規(guī)格情況，成本大大降低。
【附圖說明】
[0018]圖1現(xiàn)有技術(shù)中單向TVS結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2，本發(fā)明工作原理圖；
圖3，本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4，是本實(shí)施例步驟A的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5，是本實(shí)施例步驟B的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6，是本實(shí)施例步驟C的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7，是本實(shí)施例步驟D的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8，是本實(shí)施例步驟E的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9，是本實(shí)施例步驟F的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10，是本實(shí)施例步驟G的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖11，是本實(shí)施例步驟H的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖12，是本實(shí)施例步驟I的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖2和圖3所示，一種雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件，利用N+/P+結(jié)形成TVS結(jié)構(gòu)達(dá)到了電壓的完全對稱，包括:重?fù)诫sP型硅襯底31、輕摻雜N-型外延層32，在左、中、右各有一個(gè)延至重?fù)诫sP型硅襯底31的左、中、右超深隔離溝槽371、372、373，由左、中、右超深隔離溝槽371、372、373將器件分隔出二個(gè)結(jié)構(gòu)相同的TVS器件區(qū)，每個(gè)器件區(qū)在外延層32上方有N型摻雜區(qū)33，在N型摻雜區(qū)33內(nèi)和外延層32上方均各有一個(gè)P型摻雜區(qū) 341、342，分別構(gòu)成 P+/N+結(jié)一、二Zl、Z2 和 P+/N-結(jié)一、二Dl、D2，1l 接口連接 P+/N+結(jié)一Zl和P+/N-結(jié)二D2，102接口連接P+/N-結(jié)一Dl和P+/N+結(jié)二Z2，當(dāng)接口 1l加電壓時(shí)，P+/N-結(jié)二 D2與P+/N+結(jié)一 Zl都為正向?qū)顟B(tài)，但是由于輕摻雜N-型外延層N-外延濃度低，N+/P+結(jié)二 Z2較N-/P+結(jié)一 Dl先導(dǎo)通，此時(shí)TVS的擊穿電壓為N+/P+結(jié)二 Z2所承受的反向耐壓;反之接口 102加電壓時(shí)，N+/P+結(jié)一 Zl較N-/P+結(jié)二 D2先導(dǎo)通，這樣不管從1l到102，或者，從102到1l，工作的TVS都是用N+/P+結(jié)一、二Zl、Z2，雙向擊穿電壓完全對稱。
[0020]本實(shí)施例左、中、右所述超深隔離溝槽371、372、373深度大于1(^111，高寬比在15:1和25:1之間。
[0021]所述的雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件的制法，其包括下述步:
步驟A:如圖4所示，在重?fù)诫sP型硅襯底31生長一層輕摻雜N型外延層32，該輕摻雜N型外延層為10-25μηι;
步驟B:如圖5所示，用光刻膠掩膜開出N型摻雜區(qū)域窗口，進(jìn)行N型摻雜離子注入，形成N型摻雜區(qū)33;
步驟C:如圖6用光刻膠掩膜開出P型摻雜區(qū)域窗口 34，進(jìn)行P型摻雜離子注入，在N型摻雜區(qū)33 P型形成摻雜區(qū)341和外延層32上方形成P型摻雜區(qū)342;步驟D:如圖7所示，沉積一層1.5-2μπι的二氧化硅膜作為刻蝕超深隔離溝槽的硬掩膜
35；
步驟Ε:如圖8所示，在步驟D的硬掩膜35上進(jìn)行光刻和二氧化硅腐蝕，刻蝕出兩條定位隔離溝槽窗口 36，該定位溝槽窗口 36作為步驟F中刻蝕超深隔離溝槽37的參照位置；
步驟F:如圖9所示，該定位溝槽窗口 36作為刻蝕超深隔離溝槽的參照位置，在隔離溝槽窗口 36處的外延層32上刻蝕超深隔離溝槽37—直延伸到P型襯底31，超深隔離溝槽37的深度為 15-25μηι;
步驟G:如圖10所示，用二氧化硅膜填充步驟D中形成的如圖3所示的左、中右超深隔離溝槽 371、372、373;
步驟H:如圖11所示，刻蝕接觸孔39;
步驟I:如圖12所示，金屬布線40，形成接口 1l連接的D2、Z1，和接口 102連接的Dl、Z2雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件，構(gòu)成圖3所示的產(chǎn)品。
[0022]所述的二氧化硅膜采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積方法成型。
[0023]在步驟F之后還包括清除硬掩膜的步驟。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件，利用N+/P+結(jié)形成TVS結(jié)構(gòu)達(dá)到了電壓的完全對稱，其特征在于:包括:重?fù)诫sP型硅襯底、輕摻雜N-型外延層，在左、中、右各有一個(gè)延至重?fù)诫sP型硅襯底的左、中、右超深隔離溝槽，由左、中、右超深隔離溝槽將器件分隔出二個(gè)結(jié)構(gòu)相同的TVS器件區(qū)，每個(gè)器件區(qū)在外延層上方有N型摻雜區(qū)，在N型摻雜區(qū)內(nèi)和外延層上方均各有一個(gè)P型摻雜區(qū)，分別構(gòu)成P+/N+結(jié)一、二Z1、Z2和P+/N-結(jié)一、二Dl、D2，1l接 口連接P+/N+結(jié)一Zl和P+/N-結(jié)二D2，102接 口連接P+/N-結(jié)一Dl和P+/N+結(jié)二Z2，當(dāng)接口 1l加電壓時(shí)，P+/N-結(jié)二D2與P+/N+結(jié)一Zl都為正向?qū)顟B(tài)，但是由于輕摻雜N-型外延層N-外延濃度低，N+/P+結(jié)二 Z2較N-/P+結(jié)一 Dl先導(dǎo)通，此時(shí)TVS的擊穿電壓為N+/P+結(jié)二 Z2所承受的反向耐壓;反之接口 102加電壓時(shí)，N+/P+結(jié)一 Zl較N-/P+結(jié)二 D2先導(dǎo)通，這樣不管從1l到102，或者，從102到101，工作的TVS都是用N+/P+結(jié)一、二 Zl、Z2，雙向擊穿電壓完全對稱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件其特征在于，所述超深隔離溝槽深度大于10M1，高寬比在15:1和25:1之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件的制法，其包括下述步: 步驟A:在重?fù)诫sP型硅襯底生長一層輕摻雜N型外延層； 步驟B:用光刻膠掩膜開出N型摻雜區(qū)域窗口，進(jìn)行N型摻雜離子注入； 步驟C:用光刻膠掩膜開出P型摻雜區(qū)域窗口，進(jìn)行P型摻雜離子注入； 步驟D:沉積一層1.5-2μπι的二氧化硅膜35作為刻蝕超深隔離溝槽的硬掩膜； 步驟E:在步驟D的硬掩膜上進(jìn)行光刻和二氧化硅腐蝕，刻蝕出兩條定位隔離溝槽窗口，該定位溝槽窗口作為步驟F中刻蝕超深隔離溝槽的參照位置； 步驟F:在外延層32上刻蝕超深隔離溝槽一直延伸到P型襯底； 步驟G:用二氧化硅膜填充步驟D中形成的超深隔離溝槽； 步驟H:接觸孔刻蝕； 步驟1:金屬布線，形成接口 1I連接的D2、ZI，和接口 102連接的D1、Ζ2雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件的制法，其特征在于:步驟A中，輕摻雜N型外延層為10-25μπι。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件的制法，其特征在于:步驟F中，超深隔離溝槽的深度為15-25μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件的制法，其特征在于:在步驟D中包括步驟:沉積一層1.5-2μπι的二氧化硅膜作為刻蝕超深隔離溝槽的硬掩膜，在該硬掩膜上進(jìn)行光刻和二氧化硅腐蝕，刻蝕出兩條定位隔離溝槽窗口，該定位溝槽窗口作為步驟F中刻蝕超深隔離溝槽的參照位置。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件的制法，其特征在于:所述的二氧化硅膜采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積方法成型。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙向電壓完全對稱帶有超深溝槽超低漏電的TVS器件的制法，其特征在于:在步驟F之后還包括清除硬掩膜的步驟。
【文檔編號】H01L21/329GK106098792SQ201610735415
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月27日
【發(fā)明人】張嘯, 蘇海偉, 趙德益, 趙志方, 王允, 呂海鳳, 霍田佳, 蘇亞兵
【申請人】上海長園維安微電子有限公司