KR101006768B1 - Structure of a tvs diode array and its fabrication method - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A TVS diode array and a fabrication method thereof are provided to prevent the latch up phenomenon by forming a bonding boundary where a PN diode and a zener diode are formed in the planar structure. CONSTITUTION: A n+ buried layer(102) is locally formed on a p-type substrate(101). An n- epi layer(103) and a p++ epi layer(104) are successively formed on the p-type substrate. The n+ buried layer is bonded with the p-type substrate to perform the zener diode function. The p++ epi layer and the n- epi layer of the mesa structure form the PN diode.

Description

티브이에스 다이오드 어레이와 그 제조방법 {Structure of a TVS diode array and its fabrication method}TVS diode array and its manufacturing method {Structure of a TVS diode array and its fabrication method}

본 발명은 TVS(Transient Voltage Suppressor) 다이오드 어레이 제조방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 래치업(latch up) 현상을 방지하고자 PN 다이오드와 제너 다이오드가 형성되는 접합 계면을 평탄한 구조로 형성하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a TVS (Transient Voltage Suppressor) diode array, and more particularly, to a technology of forming a junction interface in which a PN diode and a Zener diode are formed in order to prevent a latch up phenomenon. will be.

TVS(Transient Voltage Suppressor)는 ESD(Electrostatic Discharge) 등과 같은 과도(過渡)전압으로부터 전자회로들을 보호하기 위한 다이오드 어레이(array)다.    Transient Voltage Suppressors (TVSs) are diode arrays for protecting electronic circuits from transient voltages such as electrostatic discharge (ESD).

도 1a는 단수 개의 제너(Zener) 다이오드와 상측(high side) PN 다이오드와 하측(low side) PN 다오이드가 직렬로 연결된 입출력 단자1(IO Port 1)과 입출력 단자2(IO Port 2)가 병렬로 연결된 TVS 다이오드 어레이 회로도를 나타낸다.     FIG. 1A illustrates an input / output terminal 1 (IO Port 1) and an input / output terminal 2 (IO Port 2) in which a single Zener diode, a high side PN diode, and a low side PN diode are connected in series. Shows a TVS diode array schematic.

여기서, PN 다이오드는 데이터 처리속도가 증가함에 따라서 1pF 내외의 낮은 커패시턴스 값을 갖는 추세이며, ESD 테스트 국제규격(IEC: International Electromechanical Commission)을 만족해야 한다. 일반적으로 ESD 보호소자는 IEC61000-4-2 규격에서 Level 4 수준의 높은 ESD 내성 값을 가져야 한다.Here, PN diodes tend to have low capacitance values of about 1 pF as the data throughput increases, and they must satisfy the ESD (International Electromechanical Commission). In general, ESD protection devices should have a high ESD immunity value of Level 4 in the IEC61000-4-2 standard.

여기서, 제너 다이오드는 과도전압이나 과도전류를 클램핑 해주는 역할을 하여 전자회로 내부를 보호해주는 역할을 한다. 전자회로를 좀더 안전하게 보호해주기 위해서는 낮은 클램핑 특성을 가져야 하며 이를 위해서 제너 다이오드는 수 Ohm 대의 낮은 다이나믹 저항 (Rd) 값을 가져야 한다. Here, the zener diode serves to protect the electronic circuit by clamping the transient voltage or the transient current. In order to protect the electronic circuit more safely, it is necessary to have a low clamping characteristic. For this purpose, the zener diode should have a low dynamic resistance (Rd) value of several Ohm.

도 1b는 상술한 도 1a의 TVS 다이오드 어레이를 제작하기 위하여 종래의 기술이다. 이 구조에서, 주 다이오드에는 기생(parasitic) NPN 채널이 형성되고 상측 다이오드에는 기생 PNP 채널이 형성된다. 이로 인하여 래치업(latch up)이 발생되어 전자회로를 손상시키거나 불안정하게 하여 원치 않는 효과를 발생시킨다. 이러한 구조에서 래치업 문제를 해결하기 위해서, 주 다이오드가 차지하는 길이를 약 100um 정도로 넓게 하는 방법을 사용할 수 있으나 칩 면적이 증가하여 생산성이 떨어지는 문제가 있다.FIG. 1B is a conventional technique for fabricating the TVS diode array of FIG. 1A described above. In this structure, parasitic NPN channels are formed in the main diode and parasitic PNP channels are formed in the upper diode. This can cause latch up, which damages or destabilizes the electronic circuitry, causing unwanted effects. In order to solve the latch-up problem in such a structure, a method of increasing the length of the main diode to about 100 μm may be used, but there is a problem that productivity is reduced due to an increase in chip area.

이러한 래치업 문제를 해결하기 위하여 미국공개특허 제2007/0073807A1호에 도 1c와 같은 구조가 제시되었다. 이 구조에서, 주 다이오드와 주변의 PN 다이오드를 트렌치 격리(Trench Isolation) 하여 래치업을 방지하는 방법을 사용하였다. 소자격리를 위한 트렌치 격리를 하기 위하여, 실리콘을 깊게 트렌치 식각하고 실리콘 측벽에 산화막을 형성하고, 다결정 실리콘을 증착한 다음 CMP(Chemical Mechanical Polishing)로 평탄화하는 등 복잡한 여러 공정 단계를 거쳐 제작하기 때문에 생산성을 높이는데 한계가 있다. In order to solve this latch-up problem, US Patent Publication No. 2007 / 0073807A1 discloses a structure as shown in FIG. 1C. In this structure, a trench isolation is performed between the main diode and the surrounding PN diode to prevent latchup. To isolate trenches for device isolation, productivity is achieved through complex process steps, including deep trench etching of silicon, oxide film formation on silicon sidewalls, polycrystalline silicon deposition, and planarization with chemical mechanical polishing (CMP). There is a limit to increase.

또한, 이 구조에서는 콘택 홀(contact hole)을 형성한 후 이온주입에 의하여 PN 접합 계면이 형성되므로 콘택트 홀 측면에서 PN 접합 계면이 평탄하지 않고 곡면으로 형성되어 전계가 집중되는 곡면효과가 발생한다. 전기장이 집중되는 곡면효과로 인하여 TVS가 ESD에 취약해지는 문제가 있다. Also, in this structure, since the PN junction interface is formed by ion implantation after forming a contact hole, the PN junction interface is not flat at the contact hole side and is formed into a curved surface to generate a curved effect in which an electric field is concentrated. There is a problem that the TVS is vulnerable to ESD due to the curved effect of the electric field is concentrated.

따라서 고속 데이터 처리를 위하여 요구되는 낮은 커패시턴스 값을 갖고 높은 ESD 특성을 갖기 위해서는 IO Port 1과 입출력 IO Port 2를 형성하기 위한 PN 다이오드의 N-에피 두께를 증가시켜야만 한다. 그러나 N+와 P 기판의 측면 접합에 의하여 형성된 NP 다이오드에 있어서는 N+ 하부와 측면의 P 기층(body)에서 접합이 이루어지므로 P 기층 두께를 증가시켜도 ESD 특성은 개선되지 않는 문제점이 있다.Therefore, in order to have a low capacitance value and high ESD characteristic required for high-speed data processing, the N-epit thickness of the PN diode to form IO Port 1 and IO Port 2 must be increased. However, in the NP diode formed by the side junction of the N + and P substrates, since the junction is made at the lower portion of the N + and the P body on the side, there is a problem that ESD characteristics are not improved even if the thickness of the P substrate is increased.

본 발명은 상술한 종래기술에 의한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 래치업 현상과 곡면효과를 억제하는 TVS 다이오드 구조 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a TVS diode structure and a method of manufacturing the same, which suppress the latch-up phenomenon and the curved surface effect.

또한, 메사구조의 소자격리를 사용하여 제작 공정을 단순화하며, 클램핑(clamping) 전압이 낮아 ESD 내성이 높은 고신뢰성의 TVS 다이오드 어레이를 제공하고 생산성을 향상시키는 TVS 다이오드 구조 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.In addition, the device isolation of the mesa structure is used to simplify the manufacturing process, provide a highly reliable TVS diode array with high clamping resistance with low clamping voltage, and provide a TVS diode structure and a method of manufacturing the same to improve productivity. do.

상기의 해결하려는 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 TVS 다이오드 어레이 제조방법의 구성은, 제 1 전도층으로 이루어진 반도체 기판의 일부 영역에 제 2 전도층으로 구성된 매립층을 형성하는 제 1 단계, 상기 제 1 전도층 및 매립층 상부에 제 3 전도층으로 이루어진 에피층을 형성하고 제 3 전도층 상부에 연속적으로 제 4 전도층을 에피 성장하는 제 2 단계, 상기 매립층 상부의 제 4 전도층에 복수의 메사구조가 형성되도록 감광막으로 마스킹하여 건식식각 공정을 이용하여 제 4 전도층을 식각하는 제 3 단계, 상기 매립층 영역을 감광막으로 마스킹하고 매립층 영역 밖의 노출된 제 3 전도체 표면에 제 4 전도층과 반대의 도판트로 이온주입을 한 후 감광막을 제거하고 열처리를 하여 제 5 전도층을 형성하는 제 4 단계, 상기 매립층과 제 1 전도층 기판 접합으로 이루어진 단수 개의 제너 다이오드 와 메사구조의 제 4 전도층과 제3 전도층의 접합으로 형성된 복수 개의 PN 다이오드로 이루어진 제 1 활성영역 및 상기 제 1 활성영역과 일정간격 이격되어 상측 및 하측 NP 다이오드 기능을 하는 제 3 전도층과 제 1 전도층 기판 접합으로 이루어진 제 2 활성영역을 형성하도록, 감광막으로 제 1 활성영역과 제 2 활성영역을 마스킹하고 건식식각으로 매립층 하부까지 식각하여 메사 구조로 소자 격리를 하는 제 5 단계 및 상기 제 5 단계가 완료된 기판에 절연막을 도포한 후 콘택 홀을 형성하고 상부금속전극을 형성하여 입출력 단자 1과 2를 형성하고 기판 뒷면에는 하부금속전극을 형성하는 제 6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the configuration of the TVS diode array manufacturing method according to the present invention, the first step of forming a buried layer consisting of the second conductive layer in a portion of the semiconductor substrate consisting of the first conductive layer, A second step of forming an epitaxial layer consisting of a first conductive layer and a third conductive layer on top of the buried layer and epitaxially growing a fourth conductive layer on the third conductive layer, a plurality of mesas in the fourth conductive layer on the buried layer A third step of etching the fourth conductive layer using a dry etching process by masking with a photosensitive film to form a structure, masking the buried layer region with a photosensitive film and opposite the fourth conductive layer on the exposed third conductor surface outside the buried layer region A fourth step of forming a fifth conductive layer by removing a photoresist film after performing ion implantation with a dopant and performing a heat treatment, the buried layer and the first conductive layer group A first active region consisting of a plurality of zener diodes made of a junction, a plurality of PN diodes formed of a junction of a fourth conductive layer and a third conductive layer of a mesa structure, and upper and lower NP diodes spaced at a predetermined distance from the first active region. Masking the first active region and the second active region with a photoresist film and etching the lower portion of the buried layer by dry etching to form a second active region comprising a functioning third conductive layer and a first conductive layer substrate junction. A sixth step of forming the contact holes, forming the upper metal electrodes to form the input / output terminals 1 and 2, and forming the lower metal electrode on the back surface of the substrate after applying the insulating film to the substrate on which the fifth and fifth steps of isolation are completed. Characterized in that it comprises a step.

또한, 제 1 전도층은 N형 또는 P형 불순물이 1017/cm3 ~ 1021/cm3 으로 도핑된 실리콘 반도체인 것을 특징으로 한다.In addition, the first conductive layer is characterized in that the silicon semiconductor doped with N-type or P-type impurities 10 17 / cm 3 ~ 10 21 / cm 3 .

또한, 상기 제 2 전도층은 P형 또는 N형 불순물이 1016/cm3 ~ 1020/cm3 으로 도핑된 실리콘 박막인 것을 특징으로 한다.The second conductive layer may be a silicon thin film doped with P-type or N-type impurities at 10 16 / cm 3 to 10 20 / cm 3 .

또한, 상기 제 3 전도층은 P형 또는 N형 불순물이 1014/cm3 ~ 1018/cm3 으로 도핑된 실리콘 박막인 것을 특징으로 한다.The third conductive layer may be a silicon thin film doped with P-type or N-type impurities at 10 14 / cm 3 to 10 18 / cm 3 .

또한, 상기 제 4 전도층과 제 5 전도층은 도전형이 반대이고 P형 또는 N형 불순물이 1017/cm3 ~ 1021/cm3 으로 도핑된 실리콘 박막인 것을 특징으로 한다.In addition, the fourth conductive layer and the fifth conductive layer is a silicon thin film doped with opposite conductivity types and doped with P-type or N-type impurities at 10 17 / cm 3 to 10 21 / cm 3 .

한편, 상술한 TVS 다이오드 제조방법으로 제작된 TVS 다이오드 어레이의 구성은,제 1 전도층으로 구성된 반도체 기판의 일부 영역에 제 2 전도층으로 구성된 매립층, 상기 제 1 전도층 및 매립층 상부에 제 3 전도층으로 구성된 에피층과 제 3 전도층 상부에 연속적으로 형성된 제 4 전도층의 에피층, 상기 매립층 상부의 제 4 전도층에 형성된 복수의 메사구조, 상기 매립층과 제 1 전도층 기판 접합으로 이루어진 단수 개의 제너 다이오드 와 메사구조의 제 4 전도층과 제3 전도층의 접합으로 형성된 복수 개의 PN 다이오드로 이루어진 제 1 활성영역 및 상기 제 1 활성영역과 일정간격 이격되어 상측 및 하측 NP 다이오드 기능을 하는 제 3 전도층과 제 1 전도층 기판 접합으로 이루어진 제 2 활성영역을 남겨두고 매립층 하부까지 식각하여 형성한 메사 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the configuration of the TVS diode array fabricated by the above-described TVS diode manufacturing method, the buried layer consisting of a second conductive layer in a portion of the semiconductor substrate composed of the first conductive layer, the third conductive layer on top of the first conductive layer and the buried layer. An epi layer of a fourth conductive layer continuously formed on the epi layer composed of a layer and the third conductive layer, a plurality of mesa structures formed on the fourth conductive layer on the buried layer, and a singular layer formed by bonding the buried layer and the first conductive layer substrate A first active region formed of a plurality of PN diodes formed by joining four zener diodes, a fourth conductive layer having a mesa structure, and a third conductive layer, and a first and second NP diodes spaced at a predetermined distance from each other. 3 Mesa structure formed by etching to the lower part of the buried layer, leaving the second active region consisting of the conductive layer and the first conductive layer substrate junction. And it characterized in that.

본 발명은 종래의 TVS 다이오드 어레이에서 발생하는 래치업 문제를 메사 구조로 해결함으로써, 트렌치 공정, 산화막 형성공정, 평탄화 공정 등을 제거할 수 있어 제작 공정을 단순화하고 생산성을 향상시키는 효과가 있다.The present invention solves the latchup problem occurring in the conventional TVS diode array with a mesa structure, thereby eliminating a trench process, an oxide film forming process, and a planarization process, thereby simplifying the manufacturing process and improving productivity.

또한, 곡면효과에 의한 ESD 내성 열화를 해결함으로써, 작은 커패시턴스 값을 갖는 PN 다이오드의 접합 계면이 평탄하여 기존 공정에 비하여 우수한 ESD 내성을 갖게 되는 장점이 있어 기존 공정에 비하여 상대적으로 에피 두께를 감소시킬 수 있어 양산성이 있는 TVS 다이오드 어레이를 제작할 수 있다. In addition, by solving the degradation of ESD resistance due to the curved surface effect, there is an advantage that the junction interface of the PN diode having a small capacitance value is flat to have an excellent ESD resistance compared to the existing process, thereby reducing the epitaxial thickness relatively compared to the existing process. This allows the production of mass-produced TVS diode arrays.

또한, 메사 형태로 소자 격리를 이루므로 입출력 단자 간의 크로스토크(Cross Talk)를 억제하는 특징이 있다.In addition, since device isolation is performed in a mesa shape, cross talk between input and output terminals is suppressed.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 의하여 제작되는 TVS 다이오드 어레이의 구조를 나타낸 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 의한 TVS 다이오드 어레이의 제작방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도.
1A to 1C are cross-sectional views showing the structure of a TVS diode array fabricated by the prior art.
2A to 2E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a TVS diode array according to the present invention.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이므로 도면으로 한정하지는 아니한다. 각 도면의 구성요소들에 도면부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings of the present invention, the size or dimensions of the structures are shown to be enlarged or reduced than actual for clarity of the present invention is not limited to the drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used to refer to the same components as much as possible even if displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 2a ~ 2e는 본 발명의 실시예에 의한 TVS 다이오드 어레이 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a TVS diode array according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2a에는 P형 기판(101)에 N+ 매립층(102)을 국부적으로 형성한 다음 N- 에피층(103)과 P++에피층(104)을 순차적으로 형성한 기판 제작 공정을 보여준다.   2A illustrates a substrate fabrication process in which an N + buried layer 102 is locally formed on a P-type substrate 101, and then an N− epilayer 103 and a P ++ epilayer 104 are sequentially formed.

N+ 매립층(102)은 P형 기판(101)과 접합되어 제너 다이오드 기능을 한다. 상기 N+ 매립층의 불순물 농도는 요구되는 제너 전압에 의하여 결정되며 대략 1016 ~ 1020/cm3 의 농도 값을 갖는다.The N + buried layer 102 is bonded to the P-type substrate 101 to function as a zener diode. The impurity concentration of the N + buried layer is determined by the required zener voltage and has a concentration value of approximately 10 16 to 10 20 / cm 3 .

P++에피층(104)의 두께는 대략 10 ~ 500nm 이고 농도는 대략 1017 ~ 1021/cm3 값을 가지며 하부의 N- 에피층(103)과 접촉이 되어 PN 다이오드 역할을 한다. 여기서 N- 에피층(103)의 농도는 요구되는 PN 다이오드의 항복전압 값에 따라 다른 값을 가지며 대략 1014 ~ 1018/cm3 의 농도를 갖고 두께 범위는 대략 0.5 ~ 20nm 이다.The P ++ epitaxial layer 104 has a thickness of approximately 10 to 500 nm and a concentration of approximately 10 17 to 10 21 / cm 3 and is in contact with the lower N- epi layer 103 to serve as a PN diode. Wherein the concentration of the N- epi layer 103 is different depending on the breakdown voltage value of the required PN diode, has a concentration of approximately 10 14 ~ 10 18 / cm 3 and the thickness range is approximately 0.5 ~ 20nm.

상기 공정이 완료된 기판에 감광막을 이용한 마스킹과 식각공정을 이용하여 도 2b에 도시한 바와 같이 메사형상의 P++에피층(104)을 N+ 매립층(102) 상부에 형성한다. 식각공정은 습식과 건식 어느 것이나 무방하나 건식 식각이 바람직하다.A mesa-shaped P ++ epitaxial layer 104 is formed on the N + buried layer 102 as shown in FIG. 2B by using a masking and etching process using a photosensitive film on the substrate where the process is completed. The etching process may be either wet or dry, but dry etching is preferable.

상기 공정에서 형성된 메사구조의 P++에피층(104)과 하부의 N- 에피층(103)은 PN 다이오드를 형성한다. 상기 PN 다이오드에서 요구되는 커패시턴스를 조절하기 위해서는 P++에피층(104)의 면적과 N- 에피층(104)의 두께 및 농도를 조절해야 한다. 본 발명에서는 PN 접합 계면이 평탄하므로 전기장 분포가 PN 접합 계면에 일정하게 분포되어, PN 접합 끝 부분이 도핑 프로파일에 의하여 곡면으로 형성된 기존 공정에 의한 PN 접합 계면에 비하여 상대적으로 우수한 ESD 내성 특징을 갖게 되는 장점이 있다. 따라서 기존 공정에 비하여 단위 면적당 ESD 내성이 강하므로 메사형상의 P++에피층(104)의 면적을 감소시켜서 기존 공정과 동일한 커패시턴스 값을 갖는 방법을 취할 수 있는 장점이 있다.The P ++ epitaxial layer 104 of mesa structure formed in the above process and the lower N- epitaxial layer 103 form a PN diode. In order to adjust the capacitance required by the PN diode, the area of the P ++ epilayer 104 and the thickness and concentration of the N− epilayer 104 should be adjusted. In the present invention, since the PN junction interface is flat, the electric field distribution is uniformly distributed at the PN junction interface, and the PN junction ends have relatively superior ESD resistance characteristics as compared to the PN junction interface by the conventional process, which is curved by a doping profile. It has the advantage of being. Therefore, since ESD resistance per unit area is stronger than that of the existing process, the method has the advantage of reducing the area of the mesa-shaped P ++ epitaxial layer 104 to have the same capacitance value as the existing process.

도 2c를 참조하여, 감광막(105)으로 N+ 매립층(102) 영역을 마스킹하고 상기 매립층 영역 밖의 노출된 N- 에피층(103)에 N+ 이온주입을 한다. N+ 이온주입은 비소(arsenic) 이온이나 인(phosphorus) 이온을 사용하며 농도는 대략 1017 ~ 1021/cm3 값을 갖는다. Referring to FIG. 2C, the N + buried layer 102 region is masked with the photosensitive film 105 and N + ion implanted into the exposed N− epilayer 103 outside the buried layer region. N + ion implantation uses arsenic or phosphorus ions and has a concentration of approximately 10 17 to 10 21 / cm 3 .

이어서, 상기 감광막(105)를 제거하고 급속열처리(RTA)를 하면 N++반도체층(106)이 형성된다. Subsequently, the photoresist layer 105 is removed and rapid thermal treatment (RTA) forms an N ++ semiconductor layer 106.

이후 감광막을 이용한 포토공정과 건식 식각공정을 하여 도 2d에 도시한 바와 같이 제 1 활성영역과 제 2 활성영역을 형성한다.Thereafter, a photo process using a photoresist film and a dry etching process are performed to form a first active region and a second active region as shown in FIG. 2D.

매립층과 작용하여 제너 다이오드 기능을 하며 제 4 전도층에 복수의 메사 구조를 갖는 제 1 활성영역 및 상기 제 1 활성영역과 일정간격 이격되어 상측 및 하측 NP 다이오드 기능을 하는 제 2 활성영역을 형성하도록, 감광막으로 제 1 활성영역과 제 2 활성영역을 감광막으로 마스킹하고 건식 식각으로 매립층 하부까지 식각하는 도 2d에 도시한 바와 같이 제1 활성영역과 제2 활성역역을 형성한다.Form a first active region having a plurality of mesa structures and a second active region having upper and lower NP diode functions spaced apart from the first active region by functioning as a buried layer and functioning as a Zener diode. In addition, the first active region and the second active region are masked by the photoresist layer using a photoresist film, and the first active region and the second active region are formed as shown in FIG.

상기 제 1 활성영역은 P++에피층(104)과 N- 에피층(103) 접합으로 이루어진 복수개의 PN 다이오드와 N+ 매립층(102)과 P형 기판(101) 접합으로 이루어진 단수 개의 제너 다이오드로 구성되어있다. 이 구조는 PN 다이오드와 제너 다이오드가 형성되는 접합 계면이 평탄한 구조를 이루고 있는 특징을 갖는다.The first active region includes a plurality of PN diodes formed of a P ++ epitaxial layer 104 and an N− epilayer 103 junction, and a plurality of zener diodes composed of an N + buried layer 102 and a P-type substrate 101 junction. have. This structure has a feature that the junction interface where the PN diode and the zener diode are formed is flat.

또한 상기 제너 다이오드 접합 계면이 형성된 후 성장되는 N- 에피층(103)의 두께를 기존 공정에 비하여 감소시킬 수 있으므로 에피성장 시간이 단축되어 제너 접합 계면에 가해지는 열처리 시간을 감소시킬 수 있다. 이로 인하여 제너 접합 계면에서 도핑 프로파일(Doping Profile)이 급준하게(abrupt) 되어 다이나믹 저항(Rd)을 감소시킬 수 있게 되어 종래 기술에 비하여 제너 다이오드의 클램핑 전압을 낮출 수 있는 장점이 있다.In addition, since the thickness of the N- epi layer 103 grown after the zener diode junction interface is formed can be reduced as compared with the existing process, the epitaxial growth time can be shortened to reduce the heat treatment time applied to the zener junction interface. As a result, the doping profile is abruptly abruptly reduced at the zener junction interface, thereby reducing the dynamic resistance Rd, thereby lowering the clamping voltage of the zener diode compared to the prior art.

상기 제 2 활성영역은 N- 에피층(103)과 P형 기판(101) 접합으로 이루어진 NP 다이오드로 구성되어 있다. 여기서 NP 접합이 이루어지는 접합 계면도 제 1 접합 계면과 마찬가지로 평탄한 특징을 갖는다.The second active region is composed of an NP diode composed of a junction of an N- epi layer 103 and a P-type substrate 101. Here, the bonding interface at which NP bonding is made also has the same flat characteristics as the first bonding interface.

도 2d 공정이 완료된 기판에 도 2e와 같이 절연막(107)을 도포한 후 콘택 홀을 형성하고 상부 금속전극(108)을 형성하여 IO Port 1과 IO Port 2를 형성하고 기판 뒷면에는 하부 금속전극(109)를 형성하여 TVS 다이오드 어레이 제조 공정을 완료한다. After the insulating film 107 is coated on the substrate, the contact hole is formed and the upper metal electrode 108 is formed to form IO Port 1 and IO Port 2 as shown in FIG. 2E. 109 is formed to complete the TVS diode array fabrication process.

101: P형 기판 102: N+ 매립층
103: N- 에피층 104: P++에피층
105: 감광막 106: N++반도체층
107: 절연막 108: 상부 금속전극
109: 하부 금속전극
101: P-type substrate 102: N + buried layer
103: N- epi layer 104: P ++ epi layer
105: photosensitive film 106: N + + semiconductor layer
107: insulating film 108: upper metal electrode
109: lower metal electrode

Claims (6)

TVS(Transient Voltage Suppressor) 다이오드 어레이 제조방법에 있어서,
제 1 전도층으로 이루어진 반도체 기판의 일부 영역에 제 2 전도층으로 구성된 매립층을 형성하는 제 1 단계;
상기 제 1 전도층 및 매립층 상부에 제 3 전도층으로 이루어진 에피층을 형성하고 제 3 전도층 상부에 연속적으로 제 4 전도층을 에피 성장하는 제 2 단계;
상기 매립층 상부의 제 4 전도층에 복수의 메사 구조가 형성되도록 감광막으로 마스킹하여 건식식각 공정을 이용하여 제 4 전도층을 식각하는 제 3 단계;
상기 매립층 영역을 감광막으로 마스킹하고 매립층 영역 밖의 노출된 제 3 전도체 표면에 제 4 전도층과 반대의 도판트로 이온주입을 한 후 감광막을 제거하고 열처리를 하여 제 5 전도층을 형성하는 제 4 단계;
상기 매립층과 제 1 전도층 기판 접합으로 이루어진 단수 개의 제너 다이오드 와 메사구조의 제 4 전도층과 제3 전도층의 접합으로 형성된 복수 개의 PN 다이오드로 이루어진 제 1 활성영역 및 상기 제 1 활성영역과 일정간격 이격되어 상측 및 하측 NP 다이오드 기능을 하는 제 3 전도층과 제 1 전도층 기판 접합으로 이루어진 제 2 활성영역을 형성하도록, 감광막으로 제 1 활성영역과 제 2 활성영역을 마스킹하고 건식식각으로 매립층 하부까지 식각하여 메사 구조로 소자 격리를 하는 제 5 단계; 및
상기 제 5 단계가 완료된 기판에 절연막을 도포한 후 콘택 홀을 형성하고 상부금속전극을 형성하여 입출력 단자 1과 2를 형성하고 기판 뒷면에는 하부금속전극을 형성하는 제 6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 TVS 다이오드 어레이 제조방법
In the method of manufacturing a TVS (Transient Voltage Suppressor) diode array,
A first step of forming a buried layer composed of a second conductive layer in a portion of the semiconductor substrate composed of the first conductive layer;
A second step of forming an epitaxial layer comprising a third conductive layer on the first conductive layer and the buried layer and epitaxially growing a fourth conductive layer on the third conductive layer;
A third step of etching the fourth conductive layer using a dry etching process by masking with a photosensitive film so that a plurality of mesa structures are formed on the fourth conductive layer on the buried layer;
A fourth step of masking the buried layer region with a photoresist film, ion implanting the exposed third conductor surface outside the buried layer region with a dopant opposite to the fourth conductive layer, removing the photoresist film, and performing a heat treatment to form a fifth conductive layer;
A first active region consisting of a plurality of zener diodes comprising the buried layer and the first conductive layer substrate junction and a plurality of PN diodes formed by the junction of the fourth conductive layer and the third conductive layer having a mesa structure and the first active region and the first active region Masking the first active region and the second active region with a photosensitive film and forming a buried layer by dry etching so as to form a second active region comprising a third conductive layer and a first conductive layer substrate junction which are spaced apart and serve as upper and lower NP diode functions. A fifth step of etching the lower portion to isolate the device with a mesa structure; And
And a sixth step of forming the contact holes, forming the upper metal electrodes to form the input / output terminals 1 and 2, and forming the lower metal electrodes on the back of the substrate after applying the insulating film to the substrate on which the fifth step is completed. TVS Diode Array Manufacturing Method
제 1항에 있어서, 상기 제 1 전도층은 N형 또는 P형 불순물이 1017/cm3 ~ 1021/cm3 으로 도핑된 실리콘 반도체인 것을 특징으로 하는 TVS 다이오드 어레이 제조방법.
The method of claim 1, wherein the first conductive layer is a silicon semiconductor doped with N-type or P-type impurities at 10 17 / cm 3 to 10 21 / cm 3 .
제 1항에 있어서, 상기 제 2 전도층은 P형 또는 N형 불순물이 1016/cm3 ~ 1020/cm3 으로 도핑된 실리콘 박막인 것을 특징으로 하는 TVS 다이오드 어레이 제조방법.
The method of claim 1, wherein the second conductive layer is a silicon thin film doped with P-type or N-type impurities at 10 16 / cm 3 to 10 20 / cm 3 .
제 1항에 있어서, 상기 제 3 전도층은 P형 또는 N형 불순물이 1014/cm3 ~ 1018/cm3 으로 도핑된 실리콘 박막인 것을 특징으로 하는 TVS 다이오드 어레이 제조방법.
The method of claim 1, wherein the third conductive layer is a silicon thin film doped with P-type or N-type impurities at 10 14 / cm 3 to 10 18 / cm 3 .
제 1항에 있어서, 상기 제 4 전도층과 제 5 전도층은 도전형이 반대이고 P형 또는 N형 불순물이 1017/cm3 ~ 1021/cm3 으로 도핑된 실리콘 박막인 것을 특징으로 하는 TVS 다이오드 어레이 제조방법.
The method of claim 1, wherein the fourth conductive layer and the fifth conductive layer is a silicon thin film doped with opposite conductivity types and doped with P-type or N-type impurities at 10 17 / cm 3 to 10 21 / cm 3 TVS diode array manufacturing method.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제작된 TVS 다이오드 어레이에 있어서,
제 1 전도층으로 구성된 반도체 기판의 일부 영역에 제 2 전도층으로 구성된 매립층;
상기 제 1 전도층 및 매립층 상부에 제 3 전도층으로 구성된 에피층과 제 3 전도층 상부에 연속적으로 형성된 제 4 전도층의 에피층;
상기 매립층 상부의 제 4 전도층에 형성된 복수의 메사 구조;
상기 매립층 영역 밖의 노출된 제 3 전도체 표면에 제 4 전도층과 반대의 도판트로 형성된 제 5 전도층; 및
상기 매립층과 제 1 전도층 기판 접합으로 이루어진 단수 개의 제너 다이오드와 메사 구조의 제 4 전도층과 제3 전도층의 접합으로 형성된 복수 개의 PN 다이오드로 이루어진 제 1 활성영역 및 상기 제 1 활성영역과 일정간격 이격되어 상측 및 하측 NP 다이오드 기능을 하는 제 3 전도층과 제 1 전도층 기판 접합으로 이루어진 제 2 활성영역을 남겨두고 매립층 하부까지 식각하여 형성한 메사 구조;를 포함하는 TVS 다이오드 어레이
In the TVS diode array manufactured by the manufacturing method of any one of claims 1 to 5,
A buried layer composed of a second conductive layer in a portion of the semiconductor substrate composed of the first conductive layer;
An epi layer of an epi layer composed of a third conductive layer on the first conductive layer and the buried layer and a fourth conductive layer continuously formed on the third conductive layer;
A plurality of mesa structures formed in a fourth conductive layer above the buried layer;
A fifth conductive layer formed of a dopant opposite to the fourth conductive layer on the exposed third conductor surface outside the buried layer region; And
A first active region comprising a plurality of zener diodes comprising the buried layer and the first conductive layer substrate junction, and a plurality of PN diodes formed by the junction of the fourth conductive layer and the third conductive layer having a mesa structure, and the first active region and the first active region. A mesa structure formed by etching to a lower portion of the buried layer, leaving a second active region consisting of a third conductive layer and a first conductive layer substrate junction spaced apart from each other to function as upper and lower NP diodes.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170025402A1 (en) * 2015-03-06 2017-01-26 Texas Instruments Incorporated Semiconductor esd protection circuit
KR101951195B1 (en) 2017-08-22 2019-02-25 주식회사 시지트로닉스 Bi-directional ULC-TVS semiconductor device and manufacturing method thereof
CN109801910A (en) * 2017-11-17 2019-05-24 力特有限公司 Asymmetric Transient Voltage Suppressor device and forming method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020113293A1 (en) * 2001-02-21 2002-08-22 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor component and method of manufacturing
US20090045457A1 (en) * 2006-11-16 2009-02-19 Alpha & Omega Semiconductor, Ltd. Optimized configurations to integrate steering diodes in low capacitance transient voltage suppressor (TVS)

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020113293A1 (en) * 2001-02-21 2002-08-22 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor component and method of manufacturing
US20090045457A1 (en) * 2006-11-16 2009-02-19 Alpha & Omega Semiconductor, Ltd. Optimized configurations to integrate steering diodes in low capacitance transient voltage suppressor (TVS)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170025402A1 (en) * 2015-03-06 2017-01-26 Texas Instruments Incorporated Semiconductor esd protection circuit
KR101951195B1 (en) 2017-08-22 2019-02-25 주식회사 시지트로닉스 Bi-directional ULC-TVS semiconductor device and manufacturing method thereof
CN109801910A (en) * 2017-11-17 2019-05-24 力特有限公司 Asymmetric Transient Voltage Suppressor device and forming method

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