一种TVS器件及其制作方法技术

本发明专利技术是一种TVS器件及其制作方法，包括P型衬底，其上设有至少一个齐纳二极管和至少一对串联的二极管组；所述齐纳二极管的阳极为P+阱区，阴极为N型扩散区；第一二极管位于所述齐纳二极管的一侧，该第一二极管的阴极为N

【技术实现步骤摘要】
一种TVS器件及其制作方法


[0001]本专利技术属于半导体器件制备领域，尤其涉及一种TVS器件及其制作方法。

技术介绍

[0002]瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor，TVS)是一种钳位过压保护器件，它能够在短时间内将浪涌电压固定在较低的电压水平，使后端电路免受过压损坏。TVS二极管的具体应用主要是：在消费内电子产品(如手机，PDA，MP3，数码相机等)中，与外部相连接的部分或重要的数据端口如键盘，电源接口，USB接口，数据接口，彩屏LCD驱动等部分，TVS二极管的阴极与数据端相连，阳极接地。在消费内电子产品的整个电路正常工作时，TVS二极管由于处在反向工作状态，对所述电路功能没有影响，而当瞬态静电脉冲或浪涌电流出现时，由于TVS二极管的开启电压低，瞬态反应速度快的优点，TVS二极管首先反向导通，使得外部能量通过其释放，而TVS二极管较低的钳位电压能够保证在数据端上的电压不会对内部芯片造成损害。
[0003]在目前传统的TVS器件制作，为简化流程，基本上采用通用的bipolar工艺流程制程。此种技术兼容性好，不需要额外对衬底、外延及其上面的TVS器件进行单独设计，只需依据实际的电流需求进行版图设计即可实现生产。但是此种结构需要在生长外延层之前预先进行P型埋层注入以及N型埋层注入，大大降低了生产效率。但通用bipolar工艺中外延层厚度、浓度等参数都无法达到专用TVS器件所需的超低势垒电容，同时由于TVS器件在对外部部件的管脚实施保护过程中需要很高的电流，因此对衬底的浓度要求比较高，此结构在后期生长过程中很容易造成N型埋层被高浓度衬底反扩反型，最终导致TVS器件中的Z二极管漏电失效。
[0004]因此，有必要在现有工艺的基础上，对TVS的制作工艺进行优化。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种同型外延技术研制的TVS结构，能够弥补现有技术中的缺陷。更加适合于不同场合需求的TVS器件的研制，大大降低了生产难度。
[0006]根据本专利技术的目的提出的一种TVS器件，包括P型衬底，其上设有至少一个齐纳二极管和至少一对串联的二极管组；所述齐纳二极管的阳极为P+阱区，形成于所述P型衬底上，所述齐纳二极管的阴极为N型扩散区，形成于所述阳极的P+阱区内；所述二极管组包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管位于所述齐纳二极管的一侧，该第一二极管的阴极为N
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阱区，阳极为P型扩散层，形成于该第一二极管阴极的N
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阱区内；所述第二二极管位于所述第一二极管相对所述齐纳二极管的同侧，该第二二极管形成于一N
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阱区构成的隔离层内，该第二二极管的阴极为形成在所述隔离层内的N+扩散层，阳极为形成在所述隔离层内的P+扩散层；
其中，所述齐纳二极管的阴极和所述第二二极管的阴极通过金属走线连接在一起；所述第二二极管的阳极和所述第一二极管的阴极通过金属走线连接在一起且被引出为一个输入/输出端。
[0007]优选的，所述P型衬底上还设有P型外延层，所述齐纳二极管和所述二极管组设置于所述P型外延层内，且该P型外延层的厚度根据所述第一二极管的击穿电压所需要的耗尽层厚度确定。
[0008]优选的，所述P型外延层的厚度选择2
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10um，掺杂浓度范围为1E14cm
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3到1E16cm
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3。
[0009]优选的，所述P型衬底为晶向为<100)的掺硼的P型衬底，或为晶向为<111)的P型衬底，其掺杂浓度范围为1E16cm
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3到1E18cm
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3。
[0010]优选的，所述齐纳二极管阳极的P+阱区的注入深度以及杂质浓度根据所述齐纳二极管的耗尽层宽度、击穿电压和/或势垒电容的需要进行调整。
[0011]优选的，所述金属走线为Al或ALsiCu合金，该金属走线与所述齐纳二极管的阴极、所述第二二极管的阴极、所述第一二极管的阳极形成欧姆接触，并作为与外部封装体连接的中间过渡层使用。
[0012]优选的，所述第一二极管的击穿电压大于所述第二二极管的正向导通电压与所述齐纳二极管的击穿电压之和。
[0013]优选的，所述第二二极管的阴极和阳极由叉指交错的多个N+扩散层和P+扩散层形成，且所有的阴极由金属走线电连接在一起，所有的阳极由金属走线电连接在一起。
[0014]优选的，所述第二二极管的阴极构成半包围结构，其阳极位于所述半包围结构的内部区域。
[0015]优选的，所述P型衬底的表面设有介质钝化层，该介质钝化层在对应所述齐纳二极管、第一二极管和第二二极管的区域设有开窗，以供金属走线与所述齐纳二极管的阴极、所述第二二极管的阴极、所述第一二极管的阳极形成欧姆接触。
[0016]优选的，所述齐纳二极管阴极的N型扩散区伸出于其阳极的P+阱区，所述第二二极管相对第一二极管具有与所述齐纳二极管更近的位置，且所述齐纳二极管阴极的N型扩散区与所述第二二极管的阴极使用的N型扩散区合并使用。
[0017]同时，根据本专利技术的目的还提出了一种TVS器件的制作方法，包括步骤：S1：提供一P型衬底，在所述P型衬底上定义齐纳二极管、第一二极管和第二二极管所在的区域；S2: 在所述齐纳二极管、第一二极管和第二二极管所在的区域上分别制作P+阱区、N
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阱区和N
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阱区，分别形成所述齐纳二极管的阳极、第一二极管的阴极和隔离区；S3：在所述齐纳二极管的P+阱区和所述隔离区上分别制作N+扩散层，形成所述齐纳二极管的阴极和所述第二二极管的阴极；S4：在所述第一二极管的N
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阱区和所述隔离区上分别制作P+扩散层，形成所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阳极；S5：在所述P型衬底表面制作钝化层，并在所述钝化层上开窗，开窗的位置分别对应所述齐纳二极管的阳极、第一二极管的阴极、第二二极管的阴极和阳极；
S6：制作金属走线，使得所述齐纳二极管的阴极和所述第二二极管的阴极通过金属走线连接在一起；所述第二二极管的阳极和所述第一二极管的阴极通过金属走线连接在一起且被引出为一个输入/输出端。
[0018]优选的，所述步骤S2中，包括S21：对所述P型衬底涂敷光刻胶，并曝光显影出所述齐纳二极管阳极的P+阱区；S22：在P+阱区位置离子注入硼杂质，能量为10Kev到200Kev,剂量为1 E14cm
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2到10E14cm
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2；S23：再次对晶圆涂敷光刻胶，并曝光显影出所述第一二极管阴极的N
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阱区；S24：在N
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阱区离子注入磷、砷或者锑杂质，能量为10Kev到100Kev,剂量为1 E12cm
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2到100E12cm
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2；S25：再次对晶圆涂敷光刻胶，曝光显影出所述第二二极管所在隔离区图形；S26：在隔离区离子注入N型扩散区，能量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TVS器件，其特征在于：包括P型衬底，其上设有至少一个齐纳二极管和至少一对串联的二极管组；所述齐纳二极管的阳极为P+阱区，形成于所述P型衬底上，所述齐纳二极管的阴极为N型扩散区，形成于所述阳极的P+阱区内；所述二极管组包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管位于所述齐纳二极管的一侧，该第一二极管的阴极为N
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阱区，阳极为P型扩散层，形成于该第一二极管阴极的N
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阱区内；所述第二二极管位于所述第一二极管相对所述齐纳二极管的同侧，该第二二极管形成于一N
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阱区构成的隔离层内，该第二二极管的阴极为形成在所述隔离层内的N+扩散层，阳极为形成在所述隔离层内的P+扩散层；其中，所述齐纳二极管的阴极和所述第二二极管的阴极通过金属走线连接在一起；所述第二二极管的阳极和所述第一二极管的阴极通过金属走线连接在一起且被引出为一个输入/输出端。2.如权利要求1所述的TVS器件，其特征在于：所述P型衬底上还设有P型外延层，所述齐纳二极管和所述二极管组设置于所述P型外延层内，且该P型外延层的厚度根据所述第一二极管的击穿电压所需要的耗尽层厚度确定。3.如权利要求2所述的TVS器件，其特征在于：所述P型外延层的厚度选择2
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10um，掺杂浓度范围为1E14cm
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3到1E16cm
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3。4.如权利要求1或2所述的TVS器件，其特征在于：所述P型衬底为晶向为<100)的掺硼的P型衬底，或为晶向为<111)的P型衬底，其掺杂浓度范围为1E16cm
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3到1E18cm
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3。5.如权利要求1或2所述的TVS器件，其特征在于：所述齐纳二极管阳极的P+阱区的注入深度以及杂质浓度根据所述齐纳二极管的耗尽层宽度、击穿电压和/或势垒电容的需要进行调整。6.如权利要求1或2所述的TVS器件，其特征在于：所述金属走线为Al或ALsiCu合金，该金属走线与所述齐纳二极管的阴极、所述第二二极管的阴极、所述第一二极管的阳极形成欧姆接触，并作为与外部封装体连接的中间过渡层使用。7.如权利要求1或2所述的TVS器件，其特征在于：所述第一二极管的击穿电压大于所述第二二极管的正向导通电压与所述齐纳二极管的击穿电压之和。8.如权利要求1或2所述的TVS器件，其特征在于：所述第二二极管的阴极和阳极由叉指交错的多个N+扩散层和P+扩散层形成，且所有的阴极由金属走线电连接在一起，所有的阳极由金属走线电连接在一起。9.如权利要求1或2所述的TVS器件，其特征在于：所述第二二极管的阴极构成半包围结构，其阳极位于所述半包围结构的内部区域。10.如权利要求1或2所述的TVS器件，其特征在于：所述P型衬底的表面设有介质钝化层，该介质钝化层在对应所述齐纳二极管、第一二极管和第二二极管的区域设有开窗，以供金属走线与所述齐纳二极管的阴极、所述第二二极管的阴极、所述第一二极管的阳极形成欧姆接触。11.如权利要求1或2所述的TVS器件，其特征在于：所述齐纳二极管阴极的N型扩散区伸出于其阳极的P+阱区，所述第二二极管相对第一二极管具有与所述齐纳二极管更近的位
置，且所述齐纳二极管阴极的N型扩散区与所述第二二极管的阴极使用的N型扩散区合并使用。12.一种TVS器件的制作方法，其特征在于，包括步骤：S1：提供一P型衬底，在所述P型衬底上定义齐纳二极管、第一二极管和第二二极管所在的区域；S2: ...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宾，丁一，
申请(专利权)人：杭州致善微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：