一种双向可控硅器件的制备方法及双向可控硅器件技术

本发明专利技术涉及一种双向可控硅器件的制备方法及双向可控硅器件，涉及半导体技术领域，器件包括：第一导电类型的半导体材料、场氧化层、第二导电类型的第一阱区、第二阱区、第三阱区和第四阱区、每一场氧化层的两侧形成的侧墙结构、第一导电类型的第一至第三重掺杂注入区、介质层、接触孔、第二导电类型的第四重掺杂区和第五重掺杂区的光刻、金属连线。本发明专利技术通过采用自对准工艺(或半自对准工艺)作业，提高双向可控硅器件对FAB硅片设备的精度容宽，降低设备的能力需求，且减少一定的层次，使其具有较低的触发电压、相同的器件参数，同时优化生产工艺的难度和成本。产工艺的难度和成本。产工艺的难度和成本。

【技术实现步骤摘要】
一种双向可控硅器件的制备方法及双向可控硅器件


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种双向可控硅器件的制备方法及双向可控硅器件。

技术介绍

[0002]静电放电(Electro
‑
Static Discharge，ESD)一般由物体的摩擦、碰撞、电感应等方式产生，通过人体接触、金属机械设备接触、电磁场等途径进入电器设备内，其具有放电速度快、瞬时电压高的特点。静电放电对电气设备中的集成电路的正常工作造成了巨大的危害，严重时甚至将集成电路烧毁失效。随着集成电路向超小型化、超高集成度和多功能化方向的发展，集成电路对静电放电也越来越敏感，仅我国的电子行业每年因静电放电造成的经济损失就高达数百亿元，提高集成电路对静电放电的防护能力是非常重要且迫切的。
[0003]双向可控硅器件(Silicon Controlled Rectifier，SCR)是一种常用于ESD防护的器件，因其自身的正反馈机制而具有电流泄放能力强、单位面积泄放效率高、导通电阻小、鲁棒性强、防护级别高的优点，能够在半导体平面工艺上，以较小的芯片面积达成较高的静电防护等级。
[0004]目前，一般双向SCR结构采用横向NPNPN结构(或者PNPNP结构)实现，如图1所示，横向器件对生产工艺中的尺寸以及设备精度要求较高，特别是不同光刻层次间对准精度对其影响很大，极易出现硅片内/片间均匀性差的问题，尤其是针对8英寸以下硅片，设备能力不足的时候，因此针对以上问题，有必要设计出一种双向可控硅器件的制备方法及双向可控硅器件，以满足特定应用场景的需要。

技术实现思路

[0005]为了解决以上技术问题，本专利技术提供了一种双向可控硅器件的制备方法及双向可控硅器件。
[0006]本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：
[0007]一种双向可控硅器件的制备方法，包括：
[0008]步骤S1，提供一第一导电类型的半导体材料，并于所述半导体材料的上表面生长一场氧化层，于所述场氧化层中光刻定义一显示区域；
[0009]步骤S2，以所述场氧化层作为阻挡，于所述显示区域对应的所述半导体材料中形成第二导电类型的第一阱区和第二阱区，进行高温推进；然后于所述第一阱区中形成所述第二导电类型的第三阱区，于所述第二阱区内形成所述第二导电类型的第四阱区，再次进行高温推进；
[0010]步骤S3，于光刻后的每一所述场氧化层的两侧分别形成一侧墙结构，以所述侧墙结构作为自对准，形成所述第一导电类型的第一至第三重掺杂注入区，第一重掺杂注入区形成于所述第三阱区内，第二重掺杂注入区形成于所述第四阱区内，第三重掺杂注入区形成于所述半导体材料中且位于所述所述第一阱区和所述第二阱区之间；
[0011]步骤S4，进行介质层的淀积，并于所述介质层中进行接触孔和所述第二导电类型的第四至第五重掺杂区的光刻，所述接触孔自上而下地分别穿通所述第一重掺杂注入区和所述第二重掺杂注入区，然后于所述第三阱区内形成第四重掺杂区，于所述第四阱区内形成第五重掺杂区，进入炉管进行退火；
[0012]步骤S5，于所述介质层上表面及所述接触孔中进行金属沉积，并形成金属连线，以使所述第一重掺杂注入区和所述第四重掺杂区相连接并引出作为所述器件的第一端口，所述第二重掺杂注入区和所述第五重掺杂区相连接并引出作为所述器件的第二端口。
[0013]本专利技术所述的双向可控硅器件的制备方法，所述步骤S4之前，还包括：
[0014]于所述半导体材料内两侧分别形成一深槽隔离结构，以隔离所述器件；以及
[0015]于所述半导体材料中的所述第一阱区和所述第二阱区之间形成所述第一导电类型的一第五阱区，以替换浮空的所述第三重掺杂注入区。
[0016]本专利技术所述的双向可控硅器件的制备方法，所述深槽隔离结构的结深度为10um～30um。
[0017]本专利技术所述的双向可控硅器件的制备方法，所述步骤S4之前，还包括：
[0018]于所述半导体材料内两侧边缘分别形成所述第一导电类型的一第六阱区。
[0019]本专利技术所述的双向可控硅器件的制备方法，所述步骤S1中，所述半导体材料包括：
[0020]衬底；或者
[0021]衬底以及于所述衬底表面生长形成的外延层。
[0022]本专利技术所述的双向可控硅器件的制备方法，所述步骤S1中，所述场氧化层的厚度为4000A～8000A；
[0023]所述场氧化层的生长温度为1050℃～1150℃，生长时间为30～120分钟。
[0024]本专利技术所述的双向可控硅器件的制备方法，所述步骤S2中，所述第一阱区的结深度大于所述第三阱区的结深度；
[0025]所述第二阱区的结深度大于所述第四阱区的结深度；
[0026]所述第一阱区和所述第二阱区的结深度为2um～5um；
[0027]所述第三阱区和所述第四阱区的结深度为1um～4um。
[0028]本专利技术所述的双向可控硅器件的制备方法，所述步骤S2中，所述第一阱区和所述第二阱区的离子注入元素为磷元素，注入剂量为1E12～5E13每平方厘米，注入能量为60～100KeV，高温推进温度为1050℃～1150℃，推进时间为30～120分钟；
[0029]所述第三阱区和所述第四阱区的离子注入元素为磷元素，注入剂量为5E13～8E14每平方厘米，注入能量为40～80KeV，高温推进温度1000℃～1100℃，推进时间为30～120分钟。
[0030]本专利技术所述的双向可控硅器件的制备方法，所述步骤S3中，所述第一至第三重掺杂注入区的结深度为0.4um～2um；
[0031]所述第一至第三重掺杂注入区的离子注入元素为硼元素或二氟化硼元素，注入剂量5E13～5E14每平方厘米，注入能量20～80KeV；
[0032]于离子注入后进行高温推进工艺，推进温度900℃～1050℃，推进时间为20～100分钟。
[0033]本专利技术所述的双向可控硅器件的制备方法，所述步骤S4中，所述第四重掺杂区和
所述第五重掺杂区的注入元素为磷或砷，注入剂量为1E15～1E16每平方厘米，注入角度为0度，注入能量为40～100KeV；
[0034]于离子注入后进行退火工艺，退火温度为850℃～950℃，退火时间20～60分钟。
[0035]本专利技术还提供一种双向可控硅器件，采用如上述的双向可控硅器件的制备方法制备得到，包括：
[0036]一第一导电类型的半导体材料；
[0037]一场氧化层，形成于所述半导体材料的上表面，所述场氧化层中光刻定义有一显示区域；
[0038]第二导电类型的第一阱区和第二阱区，形成于所述显示区域对应的所述半导体材料中；
[0039]所述第二导电类型的第三阱区和第四阱区，所述第三阱区形成于所述第一阱区内，所述第四阱区形成于所述第二阱区内；
[0040]侧墙结构，分别位于每一所述场氧化层的两侧；
[0041]所述第一导电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向可控硅器件的制备方法，其特征在于，包括：步骤S1，提供一第一导电类型的半导体材料，并于所述半导体材料的上表面生长一场氧化层，于所述场氧化层中光刻定义一显示区域；步骤S2，以所述场氧化层作为阻挡，于所述显示区域对应的所述半导体材料中形成第二导电类型的第一阱区和第二阱区，进行高温推进；然后于所述第一阱区中形成所述第二导电类型的第三阱区，于所述第二阱区内形成所述第二导电类型的第四阱区，再次进行高温推进；步骤S3，于光刻后的每一所述场氧化层的两侧分别形成一侧墙结构，以所述侧墙结构作为自对准，形成所述第一导电类型的第一至第三重掺杂注入区，第一重掺杂注入区形成于所述第三阱区内，第二重掺杂注入区形成于所述第四阱区内，第三重掺杂注入区形成于所述半导体材料中且位于所述所述第一阱区和所述第二阱区之间；步骤S4，进行介质层的淀积，并于所述介质层中进行接触孔和所述第二导电类型的第四至第五重掺杂区的光刻，所述接触孔自上而下地分别穿通所述第一重掺杂注入区和所述第二重掺杂注入区，然后于所述第三阱区内形成第四重掺杂区，于所述第四阱区内形成第五重掺杂区，进入炉管进行退火；步骤S5，于所述介质层上表面及所述接触孔中进行金属沉积，并形成金属连线，以使所述第一重掺杂注入区和所述第四重掺杂区相连接并引出作为所述器件的第一端口，所述第二重掺杂注入区和所述第五重掺杂区相连接并引出作为所述器件的第二端口。2.根据权利要求1所述的双向可控硅器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S4之前，还包括：于所述半导体材料内两侧分别形成一深槽隔离结构，以隔离所述器件；以及于所述半导体材料中的所述第一阱区和所述第二阱区之间形成所述第一导电类型的一第五阱区，以替换浮空的所述第三重掺杂注入区。3.根据权利要求2所述的双向可控硅器件的制备方法，其特征在于，所述深槽隔离结构的结深度为10um～30um。4.根据权利要求1或2所述的双向可控硅器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S4之前，还包括：于所述半导体材料内两侧边缘分别形成所述第一导电类型的一第六阱区。5.根据权利要求1所述的双向可控硅器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述半导体材料包括：衬底；或者衬底以及于所述衬底表面生长形成的外延层。6.根据权利要求1所述的双向可控硅器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述场氧化层的厚度为4000A～8000A；所述场氧化层的生长温度为1050℃～1150℃，生长时间为30～120分钟。7.根据权利要求1所述的双向可控硅器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述第一阱区的结深度大于所述第三阱区的结深度；所述第二阱区的结深度大于所述第四阱区的结深度；所述第一阱区和所述第二阱区的结深度为2um～5um；
所述第三阱区和所述第四阱区的结深度为1um～4um。8.根据权利要求1所述的双向可控硅器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述第一阱区和所述第二阱区的离子注入元素为磷元素，注入剂量为1E12～5E13每平方厘米，...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾彦国，赵德益，蒋骞苑，吕海凤，苏海伟，
申请(专利权)人：上海维安半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：