一种低电容双向瞬态电压抑制器结构及其制作方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，具体公开了一种低电容双向瞬态电压抑制器结构，其中，包括：第一双向TVS二极管器件和第二双向TVS二极管器件，第一双向TVS二极管器件和第二双向TVS二极管器件之间通过沟槽隔离，第一双向TVS二极管器件和第二双向TVS二极管器件均包括第一导电类型衬底，第一双向TVS二极管器件还包括第二导电类型埋层、第二导电类型外延层以及第一导电类型掺杂区A；第二双向TVS二极管器件还包括第二导电类型外延层、第二导电类型阱区以及第一导电类型掺杂区B。本发明专利技术还公开了一种低电容双向瞬态电压抑制器结构的制作方法。本发明专利技术提供的低电容双向瞬态电压抑制器结构实现了在电性能上的双向高静电保护能力和低电容。

【技术实现步骤摘要】
一种低电容双向瞬态电压抑制器结构及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种低电容双向瞬态电压抑制器结构及瞬态电压抑制器的制作方法。
技术介绍
瞬态电压抑制器TVS（TransientVoltageSuppressor）是一种广泛应用于计算机系统、通信设备、消费类电子、电源以及家用电器等领域的电路保护器件，主要优势为响应时间快、瞬态功率大、电容低、漏电流低、钳位电压较易控制、体积小以及易于安装等优点。TVS/ESD，其主要为硅材料，在结构上增大PN结面积，使瞬态通流能力大大提高。因此在电路受到过压（过流）干扰时，TVS/ESD迅速导通钳位，将过电压能量泄放掉。电路正常时，TVS/ESD呈高阻态，不影响电路的正常工作；当电路中有过压异常时，TVS/ESD管呈低阻态，对异常能量进行导通泄放。随着电子产品信号传输速率不断增加，通信频率越来越高，所需器件电容值越来越低（低电容通常指的是电容值在0.1pF-0.5pF的电容），因为电容的大小会影响TVS器件的响应时间。TVS的电容由硅片的结面积和偏压决定，一般来说结面积越大，瞬态通流（抗浪涌）能力越强，电容越大。能否在保持高静电保护能力的前提下将器件的尺寸做得最小、电容做得最低变得至关重要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种低电容双向瞬态电压抑制器结构及瞬态电压抑制器的制作方法，解决相关技术中存在的无法实现瞬态电压抑制器的电容更低尺寸更小的问题。作为本专利技术的第一个方面，提供一种低电容双向瞬态电压抑制器结构，其中，包括：>第一双向TVS二极管器件和第二双向TVS二极管器件，所述第一双向TVS二极管器件和第二双向TVS二极管器件之间通过沟槽隔离，所述沟槽内填充绝缘材料，所述第一双向TVS二极管器件和所述第二双向TVS二极管器件均包括第一导电类型衬底，所述第一双向TVS二极管器件还包括在所述第一导电类型衬底上设置的第二导电类型埋层、设置在所述第二导电类型埋层上的第二导电类型外延层以及设置在所述第二导电类型外延层内的第一导电类型掺杂区A，所述第二导电类型埋层与所述第一导电类型衬底形成第一TVSPN结，所述第一导电类型掺杂区A与所述第二导电类型外延层形成第一电容PN结，所述第一TVSPN结和所述第一电容PN结串联；所述第二双向TVS二极管器件还包括在所述第一导电类型衬底上设置的第二导电类型外延层、设置在所述第二导电类型外延层内的第二导电类型阱区以及设置在所述第二导电类型阱区内的第一导电类型掺杂区B，所述第一导电类型掺杂区B与所述第二导电类型阱区形成第二TVSPN结，所述第二导电类型外延层与所述第一导电类型衬底形成第二电容PN结，所述第二TVSPN结和所述第二电容PN结串联。进一步地，所述沟槽的深度大于5μm，且所述沟槽的高宽比的范围为5：1~50:1。进一步地，所述第二导电类型外延层的厚度在6μm~60μm之间。进一步地，所述第二导电类型外延层的电阻率在50Ω*cm~1500Ω*cm之间。进一步地，所述第一电容PN结的结电容大小和第二电容PN结的结电容大小均与所述第二导电类型外延层的掺杂浓度高低成正比。进一步地，所述第一电容PN结的结电容容值和第二电容PN结的结电容容值均小于1pF。进一步地，所述第一双向TVS二极管器件和所述第二双向TVS二极管器件均包括设置在所述第二导电类型外延层的上表面的介质层以及设置在所述介质层上的金属层。进一步地，当第一导电类型为P型时，第二导电类型为N型，当第一导电类型为N型时，第二导电类型为P型。作为本专利技术的另一个方面，提供一种用于前文所述的低电容双向瞬态电压抑制器结构的制作方法，其中，包括：提供第一导电类型衬底；在所述第一导电类型衬底通过离子注入的方式形成第二导电类型埋层；在所述第一导电类型衬底的上表面生长第二导电类型外延层；在所述第二导电类型埋层外围设置两道沟槽，且所述沟槽内填充绝缘材料；在被隔离出来的一部分第二导电类型外延层中通过离子注入的方式形成第二导电类型掺杂区，并通过高温推进的方式形成第二导电类型阱区；在所述第二导电类型掺杂区内以及被隔离出来的另一部分第二导电类型外延层内分别通过离子注入的方式形成第一导电类型掺杂区；在所述第二导电类型外延层的上表面形成介质层，并在所述介质层上进行刻蚀形成接触孔；在所述介质层上生长金属层。进一步地，所述第二导电类型掺杂区中的第二导电类型浓度在1*1015cm-3~1*1016cm-3之间，所述第一导电类型掺杂区中的第一导电类型浓度在1*1015cm-3~12*1016cm-3之间。本专利技术提供的低电容双向瞬态电压抑制器结构，通过沟槽的设置，将TVS二极管两个方向上的瞬态电压保护功能隔离并且分别实现；利用TVS二极管PN结与电容PN结串联使该结构在两个方向上分别具有超低的电容，从而实现在电性能上的双向高静电保护能力和低电容。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为现有技术中的单向沟槽低电容二极管结构示意图。图2为图1的等效电路图。图3为本专利技术提供的低电容双向瞬态电压抑制器结构的剖面示意图。图4为图3的等效电路图。图5为本专利技术提供的低电容双向瞬态电压抑制器结构的应用电路示意图。图6为本专利技术提供的低电容双向瞬态电压抑制器结构的制作方法的流程图。图7为本专利技术提供地方第一导电类型衬底结构示意图。图8为本专利技术提供的形成第二导电类型埋层的结构示意图。图9为本专利技术提供的形成第二导电类型外延层的结构示意图。图10为本专利技术提供的形成沟槽的结构示意图。图11为本专利技术提供的形成第二导电类型阱区的结构示意图。图12为本专利技术提供的形成第一导电类型掺杂区的结构示意图。图13为本专利技术提供的形成介质层的结构示意图。图14为本专利技术提供的形成金属层的结构示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低电容双向瞬态电压抑制器结构，其特征在于，包括：/n第一双向TVS二极管器件和第二双向TVS二极管器件，所述第一双向TVS二极管器件和第二双向TVS二极管器件之间通过沟槽隔离，所述沟槽内填充绝缘材料，所述第一双向TVS二极管器件和所述第二双向TVS二极管器件均包括第一导电类型衬底，/n所述第一双向TVS二极管器件还包括在所述第一导电类型衬底上设置的第二导电类型埋层、设置在所述第二导电类型埋层上的第二导电类型外延层以及设置在所述第二导电类型外延层内的第一导电类型掺杂区A，所述第二导电类型埋层与所述第一导电类型衬底形成第一TVS PN结，所述第一导电类型掺杂区A与所述第二导电类型外延层形成第一电容PN结，所述第一TVS PN结和所述第一电容PN结串联；/n所述第二双向TVS二极管器件还包括在所述第一导电类型衬底上设置的第二导电类型外延层、设置在所述第二导电类型外延层内的第二导电类型阱区以及设置在所述第二导电类型阱区内的第一导电类型掺杂区B，所述第一导电类型掺杂区B与所述第二导电类型阱区形成第二TVS PN结，所述第二导电类型外延层与所述第一导电类型衬底形成第二电容PN结，所述第二TVS PN结和所述第二电容PN结串联。/n...

【技术特征摘要】
1.一种低电容双向瞬态电压抑制器结构，其特征在于，包括：
第一双向TVS二极管器件和第二双向TVS二极管器件，所述第一双向TVS二极管器件和第二双向TVS二极管器件之间通过沟槽隔离，所述沟槽内填充绝缘材料，所述第一双向TVS二极管器件和所述第二双向TVS二极管器件均包括第一导电类型衬底，
所述第一双向TVS二极管器件还包括在所述第一导电类型衬底上设置的第二导电类型埋层、设置在所述第二导电类型埋层上的第二导电类型外延层以及设置在所述第二导电类型外延层内的第一导电类型掺杂区A，所述第二导电类型埋层与所述第一导电类型衬底形成第一TVSPN结，所述第一导电类型掺杂区A与所述第二导电类型外延层形成第一电容PN结，所述第一TVSPN结和所述第一电容PN结串联；
所述第二双向TVS二极管器件还包括在所述第一导电类型衬底上设置的第二导电类型外延层、设置在所述第二导电类型外延层内的第二导电类型阱区以及设置在所述第二导电类型阱区内的第一导电类型掺杂区B，所述第一导电类型掺杂区B与所述第二导电类型阱区形成第二TVSPN结，所述第二导电类型外延层与所述第一导电类型衬底形成第二电容PN结，所述第二TVSPN结和所述第二电容PN结串联。


2.根据权利要求1所述的低电容双向瞬态电压抑制器结构，其特征在于，所述沟槽的深度大于5μm，且所述沟槽的高宽比的范围为5：1~50:1。


3.根据权利要求1所述的低电容双向瞬态电压抑制器结构，其特征在于，所述第二导电类型外延层的厚度在6μm~60μm之间。


4.根据权利要求1所述的低电容双向瞬态电压抑制器结构，其特征在于，所述第二导电类型外延层的电阻率在50Ω*cm~1500Ω*cm之间。


5.根据权利要求1所述的低电容双向瞬态电压抑制器结构，其特征在于，所述第一电容PN结的结电容大小和第二电容PN结的结电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伟东，赵泊然，江菲娜，
申请(专利权)人：江苏应能微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32