本发明专利技术提供了一种多层过电压保护器件及其形成方法。该方法开始于提供具有第一导电类型的第一杂质浓度的衬底以限定中区层。以小于所第一杂质浓度的第二杂质浓度，将第二导电类型的掺杂剂引入到衬底中。在中区层的上表面上形成具有第二导电类型的上基区层。在中区层的下表面上形成具有第二导电类型的下基区层。在上基区层的表面上形成具有第一导电类型的第一发射区。第一金属接触耦合到上基区层，以及第二金属接触耦合到下基区层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及一种半导体器件，更具体来说，涉及用于提供 过电压保护的多层半导体器件。
技术介绍
越来越多地利用易于由于电能浪涌(即，瞬态过电压)而受损的 小电子组件来制造通信设备、计算机、家庭立体声放大器、电视和其 他电子器件。功率和传输线电压的浪涌变化可以严重地损伤和/或毁坏 电子器件。此外，这些电子器件的维修和更换价格会非常贵。因此， 需要用于保护这些组件不受功率浪涌影响的经济有效的方式。已经开 发了诸如齐纳二极管和半导体闸流管的器件用于保护这种类型的设备 免受这样的功率浪涌或过电压瞬变的影响。这些器件，即与分立的电 压基准二极管类似的典型分立器件，用于在电源等中的高电压瞬变达 到并且潜在地损坏集成电路等结构之前抑制这种高电压瞬变。简单的pn结通常不能满足反向击穿操作的需要，因为实际上反向击穿发生于 相对不可预测的电压处，在该电压处在pn结与p区和n区的表面相遇。图1示出了英国专利申请No.2113907A中公开的两层半导体结型 二极管类型，与用简单的pn结可得到的反向击穿电压相比，该二极管 提供更可预测的反向击穿电压。结型二极管包括n型衬底和在n型衬 底中形成的p型扩散区。二极管具有传统的平面结，该平面结具有选 择性平坦的中心区和在n型衬底的表面终止的弯曲边缘区。n型掩埋区 3位于n型衬底1中，与平面结的中心区相邻。p型区2具有比n型衬 底1和n型掩埋区3的杂质浓度更高的杂质浓度，而n型掩埋区3具 有比衬底1更高的杂质浓度。图2示出图1的pn结的杂质浓度分布。如图所示，p型区2从二 极管的表面延伸至约20微米的深度，并且杂质浓度从约10原子/cc 变化至n型衬底1的约10原子/cc的杂质浓度。n型掩埋区3从二极 管的表面延伸至约40微米的深度，并且杂质浓度从约1017原子/变 化至n型衬底1的杂质浓度。最初具有比n型掩埋区3更高的杂质浓 度的p型区2是深度为约15微米的主区。n型掩埋区3的深度主要在 从约15微米至40微米的范围内。n型掩埋区3的存在导致体(bulk)材料中的结的反向击穿电压减 小。n型掩埋区3改变了结的结构，使得在反向偏置下通过掩埋区3发 生击穿。前述的专利申请还示出了4层二极管，在4层二极管中，p型 阳极区接触衬底1的底表面，以及n型阴极区接触p型区2。采用与图 1的n型掩埋区3相类似的一系列掩埋区的类似的4层二极管示出在美 国专利No.5，516,705中。在该专利中示出的4层二极管还包括在n型 阴极区中的短路点(shorting dot)。短路点是与上金属接触毗邻的区域， 并且用于提高作为温度的函数的选通特性的精确性。虽然在传统的半导体结型二极管器件中使用图1所示的n型掩埋 区3提供了更可预测的反向击穿电压，但是也导致了反向击穿电压的 减小。然而，对于许多应用，期望的是大数值的反向击穿电压。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种制造多层过电压保护器件的 方法。该方法开始于提供具有第一导电类型的第一杂质浓度的衬底以 限定中区层。以小于第一杂质浓度的第二杂质浓度，将第二导电类型 的掺杂剂引入到衬底中。在中区层的上表面上，形成具有第二导电类 型的上基区层。在中区层的下表面上形成具有第二导电类型的下基区 层。在上基区层的表面上形成具有第一导电类型的第一发射区。第一 金属接触耦合到上基区层，以及第二金属接触耦合到下基区层。6根据本专利技术的另一方面，在第一发射区内可以提供多个分立的第 一短路点区。根据本专利技术的另一方面，第一导电类型是N型，以及第二导电类 型是P型。根据本专利技术的另一方面，第一导电类型是P型，以及所述第二导电类型是N型。根据本专利技术的另一方面，在下基区层的表面上形成具有第一导电 类型的第二发射区。根据本专利技术的另一方面，在第二发射区中可以提供第二短路点区。根据本专利技术的另一方面，提供一种多层过电压保护器件。该器件 包括具有第一导电类型的第一杂质浓度的衬底。衬底限定中区层。衬底还包括具有第二杂质浓度的第二导电类型的掺杂剂，第二杂质浓度 小于第一杂质浓度。器件还包括上基区层和下基区层，所述上基区层具有第二导电类型，位于中区层的上表面上；所述下基区层具有第二 导电类型，位于中区层的下表面上。具有第一导电类型的第一发射区 位于上基区层的表面上。第一金属接触电耦合到上基区层，以及第二 金属接触电耦合到下基区层。附图说明图1示出传统的两层半导体结型二极管。图2示出图1的pn结的杂质浓度分布。图3示出根据本专利技术构造的半导体结型二极管器件的一个实施例。图4示出图3所示的器件的衬底的杂质浓度分布。图5示出用作双向过电压器件的本专利技术的一个可替选的实施例。具体实施例方式现在，在下文中将参照附图来更充分地描述本专利技术，在附图中示 出了本专利技术的优选实施例。然而，该专利技术可以以许多不同形式来实现， 并且不应该被理解为限于这里阐述的实施例；更确切的是，该实施例 被提供为使得该公开是全面的和完整的，并且向本领域技术人员充分 传达本专利技术的保护范围。本专利技术的专利技术人已经认识到，通过减小衬底或晶片的整体杂质浓 度，可以增大半导体结型二极管器件的击穿电压。在不受任何特定理 论或模式约束的情况下，提出下面的分析以便促进对本专利技术的理解。例如，正如所讨论的，在2004年Pearson Education公司出版的由 B.Streeman等人所著的第5版《Solid State Electronic Devices》的第五 章中，宽度为W。的pn结上的接触电势Vo可以表示为r0丄&|《2o I 一 〃 o其中，s。是pn结上的电场。在特定的临界电场^下产生的击穿电压VB因而可以表示为: ^ =丄* ^ 『52其中，Ws是器件击穿时的耗尽宽度，并且Wb〉Wo。如《Solid State Electronic Devices》的方程式(5-22)中所示，结的平衡宽度W。可以表示为8<formula>formula see original document page 9</formula>其中，Na和Nd分别是受主离子和施主离子的杂质浓度。因此，Ve可以表示为<formula>formula see original document page 9</formula>在一侧被更重地掺杂(即，P+N)的一侧突变结且Na ))Nd的情 况下，随后(1-3)可以通过下面的方程式来逼近。在本专利技术中，pn结由更轻地掺杂的衬底和更重地掺杂的上基区(下 面描述)来限定。因此，Nd表示衬底中的施主离子的掺杂浓度，因此 这可以被称为衬底的体浓度。为了增大最终所得的半导体二极管器件 的击穿电压，本专利技术减小体浓度。图3示出根据本专利技术构造的半导体结型二极管器件20的一个实施 例。器件20包括金属接触7和9以及上基区2，所述上基区2具有由短路点6分隔开的阴极或发射区4。上基区2是P+型导电，而发射区4 是N+型导电。短路点6与上基区2—样都是P+型导电。发射区4和短 路点6耦合到金属接触7。上基区2和发射区4通过注入和扩散到N— 型导电的衬底1中来形成。下基区或阳极区5形成在衬底1的下表面 上并且与金属接触9接触。下基区是P+型导电。P型掺杂剂(例如，硼)向半导体衬底添加正电荷，而本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造多层过电压保护器件的方法，包括以下步骤： 提供具有第一导电类型的第一杂质浓度的衬底，以限定中区层； 以小于所述第一杂质浓度的第二杂质浓度，将第二导电类型的掺杂剂引入到所述衬底中； 在所述中区层的上表面上，形成具有第二导电类型的上基区层； 在所述中区层的下表面上，形成具有第二导电类型的下基区层； 在所述上基区层的表面上，形成具有第一导电类型的第一发射区； 将第一金属接触耦合到所述上基区层；以及 将第二金属接触耦合到所述下基区层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-10-3 11/542,4201、一种制造多层过电压保护器件的方法，包括以下步骤提供具有第一导电类型的第一杂质浓度的衬底，以限定中区层；以小于所述第一杂质浓度的第二杂质浓度，将第二导电类型的掺杂剂引入到所述衬底中；在所述中区层的上表面上，形成具有第二导电类型的上基区层；在所述中区层的下表面上，形成具有第二导电类型的下基区层；在所述上基区层的表面上，形成具有第一导电类型的第一发射区；将第一金属接触耦合到所述上基区层；以及将第二金属接触耦合到所述下基区层。2. 根据权利要求l所述的制造多层过电压保护器件的方法，还在 所述第一发射区内提供多个分立的第一短路点区。3. 根据权利要求1所述的制造多层过电压保护器件的方法，其中， 所述第一导电类型是N型，以及所述第二导电类型是P型。4. 根据权利要求1所述的制造多层过电压保护器件的方法，其中， 所述第一导电类型是P型，以及所述第二导电类型是N型。5. 根据权利要求l所述的制造多层过电压保护器件的方法，还包 括在所述下基区层的表面上形成具有第一导电类型的第二发射区的步 骤。6. 根据权利要求5所述的制造多层过电压保护器件的方法，还包 括在所述第二发射区内提供第二短路点区的步骤。7. 报据权利要求5所述的制造多层过电压保护器件的方法，其中， 所述第一导电类型是P型，以及所述第二导电类型是N型。8. 根据权利要求5所述的制造多层过电压保护...
【专利技术属性】
技术研发人员：高隆庆，邝普如，
申请(专利权)人：威世通用半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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