CN103456797B - Tvs器件及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TVS器件，该器件弃用扩散隔离，而采用高掺杂浓度的低阻衬底，衬底上方通过铟注入制作P型埋层，再进行一次低掺杂浓度外延淀积后制作N型埋层，两种埋层作重掺杂，利用两种不同类型埋层的掺杂浓度来调节瞬态电压抑制器的箝位电压，在埋层上方淀积低掺杂浓度的外延层，器件表面利用N型多晶硅和P型多晶硅引出电极，并且利用热扩散在两个表面二极管处形成浅结，降低结附近的掺杂浓度，以降低TVS器件的电容。本发明还公开了所述TVS器件的制造方法。

Description

TVS器件及制造方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是指一种TVS器件，本发明还涉及所述TVS器件的制造方法。

背景技术

电压及电流的瞬态干扰是造成电子电路及设备损坏的主要原因，常给人们带来无法估量的损失。这些干扰通常来自于电力设备的起停操作、交流电网的不稳定、雷击干扰及静电放电等。一种高效能的电路保护器件TVS的出现使瞬态干扰得到了有效抑制。TVS(TransientVoltageSuppressor)或称瞬变电压抑制二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，TVS和齐纳稳压管都能用作稳压，但是齐纳击穿电流更小，大于10V的稳压只有1mA，相对来说TVS要比齐纳二极管击穿电流要大不少。其电路符号和普通稳压二极管相同,外形也与普通二极管无异,当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度(最高达1x10^-12秒)使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。目前广泛用于手机，LCD模组，及一些比较精密的手持设备。特别是出口欧洲的产品一般都要加，作为静电防护的主要手段之一。

TVS在规定的反向应用条件下，当电路中由于雷电、各种电器干扰出现大幅度的瞬态干扰电压或脉冲电流时，它在极短的时间内(最高可达到1×10^-12秒)迅速转入反向导通状态，并将电路的电压箝位在所要求的安全数值上，从而有效的保护电子线路中精密元器件免受损坏。TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其箝位时间仅为1ps。箝位时间与TVS电容相关，电容量是由TVS雪崩结截面决定的，这是在特定的1MHz频率下测得的。电容的大小与TVS的电流承受能力成正比，电容太大将使信号衰减。因此，电容是数据接口电路选用TVS的重要参数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种TVS器件，具有较低的电容密度，降低了器件的电容值。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供所述TVS器件的制造方法。

为解决上述问题，本发明的TVS器件，是在P型低阻衬底上具有一层P型埋层，埋层上具有P型外延层。

在所述P型外延层中，具有N型隔离阱和P型隔离阱呈水平排布。

所述N型隔离阱中，从下至上依次为重掺杂N型埋层、N型外延层及重掺杂P型区，所述重掺杂N型埋层与衬底上的P型埋层接触。

在所述重掺杂P型区之上，淀积有P型多晶硅与重掺杂P型区接触，P型多晶硅之上覆盖金属硅化物。

所述P型隔离阱中，从下至上依次为N型外延层及重掺杂N型区，N型外延层与衬底上的P型埋层接触。

在所述重掺杂N型区之上，淀积有N型多晶硅与重掺杂N型区接触，N型多晶硅之上覆盖金属硅化物。

N型外延层之上有金属连线及两个接触孔，分别连接到N型多晶硅上方的金属硅化物和P型多晶硅上的金属硅化物以引出电极。

本发明所述的TVS器件的制造方法，包含如下工艺步骤：

第1步，在P型衬底上通过离子注入形成重掺杂P型埋层。

第2步，在重掺杂P型埋层上方淀积一层轻掺杂N型外延层。

第3步，在N型外延层中进行离子注入形成重掺杂N型埋层。

第4步，在N型外延层上淀积一层轻掺杂N型外延层。

第5步，在N型埋层两端进行N型隔离阱注入形成隔离阱区域。

第6步，采用热推进形成最终N型隔离阱，并使N型埋层中杂质向上扩散进入其上方N型外延层，P型埋层中P型杂质向上扩散进入其上方N型外延层使其全部反型形成P型外延层。

第7步，进行离子注入及热推进工艺形成P型隔离阱。

第8步，隔离区形成之后，在整个器件表面生长一层多晶硅。

第9步，对N型隔离阱之上的多晶硅进行P型杂质注入，对P型隔离阱之上的多晶硅进行N型杂质注入，然后进行热处理扩散，在N型隔离阱中的N型外延层中扩散形成重掺杂P型区，在P型隔离阱中的P型外延层中扩散形成重掺杂N型区。

第10步，分别在N型隔离阱之上的多晶硅以及P型隔离阱之上的多晶硅上形成金属硅化物，通过接触孔工艺连接到金属硅化物上，表面制作金属连线引出电极。

进一步地，所述第1步中P型衬底为电阻率范围在0.007～0.013Ω·cm的高掺杂低阻衬底，P型埋层为注入铟离子形成，注入剂量为1x10¹⁵～5x10¹⁶cm^-2，注入能量为10～200keV，以调整齐纳二极管管的击穿电压。

进一步地，所述第2步中N型外延层的掺杂浓度小于1x10¹⁴cm^-3。

进一步地，所述第3步中重掺杂N型埋层的离子注入杂质为磷和砷或者磷和锑，注入的剂量为1x10¹⁵～5x10¹⁶cm^-2,注入的能量为20～200keV。

进一步地，所述第4步中N型外延层采用轻磷掺杂，杂质分布均匀且浓度小于1x10¹⁴cm^-3。

进一步地，所述第9步中多晶硅杂质注入的剂量为1x10¹⁴～1x10¹⁶cm^-2，注入能量小于15keV,以不穿通多晶硅为准，并利用热处理激活和扩散形成浅结。

本发明所述的TVS器件及制造方法，在低阻衬底上方淀积低掺杂浓度的外延层。衬底上方通过注入制作P型埋层，再进行一次低掺杂浓度外延淀积后制作N型埋层，P型埋层和N型埋层做重掺杂，利用两种不同类型埋层的掺杂浓度来调节TVS的箝位电压。埋层杂质向上扩散，越靠近表面杂质浓度越低，器件表面利用N型多晶硅和P型多晶硅引出电极，并且利用热扩散在两个表面二极管处形成浅结，可以有效降低结附近的杂质浓度，从而获得较低的电容值。

附图说明

图1是本发明工艺步骤1完成图；

图2是本发明工艺步骤2完成图；

图3是本发明工艺步骤3完成图；

图4是本发明工艺步骤4完成图；

图5是本发明工艺步骤5完成图；

图6是本发明工艺步骤6完成图；

图7是本发明工艺步骤7完成图；

图8是本发明工艺步骤8完成图；

图9是本发明工艺步骤9完成图；

图10是本发明工艺步骤10完成图；

图11是本发明工艺流程图。

附图标记说明

101是P型衬底，102是P型埋层，103是N型埋层，104是N型外延层，105是N型隔离阱，106是P型外延层，107是P型隔离阱，108是P型多晶硅，109是N型多晶硅，110是重掺杂P型区，111是重掺杂N型区，112是接触孔，113是金属连线，114、115是轻掺杂N型外延层，116是多晶硅,117是金属硅化物。

具体实施方式

本发明TVS器件的结构特征现结合图10说明如下：

在P型低阻衬底101上具有一层P型埋层102，埋层102上是P型外延层106(此处需要特别说明的是其最初形成的外延是为N型外延层，后经P型埋层102热处理向上扩散后反型变为P型，具体请参考工艺说明第6步)。

在所述P型外延层106中，具有N型隔离阱105和P型隔离阱107呈水平排布。

所述N型隔离阱105中，从下至上依次为重掺杂N型埋层103、N型外延层104及重掺杂P型区110，所述重掺杂N型埋层103与衬底101上的P型埋层102接触。

在所述重掺杂P型区110之上，淀积有P型多晶硅108与重掺杂P型区110接触，P型多晶硅108之上覆盖金属硅化物117。

所述P型隔离阱107中，从下至上依次为P型外延层106及重掺杂N型区111，P型外延层106与衬底上的P型埋层102接触。

在所述重掺杂N型区111之上，淀积有N型多晶硅109与重掺杂N型区111接触，N型多晶硅109之上覆盖金属硅化物117。

P型外延层106之上有金属连线113及两个接触孔112，分别连接到N型隔离阱105上方的金属硅化物117和P型隔离阱107上的金属硅化物117以引出电极。

本发明所述的TVS器件的制造方法结合图1～10做如下说明：

第1步，如图1所示，在电阻率范围0.007～0.013Ω·cm的P型低阻衬底101上通过高剂量的铟离子注入形成重掺杂P型埋层102，重掺杂P型埋层102铟注入的剂量范围为1x10¹⁵～5x10¹⁶cm^-2，注入能量为10～200keV。

第2步，重掺杂P型埋层102注入后淀积一层一定厚度的轻掺杂N型外延层114，如图2所示，轻掺杂N型外延层114的厚度范围在0.5～5μm。

第3步，采用高剂量的离子注入在所述外延层114中注入形成重掺杂的N型埋层103，离子注入杂质为磷和砷或者磷和锑，注入的能量为20～200keV，注入的剂量为1x10¹⁵～5x10¹⁶cm^-2。如图3所示。埋层103的注入剂量由瞬态电压抑制器的箝位电压决定。

第4步，如图4所示，轻掺杂N型外延层114上方再淀积一层轻掺杂N型外延层115，N型外延层115采用轻磷掺杂，杂质分布均匀且浓度小于1x10¹⁴cm^-3，N型外延层115的厚度由上方二极管的电容决定。

第5步，如图5所示，在重掺杂N型埋层103的两端的N型外延层114和115中进行一道高剂量(1x10¹⁴～1x10¹⁶cm^-2)的N型隔离阱注入形成隔离阱区域105。

第6步，通过20～120min，1100-1200℃的热推进过程最终形成N型隔离阱105并使得重掺杂N型埋层103中杂质向上扩散形成N型外延层104，重掺杂P型埋层102中的杂质向上扩散形成P型外延层106，即第5步中存在的N型外延层114和115由于杂质的扩散进入而反型成为P型外延层106，如图6所示。

第7步，通过高剂量(1x10¹⁴～5x10¹⁶cm^-2)的P型隔离阱注入以及热过程推进形成P型隔离阱区域107，如图7所示。

第8步，在隔离区107形成之后，在整个器件表面淀积一层多晶硅116，如图8所示。

第9步，对N型隔离阱105之上的多晶硅108进行P型杂质注入，对P型隔离阱107之上的多晶硅109进行N型杂质注入，注入剂量为1x10¹⁴～1x10¹⁶cm^-2，注入能量小于15keV，以不穿通多晶硅108及109为准。然后进行热处理扩散，在N型隔离阱105中的N型外延层104中扩散形成重掺杂P型区110，在P型隔离阱107中的P型外延层106中扩散形成重掺杂N型区111。如图9所示。

第10步，在多晶硅108及109上形成金属硅化物117，通过传统的接触孔工艺形成接触孔112连接，金属线113连接接触孔112引出两端电极，完成图如图10所示。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种TVS器件，其特征在于：在P型低阻衬底上具有一层P型埋层，埋层上是P型外延层；

在所述P型外延层中，具有N型隔离阱和P型隔离阱呈水平排布；

所述N型隔离阱中，从下至上依次为重掺杂N型埋层、N型外延层及重掺杂P型区，所述重掺杂N型埋层与衬底上的P型埋层接触；

在所述重掺杂P型区之上，淀积有P型多晶硅与重掺杂P型区接触，P型多晶硅之上覆盖金属硅化物；

所述P型隔离阱中，从下至上依次为P型外延层及重掺杂N型区，P型外延层与衬底上的P型埋层接触；

在所述重掺杂N型区之上，淀积有N型多晶硅与重掺杂N型区接触，N型多晶硅之上覆盖金属硅化物；

P型外延层之上有金属连线及两个接触孔，分别连接到N型多晶硅上方的金属硅化物和P型多晶硅上的金属硅化物以引出电极。

2.如权利要求1所述的TVS器件的制造方法，其特征在于：包含如下工艺步骤：

第1步，在P型衬底上通过离子注入形成重掺杂P型埋层；

第2步，在重掺杂P型埋层上方淀积一层轻掺杂N型外延层；

第3步，在N型外延层中进行离子注入形成重掺杂N型埋层；

第4步，在N型外延层上淀积一层轻掺杂N型外延层；

第5步，在N型埋层两端进行N型隔离阱注入形成隔离阱区域；

第6步，采用热推进形成最终N型隔离阱，并使N型埋层中杂质向上扩散进入其上方N型外延层，P型埋层中P型杂质向上扩散进入其上方N型外延层使其全部反型形成P型外延层；

第7步，进行离子注入及热推进工艺形成P型隔离阱；

第8步，隔离区形成之后，在整个器件表面生长一层多晶硅；

第9步，对N型隔离阱之上的多晶硅进行P型杂质注入，对P型隔离阱之上的多晶硅进行N型杂质注入，然后进行热处理扩散，在N型隔离阱中的N型外延层中扩散形成重掺杂P型区，在P型隔离阱中的P型外延层中扩散形成重掺杂N型区；

第10步，分别在N型隔离阱之上的多晶硅以及P型隔离阱之上的多晶硅上形成金属硅化物，通过接触孔工艺连接到金属硅化物上，表面制作金属连线引出电极。

3.如权利要求2所述的TVS器件的制造方法，其特征在于：所述第1步中P型衬底为电阻率范围在0.007～0.013Ω·cm的重掺杂低阻衬底，P型埋层为注入铟离子形成，注入剂量为1x10¹⁵～5x10¹⁶cm^-2，注入能量为10～200keV，以调整齐纳二极管管的击穿电压。

4.如权利要求2所述的TVS器件的制造方法，其特征在于：所述第2步中N型外延层的掺杂浓度小于1x10¹⁴cm^-3。

5.如权利要求2所述的TVS器件的制造方法，其特征在于：所述第3步中重掺杂N型埋层的离子注入杂质为磷和砷或者磷和锑，注入的剂量为1x10¹⁵～5x10¹⁶cm^-2,注入的能量为20～200keV。

6.如权利要求2所述的TVS器件的制造方法，其特征在于：所述第4步中N型外延层采用轻磷掺杂，杂质分布均匀且浓度小于1x10¹⁴cm^-3。

7.如权利要求2所述的TVS器件的制造方法，其特征在于：所述第9步中多晶硅杂质注入的剂量为1x10¹⁴～1x10¹⁶cm^-2，注入能量小于15keV,以不穿通多晶硅为准，并利用热处理激活和扩散形成浅结。