高鲁棒性防静电浪涌衬底型ESD/TVS管结构及方法技术

本发明专利技术公开了一种高鲁棒性防静电浪涌衬底型ESD/TVS管结构及方法。该ESD/TVS管结构在表面金属及接触之下设置与半导体单晶衬底相接触且电学连接的发射极结优化填充槽，发射极结优化填充槽的下部设置有位于半导体单晶衬底之中且与发射极结优化填充槽相接触的发射极结优化扩散，半导体单晶衬底表面延伸有集电极结优化填充槽，集电极结优化填充槽下部的半导体单晶衬底之中设置有集电极结优化扩散，半导体单晶衬底表面延伸有横向抑制填充槽，横向抑制填充槽下部的半导体单晶衬底之中设置有横向抑制扩散。利用本发明专利技术能够在无外延衬底的半导体基底上制备出能够满足高端需求的回穿型TVS/ESD产品。型TVS/ESD产品。型TVS/ESD产品。

【技术实现步骤摘要】
高鲁棒性防静电浪涌衬底型ESD/TVS管结构及方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种高鲁棒性防静电浪涌衬底型ESD/TVS管结构及方法。

技术介绍

[0002]瞬态抑制二极管是一种限压型的过压保护器件(TVS)，以数百纳秒级的速度把过高的电压限制在一个安全范围之内，从而起到保护后面电路的作用。它的主要特点是在反向应用条件下，当承受一个高能量的大脉冲时，其工作阻抗立即降至极低的导通值，从而允许大电流通过，同时把电压钳制在预定水平，有效地保护电子线路中的精密元器件。
[0003]在消费电子领域，具有防静电与防浪涌冲击功能于一体的消费电子级别防静电浪涌TVS/ESD防护器件可用于防静电导致的过电压、防浪涌导致的过电压、抗干扰、吸收浪涌功率等。TVS/ESD广泛应用于移动终端(手机及穿戴式设备)、计算机系统、通信设备、汽车电子、家用电器、电力照明、仪器仪表等各个领域，是当前过压防护器件中的用量最大的产品，在消费电子产品中不可或缺，作为消费端电子产品理想的保护器件被大量生产与使用。
[0004]一直以来，巨大的消费电子市场也孕育了巨大的TVS/ESD需求。2021样式一发射区注入或者扩散年全球TVS(含ESD)市场规模约为217.0亿元，全球前五大TVS厂商分别为力特(Littelfuse)、安世半导体(Nexperia)、安森美(ON Semiconductor)、商升特(Semtech)和威世(Vishay)。上述前五大厂商合计占全球市场份额约为35.7％。
[0005]面对如此巨大的需求，一方面发展出了能够满足高端需求的各种低寄生电容的高端TVS/ESD产品，另一方面降低TVS/ESD生产成本、摸索新的低成本TVS/ESD结构及制造方法以满足高级需求也成了具有好社会经济价值的研究内容。
[0006]传统的高端TVS/ESD一般采用外延半导体基底制备，利用外延层掺杂浓度陡变的特点，使得制备出的纵向晶体管结构获得高电流注入能力、较高耐击穿电压、低寄生电容、低导通电阻的特点，得到高电流通过能力、较高耐压、低电容值、窄泻放窗口的高端TVS/ESD产品。但是，外延半导体基底的成本较无外延衬底高至少高4倍，面对近乎天量的TVS/ESD出货量，如果能在无外延衬底的半导体基底上制备能够满足高电流通过能力、较高耐压、低电容值、窄泻放窗口的高端TVS/ESD产品，将具有巨大的经济价值。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种高鲁棒性防静电浪涌衬底型ESD/TVS管结构及方法，包括在无外延衬底的半导体基底上制备高电流通过能力、较高耐压、低电容值、窄泻放窗口的TVS/ESD的典型结构，以及其制备该结构的一种实施方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]高鲁棒性防静电浪涌衬底型ESD/TVS管结构，包括第一类型半导体的半导体单晶衬底，所述半导体单晶衬底中形成有第二类型半导体的深扩散阱，在所述深扩散阱中形成有第一类型半导体的发射区注入或者扩散，所述ESD/TVS管结构的表面形成有表面金属及
接触，背面形成有底部金属及接触，所述表面金属及接触之下设置有与半导体单晶衬底相接触且电学连接的发射极结优化填充槽，所述发射区注入或者扩散的扩散范围在结构上包纳发射极结优化填充槽，所述发射极结优化填充槽的下部设置有位于半导体单晶衬底之中且与发射极结优化填充槽相接触的发射极结优化扩散，所述发射极结优化扩散的深度等于或者大于发射区注入或者扩散的深度，半导体单晶衬底表面延伸有集电极结优化填充槽，所述集电极结优化填充槽下部的半导体单晶衬底之中设置有集电极结优化扩散，集电极结优化扩散与集电极结优化填充槽相接触，所述集电极结优化扩散分布于深扩散阱的周侧，集电极结优化填充槽在结构上与表面接触但是不与表面电学连接，半导体单晶衬底表面延伸有横向抑制填充槽，横向抑制填充槽在结构上与表面接触但是不与表面电学连接，所述横向抑制填充槽下部的半导体单晶衬底之中设置有横向抑制扩散，横向抑制扩散与横向抑制填充槽相接触，所述横向抑制扩散与深扩散阱、集电极结优化扩散不相接触且间隔预定距离。
[0010]进一步的，所述半导体单晶衬底的掺杂浓度为5e18cm
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3至1e20cm
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3；所述深扩散阱的掺杂浓度为5e16cm
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3至5e17cm
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3；所述发射区注入或者扩散的掺杂浓度为5e16cm
‑
3至1e20cm
‑
3；所述发射极结优化扩散的掺杂浓度为1e18cm
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3至1e19cm
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3；所述集电极结优化扩散的掺杂浓度为5e16cm
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3至1e18cm
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3；所述横向抑制扩散的掺杂浓度为5e16cm
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3至5e19cm
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3。
[0011]进一步的，所述集电极结优化扩散不深入深扩散阱，且不与发射区注入或者扩散相接。
[0012]进一步的，每个独立的集电极结优化扩散形成连续分布。
[0013]进一步的，所述表面金属及接触为淀积刻蚀后的表面金属，与发射极结优化填充槽和部分发射区注入或者扩散形成欧姆接触构成ESD/TVS管结构的一个端子，底部金属及接触构成ESD/TVS管结构的另一个端子。
[0014]高鲁棒性防静电浪涌衬底型ESD/TVS管结构的制备方法，包括如下步骤：
[0015]S1：在表面形成SiO2作为扩散掩膜，再经过刻蚀形成S2和S3的选区扩散图形；
[0016]S2：在半导体单晶衬底中进行选区扩散，经过800至1050度的多次扩散形成第二类型半导体的深扩散阱；
[0017]S3：在深扩散阱中进行选区扩散，经过800至950度的多次扩散形成第一类型半导体的发射区注入或者扩散；
[0018]S3：利用刻蚀或开槽工艺形成发射极结优化扩散深度控制开槽、集电极结优化扩散形态控制开槽、横向抑制深度控制开槽；
[0019]S5：保持表面SiO2扩散掩膜的情况下，在发射极结优化扩散深度控制开槽的底部淀积扩散源形成导电介质填充，在集电极结优化扩散形态控制开槽和横向抑制深度控制开槽的底部淀积扩散源形成非导电介质填充，所述槽底扩散源填充为第一类型半导体的扩散源，所述导电介质填充为第二类型半导体的扩散源；
[0020]S6：经过退火与杂质激活，在发射极结优化扩散深度控制开槽、集电极结优化扩散形态控制开槽、横向抑制深度控制开槽的底部周围分别形成不同的扩散区域，即发射极结优化扩散、集电极结优化扩散、横向抑制扩散；
[0021]S7：去除表面SiO2扩散掩膜，在发射极结优化填充槽填充导电介质填充，在集电极
结优化填充槽和横向抑制填充槽填充非导电介质填充；
[0022]S8：在表面形成表面金属及接触，与发射极结优化填充槽和部分发射区注入或者扩散形成欧姆接触构成ESD/TVS的一个端子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高鲁棒性防静电浪涌衬底型ESD/TVS管结构，包括第一类型半导体的半导体单晶衬底，所述半导体单晶衬底中形成有第二类型半导体的深扩散阱，在所述深扩散阱中形成有第一类型半导体的发射区注入或者扩散，所述ESD/TVS管结构的表面形成有表面金属及接触，背面形成有底部金属及接触，其特征在于，所述表面金属及接触之下设置有与半导体单晶衬底相接触且电学连接的发射极结优化填充槽，所述发射区注入或者扩散的扩散范围在结构上包纳发射极结优化填充槽，所述发射极结优化填充槽的下部设置有位于半导体单晶衬底之中且与发射极结优化填充槽相接触的发射极结优化扩散，所述发射极结优化扩散的深度等于或者大于发射区注入或者扩散的深度，半导体单晶衬底表面延伸有集电极结优化填充槽，所述集电极结优化填充槽下部的半导体单晶衬底之中设置有集电极结优化扩散，集电极结优化扩散与集电极结优化填充槽相接触，所述集电极结优化扩散分布于深扩散阱的周侧，集电极结优化填充槽在结构上与表面接触但是不与表面电学连接，半导体单晶衬底表面延伸有横向抑制填充槽，横向抑制填充槽在结构上与表面接触但是不与表面电学连接，所述横向抑制填充槽下部的半导体单晶衬底之中设置有横向抑制扩散，横向抑制扩散与横向抑制填充槽相接触，所述横向抑制扩散与深扩散阱、集电极结优化扩散不相接触且间隔预定距离。2.根据权利要求1所述的高鲁棒性防静电浪涌衬底型ESD/TVS管结构，其特征在于，所述半导体单晶衬底的掺杂浓度为5e18cm
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3至1e20cm
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3；所述深扩散阱的掺杂浓度为5e16cm
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3至5e17cm
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3；所述发射区注入或者扩散的掺杂浓度为5e16cm
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3至1e20cm
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3；所述发射极结优化扩散的掺杂浓度为1e18cm
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3至1e19cm
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3；所述集电极结优化扩散的掺杂浓度为5e16cm
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3至1e18cm
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3；所述横向抑制扩散的掺杂浓度为5e16cm
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3至5e19cm
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3。3.根据权利要求1所述的高鲁棒性防静电浪涌衬底型ESD/TVS管结构，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，姜一波，吴瑕，
申请(专利权)人：江苏庆延微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：