專利名稱：具有對(duì)稱擊穿電壓的瞬時(shí)電壓抑制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)的結(jié)構(gòu)和制作方法，尤其是一種具有對(duì)稱 擊穿電壓和低工藝敏感度的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)的結(jié)構(gòu)和制作方法。
背景技術(shù)：
電壓和電流瞬變是引起電子系統(tǒng)中的集成電路損壞的主要原因。瞬變是從各種內(nèi) 部和外部的源極到系統(tǒng)產(chǎn)生的。例如，瞬變的共源極包括電源、交流電路波動(dòng)、雷電過(guò)電壓 以及靜電放電(ESD)的正常轉(zhuǎn)換。瞬時(shí)電壓抑制器(TVS) —般用于保護(hù)集成電路不受瞬變或過(guò)電壓帶來(lái)的損害。瞬 時(shí)電壓抑制器(TVS)是單向器件或雙向器件。由于電子設(shè)備的加工組件對(duì)電壓極性為正 或負(fù)的瞬變電壓都很敏感，因此越來(lái)越多的電子設(shè)備需要雙向瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)的保 護(hù)。例如，雙向瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)可用于保護(hù)便攜式手持設(shè)備、鍵盤(pán)、筆記本電腦、數(shù)碼 相機(jī)、便攜式全球定位系統(tǒng)(GPS)以及MP3播放器等的高速數(shù)據(jù)線。圖1表示用于保護(hù)信 號(hào)線的雙向瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)的示意圖。實(shí)現(xiàn)雙向瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)有多種方法。多數(shù)情況是采用垂直結(jié)構(gòu)，來(lái)限制 瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件的模具尺寸。此外，低電壓情況下通常采用基于瞬時(shí)電壓抑 制器(TVS)的擊穿二極管。更確切地說(shuō)，基于擊穿二極管的低電壓雙向瞬時(shí)電壓抑制器 (TVS)，是利用帶有發(fā)射極_基極和集電極_基極擊穿電壓的NPN或PNP結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，還要 優(yōu)化NPN或PNP層的摻雜濃度，以便穿通擊穿。例如，穿通二極管瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)經(jīng)常具有輕摻雜淺基極的雙極結(jié)型晶體 管(BJT)的特征，使得即使是電壓低于雪崩擊穿電壓時(shí)，也能發(fā)生輕摻雜基極區(qū)的穿通。 基于穿通二極管的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)通常是由多摻雜層的堆積結(jié)構(gòu)形成，例如含有 n+-p+-p-n+的四層結(jié)構(gòu)，以及p-層作為輕摻雜層。傳統(tǒng)的基于穿通二極管的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)存在許多不足。首先，由于制作 過(guò)程的局限，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件的擊穿電壓一般并不對(duì)稱。也就是說(shuō)，瞬時(shí)電壓抑 制器(TVS)器件的發(fā)射極_基極和集電極_基極的擊穿電壓并不一致。其次，擊穿電壓經(jīng) 常發(fā)生很大的器件間的變動(dòng)。最具代表性的就是，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)堆積層是通過(guò)外 延生長(zhǎng)每個(gè)層、或通過(guò)后面的層離子注入到初始外延層中形成的。擊穿電壓是一個(gè)外延層 厚度、外延層的摻雜以及基極區(qū)摻雜的函數(shù)。外延層存在固有的摻雜濃度變化。而且，外延 層的厚度，尤其是相對(duì)較薄的外延層，在整個(gè)晶片上以及從晶片到晶片上，也有變化。因此， 通過(guò)外延厚度的變化以及摻雜濃度的變化，才能觀察到擊穿電壓的變化。此外，如果外延層 過(guò)薄，來(lái)自于重?fù)诫s襯底的過(guò)摻雜，會(huì)對(duì)外延層甚至基極區(qū)的摻雜濃度產(chǎn)生不利的影響。圖2(a)至2(c)表示在制作瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件中使用的多種傳統(tǒng)的摻雜 結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件是由具有濃度梯度(圖2(a)和2(b))或摻 雜濃度中的一個(gè)階梯(圖2(c))的基極區(qū)形成的。基極區(qū)中不對(duì)稱的摻雜結(jié)構(gòu)通常是由于 在薄外延層中，形成基極區(qū)的摻雜能量很低造成的。不均勻的摻雜結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱的擊穿電壓，以及擊穿電壓對(duì)制作工藝變化的敏感度。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件包括一個(gè)第一導(dǎo) 電類(lèi)型的重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底、一個(gè)形成在襯底上有第一厚度的第一導(dǎo)電類(lèi)型的外延層、以 及一個(gè)植入在外延層中位于外延層的一個(gè)中間區(qū)域的第二導(dǎo)電類(lèi)型的基極區(qū)?；鶚O區(qū)和外 延層在基極區(qū)的兩側(cè)，提供基本對(duì)稱的垂直摻雜結(jié)構(gòu)，使得這兩個(gè)方向上的擊穿電壓對(duì)稱。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制備瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)的方法包括制備一個(gè)第 一導(dǎo)電類(lèi)型的重?fù)诫s半導(dǎo)體襯底，形成一個(gè)在襯底上有第一厚度的第一導(dǎo)電類(lèi)型的外延 層、以及在外延層中形成一個(gè)位于外延層的一個(gè)中間區(qū)域的第二導(dǎo)電類(lèi)型的基極區(qū)?；鶚O 區(qū)和外延層在基極區(qū)的兩側(cè)，提供基本對(duì)稱的垂直摻雜結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，基極區(qū)是通過(guò)在外延層中的高能量植入形成的。在另一個(gè)實(shí)施 例中，所形成的基極區(qū)作為掩埋層，位于外延層的中間。在另一個(gè)實(shí)施例中，外延層的摻雜 濃度極低，并在外延層中的基極區(qū)的上方和底部分別植入一個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型的緩沖層。閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明及參考附圖后，將更好地理解本發(fā)明。


圖1表示一種用于保護(hù)信號(hào)線的雙向瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)。圖2(a)至2(c)表示在制作瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件中使用的多種傳統(tǒng)的摻雜結(jié)構(gòu)。圖3表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種使用NPN結(jié)構(gòu)形成的垂直瞬時(shí)電壓抑制 器(TVS)器件的橫截面視圖。圖4(a)和4(b)表示依據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)不同實(shí)施例，在瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器 件100中可以獲得的兩種垂直摻雜結(jié)構(gòu)。圖5表示對(duì)于具有不對(duì)稱摻雜結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)，以及對(duì)于本 發(fā)明所述的具有對(duì)稱摻雜結(jié)構(gòu)和厚外延層的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，擊穿電壓與外延 層厚度的變化關(guān)系。圖6表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用兩個(gè)高能離子注入過(guò)程形成基極區(qū)時(shí)， 一種瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件的摻雜結(jié)構(gòu)的縱剖圖。圖7(a)至7(d)表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如圖3所示的瞬時(shí)電壓抑制器 (TVS)器件的制備過(guò)程。圖8表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第一可選實(shí)施例，一種使用NPN結(jié)構(gòu)形成的垂直瞬時(shí) 電壓抑制器(TVS)器件的橫截面視圖。圖9表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第二可選實(shí)施例，一種使用NPN結(jié)構(gòu)形成的垂直瞬時(shí) 電壓抑制器(TVS)器件的橫截面視圖。圖10(a)至10(d)表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，制備如圖9所示的瞬時(shí)電壓抑 制器(TVS)器件的制作過(guò)程。圖11表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用NPN結(jié)構(gòu)制備垂直瞬時(shí)電壓抑制器 (TVS)器件的橫截面視圖。
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圖12表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第一可選實(shí)施 制器(TVS)器件的橫截面視圖。圖13表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第二可選實(shí)施 制器(TVS)器件的橫截面視圖。圖14表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第三可選實(shí)施 制器(TVS)器件的橫截面視圖。圖15表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第四可選實(shí)施 制器(TVS)器件的橫截面視圖。圖16表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第五可選實(shí)施 制器(TVS)器件的橫截面視圖。圖17表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第三可選實(shí)施 制器(TVS)器件的橫截面視圖。
使用PNP結(jié)構(gòu)制備垂直瞬時(shí)電壓抑 使用PNP結(jié)構(gòu)制備垂直瞬時(shí)電壓抑 使用NPN結(jié)構(gòu)制備垂直瞬時(shí)電壓抑 使用NPN結(jié)構(gòu)制備垂直瞬時(shí)電壓抑 使用NPN結(jié)構(gòu)制備垂直瞬時(shí)電壓抑 使用PNP結(jié)構(gòu)制備垂直瞬時(shí)電壓抑
具體實(shí)施例方式依據(jù)本發(fā)明的原理，基于穿通二極管或雪崩模式瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件利用 高能量基極植入，在厚外延層中形成一個(gè)基極區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱的NPN或PNP結(jié)構(gòu)。這種高能量 植入確保瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件具有對(duì)稱基極摻雜結(jié)構(gòu)，使瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器 件的擊穿電壓對(duì)稱。之所以使用厚外延層，是為了當(dāng)基極區(qū)在反偏壓下完全耗盡時(shí)，耗盡層 不會(huì)到達(dá)外延層的邊緣，而是仍然處于外延層內(nèi)。在這種情況下，外延層厚度的變化將不會(huì) 影響瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件的擊穿電壓。在一個(gè)可選實(shí)施例中，在外延層中間，用掩埋 層技術(shù)形成基極區(qū)，以獲得同一種對(duì)稱摻雜結(jié)構(gòu)。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，使用摻雜濃度很低的外延層，并通過(guò)在外延層中的緩沖 層植入以及承載基極區(qū)，來(lái)修正外延層的摻雜等級(jí)。緩沖層能夠隔離瞬時(shí)電壓抑制器(TVS) 器件對(duì)于外延層中固有的摻雜變化的敏感性。形成的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)的擊穿電 壓將不再容易受對(duì)外延層的厚度和摻雜濃度的影響。在另一個(gè)實(shí)施例中，緩沖層植入到外 延層中的基極區(qū)的頂部和底部，使得緩沖層和基極區(qū)控制擊穿電壓。由于緩沖層和基極區(qū) 時(shí)通過(guò)植入形成的，那么這將進(jìn)一步解決外延層中的摻雜變化帶來(lái)的各種問(wèn)題。在本說(shuō)明中，雪崩模式瞬時(shí)電壓抑制器件以及基于一個(gè)穿通二極管的瞬時(shí)電壓抑 制器件都被稱為瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)。優(yōu)化雪崩模式瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)的摻雜等級(jí)， 便于基極區(qū)中的雪崩擊穿，基極區(qū)中的雪崩電流同雙極增益一起被放大，可以改善對(duì)集電 極-至-發(fā)射極電壓的箝位。另一方面，基于一個(gè)穿通二極管的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)的 特點(diǎn)是作為一個(gè)雙極結(jié)型晶體管，具有一個(gè)淺且輕摻雜的基極，優(yōu)化基極的摻雜等級(jí)，便于 穿通擊穿。尤其當(dāng)電壓低于穿通擊穿電壓時(shí)，就會(huì)發(fā)生輕摻雜基極區(qū)的穿通。雪崩模式和基于穿通二極管的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件在低壓應(yīng)用中，對(duì)于抑 制5伏或5伏以下的低壓范圍內(nèi)的峰值電壓格外有效。無(wú)論是基于雪崩的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)，還是基于穿通的瞬時(shí)電壓抑制器 (TVS)，它們的擊穿電壓都是基極區(qū)摻雜等級(jí)和厚度相對(duì)于周?chē)姌O和發(fā)射區(qū)摻雜等級(jí) 和厚度的函數(shù)。在基于穿通二極管的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)中，選取合適的輕摻雜基極區(qū) 的厚度和摻雜等級(jí)，使基極區(qū)在穿通電壓下完全耗盡。更確切地說(shuō)，只要輕摻雜的基極區(qū)很淺，大部分耗盡層就會(huì)延伸到輕摻雜的基極區(qū)中，當(dāng)耗盡層到達(dá)基極區(qū)的另一側(cè)時(shí)，實(shí)現(xiàn)穿 通。因此，穿通二極管起到了短路的作用。如果器件的穿通電壓低于其雪崩電壓，那么器件 將通過(guò)穿通擊穿。如果器件的雪崩電壓低于其穿通電壓，那么器件將通過(guò)雪崩擊穿。圖3表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用NPN結(jié)構(gòu)制備垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS) 器件的橫截面視圖。參照?qǐng)D3，在重?fù)诫s的N+襯底102上形成一個(gè)垂直瞬時(shí)電壓抑制器 (TVS)器件100。在N+襯底102上形成一個(gè)輕摻雜的N-外延層104。通過(guò)高能離子注入到 N-外延層104中，形成輕摻雜的P-基極區(qū)112。由此形成的P-基極區(qū)112位于N-外延層 104的中間區(qū)域中。按照本發(fā)明所制備的N-外延層104要比傳統(tǒng)的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件 中所使用的外延層厚一些。尤其是，N-外延層104的厚度要比P-基極區(qū)112厚許多。在 這種情況下，受外延制備過(guò)程中固有的局限，N-外延層厚度的變化將不會(huì)影響瞬時(shí)電壓抑 制器(TVS)器件100的擊穿電壓。P-基極區(qū)112形成后，在N-外延層104的表面上制備一個(gè)重?fù)诫sN+接觸區(qū)114， 形成歐姆接觸。使用介質(zhì)層116覆蓋在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，起到保護(hù)作用。在介質(zhì)層116中形成 一個(gè)開(kāi)口，以便形成一個(gè)陽(yáng)極電極118，與N+接觸層114形成電接觸。并在襯底的底面上， 形成一個(gè)陰極電極120，以便與N+襯底102形成電接觸。典型的陽(yáng)極電極118和陰極電極 120是由金屬層等導(dǎo)電材料組成的。在本例中，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100通過(guò)溝道隔離，在襯底上形成相同瞬時(shí) 電壓抑制器(TVS)器件的一個(gè)陣列，或者同其他器件一起形成瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件， 以達(dá)到集成電路所需的保護(hù)電路的目的。在本實(shí)施例中，制備一個(gè)延伸到襯底的溝道，隔 離瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100，此溝道與氧化層108在一條直線上，并用一個(gè)多晶硅層 110填充此溝道。通過(guò)使用一個(gè)厚的輕摻雜N-型外延層104以及高能基極植入，形成基極區(qū)112，瞬 時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100在N-/P-/N-區(qū)實(shí)現(xiàn)了一種對(duì)稱摻雜結(jié)構(gòu)。圖4(a)和4(b) 表示依據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)不同實(shí)施例，在瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100中可以獲得的兩種 垂直摻雜結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D4(a)和4(b)，由圖可知，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100的摻雜結(jié) 構(gòu)從N+接觸層114 一直向下到N+襯底102。在輕摻雜(n-)的外延層的中間形成一個(gè)對(duì)稱 P-型摻雜。正是由于這種對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使得瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100在第一結(jié)J1和第 二結(jié)J2處的擊穿電壓相同。因此，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100就具備了擊穿電壓對(duì)稱 的特點(diǎn)。此外，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100的基極電荷只能通過(guò)基極區(qū)植入以及外延 層的摻雜等級(jí)來(lái)控制。因此，實(shí)現(xiàn)了良好的基極電荷控制。在圖4(a)中，形成p-基極區(qū)， 使其摻雜濃度小于或基本等于n-外延層。圖4(a)中的摻雜結(jié)構(gòu)具有很輕的基極摻雜，因 此，對(duì)于穿通擊穿，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100就會(huì)很容易被耗盡和優(yōu)化。在圖4(b) 中，形成P-基極區(qū)，使其摻雜濃度大于n-外延層。圖4(b)中的摻雜結(jié)構(gòu)具有更高的基極 摻雜，因此，對(duì)于雪崩擊穿，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件就會(huì)很容易被優(yōu)化。通過(guò)優(yōu)化基極 區(qū)摻雜等級(jí)和厚度，為瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件選擇所需的擊穿電壓(雪崩或穿通)。瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100可以有兩種工作方式。在低壓環(huán)境下，由于通過(guò)厚 外延層中的高能基極區(qū)植入，很好地控制基極區(qū)電荷，可以獲得準(zhǔn)確的擊穿電壓。這時(shí)，擊穿電壓由集電極-發(fā)射極(BVceo)的擊穿電壓決定。在高壓應(yīng)用器件中，在結(jié)Jl和J2處 的雪崩擊穿電壓趨于支配地位，由于這兩個(gè)結(jié)的擊穿電壓相同，因此對(duì)于正、負(fù)電壓極性， 瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100的工作方式是對(duì)稱的。瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100的一個(gè)主要特征在于，其擊穿電壓僅取決于外延 層的摻雜等級(jí)以及對(duì)基極摻雜的控制。因?yàn)闊o(wú)論外延層的厚度如何變化，形成的外延層的 厚度都達(dá)不到使耗盡區(qū)接觸到襯底，所以瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100的擊穿電壓對(duì)于 外延層厚度的變化并不敏感。圖5表示一個(gè)帶有非對(duì)稱摻雜結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)瞬時(shí)電壓抑制器 (TVS)，以及本發(fā)明所示帶有對(duì)稱摻雜結(jié)構(gòu)和厚外延層的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其擊 穿電壓與外延層厚度變化的關(guān)系。參照?qǐng)D5，對(duì)于帶有非對(duì)稱摻雜結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)瞬時(shí)電壓抑制 器(TVS)(線180)而言，擊穿電壓是外延層厚度的函數(shù)。因此，制備過(guò)程的局限所引起的外 延層厚度的任何變化，都將導(dǎo)致?lián)舸╇妷鹤兓?。但是，?duì)于本發(fā)明所述的具有一個(gè)對(duì)稱摻雜 結(jié)構(gòu)以及一個(gè)足夠厚的外延層的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件(線182)，擊穿電壓對(duì)外延層 厚度的變化將變得不敏感。因此，本發(fā)明所述的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件功能更加強(qiáng)大， 并且不易受制備過(guò)程變化的影響。
在上述實(shí)施例中，所述的P-基極區(qū)112是通過(guò)高能離子注入技術(shù)形成的。在一個(gè) 實(shí)施例中，所用的植入能量在IOOOkeV的數(shù)量級(jí)上。高能植入到厚外延層中的好處在于，獲 得對(duì)稱的摻雜結(jié)構(gòu)。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，使用的是一個(gè)獨(dú)立高能離子注入過(guò)程。在另一 個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)兩個(gè)或多個(gè)離子注入過(guò)程形成P-基極區(qū)。使用多個(gè)植入過(guò)程可以提高摻 雜結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，如圖6所示，使用至少兩個(gè)高能植入過(guò)程，獲得所 需的對(duì)稱摻雜結(jié)構(gòu)。圖6中的點(diǎn)線表示通過(guò)第一離子注入過(guò)程形成基極區(qū)的摻雜結(jié)構(gòu)的縱 剖圖。通過(guò)第一離子注入過(guò)程，這個(gè)基極區(qū)可能會(huì)稍微變形。圖6中的實(shí)線所表示的摻雜 結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)額外的植入過(guò)程增強(qiáng)基極摻雜結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。這些額外的植入物是η型還 是P型，取決于要增強(qiáng)摻雜以及擊穿對(duì)稱性的需要。圖7(a)至7(d)表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如圖3所示的瞬時(shí)電壓抑制器 (TVS)器件的制備過(guò)程。參照?qǐng)D7(a)，制備過(guò)程的第一步是將N+襯底102作為起始材料。 通過(guò)外延過(guò)程生長(zhǎng)N-型外延層104。對(duì)N-型外延層104進(jìn)行輕摻雜，厚度約為5-6 μ m。依 據(jù)本發(fā)明，這種N-型外延層104的厚度比傳統(tǒng)的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件中的外延
層厚度大。在一個(gè)集成電路上，當(dāng)瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100與其他器件一起制備時(shí)，必 須將瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件隔離。圖7(b)就表示一種用于隔離在N+襯底102以及 N-外延層104上形成的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100的溝道隔離結(jié)構(gòu)。如圖7(b)所示 的溝道隔離結(jié)構(gòu)僅用于解釋說(shuō)明，在其他實(shí)施例中，可以使用其他的隔離結(jié)構(gòu)。隔離結(jié)構(gòu)的 具體類(lèi)型并不是決定本發(fā)明實(shí)施的關(guān)鍵因素。本發(fā)明的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件可使用 目前已知或未知的各種類(lèi)型的隔離結(jié)構(gòu)制成。參照?qǐng)D7(b)，在N-外延層104中形成溝道 106，一部分溝道106延伸到N+襯底102中。在溝道106定義的區(qū)域中制備瞬時(shí)電壓抑制 器(TVS)器件。溝道106與氧化層108在一條直線上，然后用一個(gè)多晶硅層110填充此溝 道。對(duì)多晶硅層110進(jìn)行背部刻蝕，使它的一部分凹向N-外延層104的上表面。參照?qǐng)D7 (c)，通過(guò)離子注入過(guò)程形成P-基極區(qū)112。這種P-基極注入為高能注 入，是將P-型植入物置于N-外延層104的中間。在一個(gè)實(shí)施例中，為了形成基于一個(gè)穿通二極管的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，將硼作為P_型摻雜物，使用P-基極植入，植入能量 為lOOOkeV，劑量為3x1013個(gè)原子/cm2。在另一個(gè)實(shí)施例中，使用9x1013個(gè)原子/cm2的 植入劑量，制備雪崩擊穿瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件。依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例，通過(guò) 第二 P-基極植入，增強(qiáng)摻雜結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性?？梢栽诘谝?P-基極植入過(guò)程進(jìn)行之前或之后， 實(shí)施第二 P-基極植入。還可以使用能量、劑量等相同或不同的處理參數(shù)，進(jìn)行第二 P-基極 植入。參照?qǐng)D7 (d)，在P-基極形成之后，通過(guò)離子注入過(guò)程在N-外延層104上方形成N+ 接觸層114。N+接觸層114為重?fù)诫s，僅位于N-外延層104上方，以便與N-外延層形成歐 姆接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，N+接觸植入的植入能量為80keV、劑量為4x1015個(gè)原子/cm2， 將砷作為N-型摻雜物。然后，如圖3所示，在整個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，形成_個(gè)介質(zhì)層116，并在 介質(zhì)層中形成一個(gè)開(kāi)口，以便形成一個(gè)陽(yáng)極電極118，與N+接觸層114形成電接觸。在N+ 襯底102的底部形成陰極電極120。按這種方法制備的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100與傳統(tǒng)的瞬時(shí)電壓抑制器 (TVS)器件相比，具有許多優(yōu)勢(shì)。首先，通過(guò)使用厚外延層以及高能基極注入，所形成的基極 區(qū)位于外延層的中間。尤其是厚外延層可以確保基極區(qū)不會(huì)形成在外延層的邊緣或外延層 之外。外延層厚度的常見(jiàn)變化也不會(huì)對(duì)摻雜結(jié)構(gòu)或擊穿電壓等屬性產(chǎn)生不良的影響。確保 對(duì)稱摻雜結(jié)構(gòu)不因工藝的變化而發(fā)生改變。其次，通過(guò)高能注入形成P-基極區(qū)，實(shí)現(xiàn)了一 種精準(zhǔn)的、更加對(duì)稱的摻雜結(jié)構(gòu)。而且通過(guò)第二次注入，還可以增強(qiáng)摻雜結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。最 后，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件的擊穿電壓僅僅取決于基極區(qū)的摻雜等級(jí)，以及外延層的 摻雜等級(jí)，這樣就可以很好地控制擊穿電壓?？蛇x實(shí)施例在另一個(gè)實(shí)施例中，使用摻雜濃度很低的外延層，并通過(guò)在外延層中形成的承載 基極區(qū)的緩沖層來(lái)修正外延層的摻雜等級(jí)。圖8表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第一可選實(shí)施例， 一種使用NPN結(jié)構(gòu)形成的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件的橫截面視圖。參照?qǐng)D8，瞬時(shí)電 壓抑制器(TVS)器件200具有與圖3所示的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100相似的基本結(jié) 構(gòu)，并給出類(lèi)似的參考數(shù)據(jù)。但是，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件200是使用一個(gè)摻雜濃度很 低的N-型外延層(N-外延層)204制成的。通過(guò)離子注入，在N-外延層204中形成一個(gè) 輕摻雜的N-型緩沖層205。瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件200的P-基極區(qū)212位于N-緩沖 層205的中間。因此，形成的N-緩沖層205的摻雜等級(jí)占主要地位，N-外延層204的背景 摻雜變得微不足道。按照如圖3所示的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100，制備瞬時(shí)電壓抑制 器(TVS)器件200的剩余結(jié)構(gòu)。在N-外延層204的上表面上形成一個(gè)N+接觸層214。通 過(guò)介質(zhì)層216中的開(kāi)口，形成一個(gè)與N+接觸層214電接觸的陽(yáng)極電極218，以及一個(gè)與N+ 襯底202電接觸的陰極電極?？梢允褂枚嗑Ч杼畛涞臏系栏綦x結(jié)構(gòu)208、210，將瞬時(shí)電壓 抑制器(TVS)器件200與集成電路上形成的其他器件隔離起來(lái)。由于N-外延層204位于 N-緩沖層205和N+襯底之間，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件200的垂直摻雜結(jié)構(gòu)從N+接觸 層214到N+襯底202，并不完全對(duì)稱。然而，在P-基極212附近，也就是從N-緩沖層205 的頂部，穿過(guò)P-基極212，到N-緩沖層205的底部，這個(gè)垂直摻雜結(jié)構(gòu)仍然是十分對(duì)稱的。 更重要的是，選取合適的N-緩沖層205以及P-基極212的摻雜濃度，使瞬時(shí)電壓抑制器 (TVS)器件200的擊穿電壓仍然對(duì)稱。
瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件200的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，N-緩沖層解決了瞬時(shí)電壓抑 制器(TVS)器件對(duì)于外延層中固有的摻雜變化的敏感性。外延生長(zhǎng)的層在摻雜濃度和厚度 方面存在很多變化，與之相反，精確控制植入就可以在摻雜濃度和厚度方面具有極小的變 化。垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件200的擊穿電壓對(duì)于外延層厚度和摻雜濃度的變化都 不敏感。因此，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件200比傳統(tǒng)的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件功能 更加強(qiáng)大。圖9表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第二可選實(shí)施例，一種使用NPN結(jié)構(gòu)制備的垂直瞬時(shí) 電壓抑制器(TVS)器件的橫截面視圖。圖9中的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件300表示制備 N-緩沖層的另一種方法。為了簡(jiǎn)化討論過(guò)程，圖9使用與圖8類(lèi)似的參考數(shù)據(jù)。參照?qǐng)D9， 瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件300將一個(gè)摻雜濃度很低的外延層204以及一個(gè)N-緩沖層作為 兩個(gè)獨(dú)立的摻雜區(qū)305A和305B，以便限定P-基極區(qū)212的范圍。N-緩沖層305A和305B 比N-外延層204的摻雜濃度大。N-摻雜區(qū)305A和305B與溝道隔離有一定的距離，并不 延伸到P-基極區(qū)212的全寬度。因此，這種半導(dǎo)體功能主要體現(xiàn)在頂部N-緩沖層305A和 P-基極區(qū)212之間的結(jié)、以及P-基極區(qū)212和底部N-緩沖層305B之間的結(jié)。與圖8所示的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件200類(lèi)似，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件 300對(duì)N-外延層204的摻雜等級(jí)與厚度并不敏感。而且，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件300 的擊穿電壓僅僅是N-緩沖層305A、305B以及P-基極區(qū)212的厚度和摻雜等級(jí)的函數(shù)，這些 量都可以很好地控制。此外，我們知道，晶體管的擊穿電壓通常在溝道隔離結(jié)構(gòu)(210、208) 附近區(qū)域中失真。瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件300的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，N-緩沖層305A和 305B遠(yuǎn)離溝道隔離，迫使擊穿發(fā)生在基極區(qū)的側(cè)面中間遠(yuǎn)離溝道隔離結(jié)構(gòu)，因此，擊穿電壓 均勻可控。圖10(a)至10(d)表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，形成圖9所示的瞬時(shí)電壓抑制 器(TVS)器件的制備過(guò)程。參照?qǐng)D10 (a)，制備過(guò)程的第一步是將N+襯底202作為起始材 料。通過(guò)外延過(guò)程生長(zhǎng)輕摻雜的N-型外延層204。N-型外延層104的厚度約為5-6 u m。 依據(jù)本發(fā)明，這種N-型外延層104的厚度比傳統(tǒng)的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件中的外 延層厚度大。圖10(b)表示在瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件300中制備一個(gè)溝道隔離結(jié)構(gòu)。 在N-外延層204中形成溝道206，一部分溝道206延伸到N+襯底202中。溝道206與氧化 層208在一條直線上，然后用一個(gè)多晶硅層210填充此溝道。對(duì)多晶硅層210進(jìn)行背部刻 蝕，使它的一部分凹向N-外延層204的上表面。這時(shí)，可以通過(guò)離子注入過(guò)程形成N-緩沖層205，然后通過(guò)圖7(c)和7 (d)所示的 處理過(guò)程，完成整個(gè)圖8所示的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件200的制備。P-基極區(qū)212勢(shì) 必形成在植入的N-緩沖層205的中間位置。參照?qǐng)D10 (c)，通過(guò)離子注入過(guò)程形成P-基極區(qū)212，制備如圖9所示的瞬時(shí)電壓 抑制器(TVS)器件300。這種P-基極注入為高能注入，是將P-型植入物置于N-外延層204 的中間。在一個(gè)實(shí)施例中，將硼作為P-型摻雜物，使用P-基極植入，植入能量為lOOOkeV， 劑量為5x1013個(gè)原子/cm2。在某些實(shí)施例中，通過(guò)進(jìn)行第二次P_基極植入，增強(qiáng)摻雜結(jié)構(gòu) 的對(duì)稱性。在P-基極植入后，進(jìn)行兩次N-型離子注入，形成N-緩沖層305A和305B。這兩 次N-型植入要使用不同的植入能量，以便將N-型區(qū)放置于P-基極區(qū)212的頂部結(jié)和底部 結(jié)處。在一個(gè)實(shí)施例中，N-基極植入的植入能量對(duì)于底部緩沖層305B為2500keV，對(duì)于頂部緩沖層305A為600keV，劑量為7x1013個(gè)原子/cm2，使用磷作為N-型摻雜物。植入后， 在1100°C下進(jìn)行熱處理，使植入?yún)^(qū)退火，形成如圖10(c)所示的擴(kuò)散區(qū)。參照?qǐng)D10 (d)，在P-基極以及N-緩沖層形成之后，通過(guò)離子注入過(guò)程在N-外延層 204上方形成N+接觸層214。N+接觸層214為重?fù)诫s，僅位于N-外延層204上方，以便與 N-外延層形成歐姆接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，N+接觸植入的植入能量為80keV、劑量為4x1015 個(gè)原子/cm2，將砷作為N-型摻雜物。然后，如圖9所示，在整個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，形成一個(gè)介 質(zhì)層216，并在介質(zhì)層中形成一個(gè)開(kāi)口，以便形成一個(gè)陽(yáng)極電極218，與N+接觸層214形成 電接觸。在N+襯底202的底部形成陰極電極220。PNP晶體管在上述實(shí)施例中，所形成的是對(duì)稱的NPN瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件。本發(fā)明所 述的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件還可以通過(guò)如圖11、12和13所示的一種對(duì)稱PNP結(jié)構(gòu)形 成。在一個(gè)實(shí)施例中，制備對(duì)稱的PNP瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件時(shí)，除了使用極性相反的 材料和摻雜物之外，其他處理過(guò)程如上所述。也就是說(shuō)，對(duì)于NPN結(jié)構(gòu)而言，使用如上所述 的高能注入，制備N(xiāo)-基極412和512。溝道隔離結(jié)構(gòu)408、410、508、510隔離了瞬時(shí)電壓抑 制器(TVS)器件400、500、600。介質(zhì)層416、516使得陽(yáng)極金屬418、518接觸重?fù)诫s區(qū)414、 514。陰極金屬層420、520接觸重?fù)诫sP+襯底402、502。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，PNP瞬時(shí) 電壓抑制器(TVS)器件的N-基極區(qū)412、512是作為N-型掩埋層形成的，而不使用離子注 入形成的。例如，在如圖11所示的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件400中使用掩埋層時(shí)，中間過(guò) 程會(huì)形成一個(gè)P-外延層404，然后通過(guò)N-型植入，將N-基極區(qū)植入到中間過(guò)程形成的P-外 延層中。最后，形成P-外延層404的剩余部分。接下來(lái)的熱處理過(guò)程，會(huì)在P-外延層中 間，形成一個(gè)N-型掩埋層，作為N-基極區(qū)412 (圖11)。對(duì)圖12和13所示的瞬時(shí)電壓抑 制器(TVS)器件500和600，進(jìn)行相同的掩埋層處理過(guò)程。在這種情況下，中間過(guò)程形成一 個(gè)輕摻雜的P-外延層504，通過(guò)N-型植入，植入N-基極區(qū)512。然后形成P-外延層504 的剩余部分。瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件500含有一個(gè)在輕摻雜的P外延層504中植入的 P-緩沖層505。瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件600含有兩個(gè)距離溝道隔離結(jié)構(gòu)很遠(yuǎn)的P-緩 沖層605A和605B，限定N-基極區(qū)512的范圍。在如上所述的NPN型瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件中，也可以使用掩埋層制備過(guò)程， 形成P-基極區(qū)112、212。從根本上說(shuō)，通過(guò)一個(gè)和多個(gè)高能離子注入，或者通過(guò)掩埋層制備 過(guò)程，在本發(fā)明的NPN和PNP瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件中形成基極區(qū)。依據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例，為了減小在隔離結(jié)構(gòu)的邊緣附近的電場(chǎng)失真，要在溝 道隔離邊緣，擴(kuò)大P-基極區(qū)，以便阻止在硅外延層和溝道隔離之間的界面處的低擊穿電 壓。圖14表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第三可選實(shí)施例，一種使用NPN結(jié)構(gòu)制備的垂直瞬時(shí)電壓 抑制器(TVS)器件的橫截面視圖。參照?qǐng)D14，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件700的基本結(jié)構(gòu) 與圖3所示的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件100類(lèi)似，并且給出了相似的參考數(shù)據(jù)。在瞬時(shí) 電壓抑制器(TVS)器件700中，在溝道隔離結(jié)構(gòu)108、110的邊緣，P-基極區(qū)712同額外的 P-型植入750 —起形成，以便形成擴(kuò)大的P-基極部分。在本實(shí)施例中，擴(kuò)大的P-基極部分 750僅位于P-基極區(qū)712的底面。在圖15所示的一個(gè)可選實(shí)施例中，在P-基極區(qū)812的 頂面和底面上，P"基極區(qū)812同擴(kuò)大的P-基極部分850 —起形成。
如圖9所示，在瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件300中，限定P-基極區(qū)212范圍的N-摻 雜區(qū)305A和305B具有相同的厚度“d”。在其他實(shí)施例中，如圖16所示，形成這兩個(gè)摻雜區(qū) 是為了使底部摻雜區(qū)到達(dá)襯底。圖16表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第五實(shí)施例，一種使用NPN結(jié) 構(gòu)的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件的橫截面視圖。參照?qǐng)D16，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器 件900的基本結(jié)構(gòu)如圖9所示的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件300類(lèi)似，并且給出了相似的 參考數(shù)據(jù)。在瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件900中，形成底部N-緩沖區(qū)905B，以使它到達(dá)N+ 襯底202。頂部N-緩沖層905A在很大程度上與圖9所示的頂部N-緩沖層305A相同。這 個(gè)實(shí)施例的優(yōu)勢(shì)在于，可以完全旁路外延層204及其固有的摻雜變化。如圖17所示，PNP型瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件可以使用相同的結(jié)構(gòu)。圖17表示 依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第三實(shí)施例，一種使用PNP結(jié)構(gòu)的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件的橫 截面視圖。參照?qǐng)D17，瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件1000的基本結(jié)構(gòu)與圖13所示的瞬時(shí)電 壓抑制器(TVS)器件600類(lèi)似，并且給出了相似的參考數(shù)據(jù)。在瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器 件1000中，形成底部N-緩沖層1005B，以使它到達(dá)P+襯底502。頂部N-緩沖層1005A在 很大程度上與圖13所示的頂部N-緩沖層605A相同。 上述詳細(xì)說(shuō)明僅用于對(duì)本發(fā)明的特殊實(shí)施例進(jìn)行解釋說(shuō)明，并不作為局限。在本 發(fā)明的范圍內(nèi)，具有多種修正和變化。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)限定。
權(quán)利要求
一種垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，包括一個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型的重?fù)诫s的半導(dǎo)體襯底；一個(gè)形成在襯底上的第一導(dǎo)電類(lèi)型的外延層，此外延層具有第一厚度；以及一個(gè)植入在外延層中的第二導(dǎo)電類(lèi)型的基極區(qū)，此基極區(qū)位于外延層的一個(gè)中間區(qū)域，其中基極區(qū)以及外延層在基極區(qū)的兩邊提供一個(gè)基本對(duì)稱的垂直摻雜結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，選取合適的基極 區(qū)以及外延層的摻雜濃度，使得基極區(qū)通過(guò)穿通擊穿。
3.如權(quán)利要求1所述的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，選取合適的基極 區(qū)以及外延層的摻雜濃度，使得基極區(qū)通過(guò)雪崩擊穿。
4.如權(quán)利要求1所述的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，還包括在外延層和部分半導(dǎo)體襯底中形成的一個(gè)或多個(gè)溝道隔離結(jié)構(gòu)，所述溝道隔離結(jié)構(gòu)圍 繞在一部分基極區(qū)以及一部分外延層周?chē)?，以便隔離瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件。
5.如權(quán)利要求4所述的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，基極區(qū)包括在溝 道隔離結(jié)構(gòu)附近的基極區(qū)邊緣處的擴(kuò)大部分。
6.如權(quán)利要求1所述的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類(lèi) 型包括N-型電導(dǎo)率，所述第二導(dǎo)電類(lèi)型包括P-型電導(dǎo)率。
7.如權(quán)利要求1所述的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類(lèi) 型包括P-型電導(dǎo)率，所述第二導(dǎo)電類(lèi)型包括N-型電導(dǎo)率。
8.如權(quán)利要求1所述的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，所述基極區(qū)的第 二厚度遠(yuǎn)小于第一厚度。
9.如權(quán)利要求1所述的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，外延層的第一厚 度至少是5iim。
10.如權(quán)利要求1所述的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，外延層包括一 個(gè)摻雜濃度極低的外延層，所述瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件還包括在外延層中形成的第一導(dǎo)電類(lèi)型的第二摻雜區(qū)，此第二摻雜區(qū)輕摻雜，但比外延層摻雜濃度更高，基極區(qū)形成在第二摻雜區(qū)的中間區(qū)域。
11.如權(quán)利要求1所述的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，外延層包括一 個(gè)摻雜濃度極低的外延層，所述瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件還包括一個(gè)位于基極區(qū)和外延層之間的底部結(jié)處的第一導(dǎo)電類(lèi)型的底部摻雜區(qū)；以及一個(gè)位 于底部結(jié)對(duì)面的基極區(qū)和外延層之間的頂部結(jié)處的第一導(dǎo)電類(lèi)型的頂部摻雜區(qū)，其底部和 頂部摻雜區(qū)為輕摻雜，但摻雜濃度比外延層更高，每個(gè)底部和頂部摻雜區(qū)的一部分位于基 極區(qū)中，另一部分位于外延層中。
12.如權(quán)利要求11所述的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，還包括在外延層和部分半導(dǎo)體襯底中形成的一個(gè)或多個(gè)溝道隔離結(jié)構(gòu)，所述溝道隔離結(jié)構(gòu)圍 繞在一部分基極區(qū)以及一部分外延層周?chē)?，以便隔離瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其中頂部和底部摻雜區(qū)距一個(gè)或多個(gè)溝道隔離結(jié)構(gòu)有一定的距離。
13.如權(quán)利要求11所述的垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，其特征在于，底部摻雜區(qū)到 達(dá)襯底。
14.一種制備垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件的方法，其特征在于，包括提供一個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體襯底，對(duì)此襯底重?fù)诫s；在襯底上形成一個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型的外延層，此外延層具有第一厚度；以及在外延層中形成一個(gè)第二導(dǎo)電類(lèi)型的基極區(qū)，此基極區(qū)位于外延層的一個(gè)中間區(qū)域，其中基極區(qū)以及外延層在基極區(qū)的兩邊提供一個(gè)基本對(duì)稱的垂直摻雜結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，形成一個(gè)基極區(qū)是由通過(guò)高能離子注入 形成一個(gè)基極區(qū)組成的。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，通過(guò)高能離子注入形成一個(gè)基極區(qū)的方 法包括植入能量約為lOOOkeV的高能離子注入形成基極區(qū)。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，形成一個(gè)第二導(dǎo)電類(lèi)型的基極區(qū)，其包括進(jìn)行第二導(dǎo)電類(lèi)型的第一高能離子注入；以及進(jìn)行額外的高能離子注入，以增強(qiáng)摻雜結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，形成一個(gè)基極區(qū)包括通過(guò)一個(gè)掩埋層結(jié) 構(gòu)，形成基極區(qū)。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，形成一個(gè)外延層以及形成一個(gè)基極區(qū)包 括選取合適的摻雜濃度形成外延層和基極區(qū)，使得基極區(qū)通過(guò)穿通擊穿。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，形成一個(gè)外延層以及形成一個(gè)基極區(qū)，選 取合適的摻雜濃度形成外延層和基極區(qū)，使得基極區(qū)通過(guò)雪崩擊穿。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括在外延層和部分半導(dǎo)體襯底中形成的一個(gè)或多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)，所述溝道隔離結(jié)構(gòu)延伸至 襯底，以便隔離瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，形成基極區(qū)還包括在溝道隔離結(jié)構(gòu)附近 的基極區(qū)邊緣處形成擴(kuò)大部分。
23.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，第一導(dǎo)電類(lèi)型包括N-型電導(dǎo)率，第二導(dǎo)電 類(lèi)型包括P-型電導(dǎo)率。
24.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，第一導(dǎo)電類(lèi)型包括P-型電導(dǎo)率，第二導(dǎo)電 類(lèi)型包括N-型電導(dǎo)率。
25.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，外延層的第一厚度至少為5ym。
26.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，形成一個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型的外延層包括形 成一個(gè)摻雜濃度很低的第一導(dǎo)電類(lèi)型的外延層，此方法還包括在外延層中形成第一導(dǎo)電類(lèi)型的第二摻雜區(qū)，此第二摻雜區(qū)輕摻雜，但比外延層摻雜 濃度更高，基極區(qū)形成在第二摻雜區(qū)的一個(gè)中間區(qū)域。
27.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，形成一個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型的外延層包括形 成一個(gè)摻雜濃度很低的第一導(dǎo)電類(lèi)型的外延層，此方法還包括在基極區(qū)和外延層之間的底部結(jié)處，通過(guò)第一次離子注入，形成第一導(dǎo)電類(lèi)型的底部 摻雜區(qū)；以及在底部結(jié)對(duì)面的基極區(qū)和外延層之間的頂部結(jié)處，通過(guò)第二次離子注入，形成第一導(dǎo) 電類(lèi)型的頂部摻雜區(qū)，3其中底部和頂部摻雜區(qū)為輕摻雜，但摻雜濃度比外延層更高，每個(gè)底部和頂部摻雜區(qū) 的一部分位于基極區(qū)中，另一部分位于外延層中。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，通過(guò)第一次離子注入，形成第一摻雜區(qū)包 括通過(guò)第一次離子注入，植入能量約為2500keV的離子形成一個(gè)底部摻雜區(qū)，通過(guò)第二次 離子注入，植入能量約為600keV的離子，形成一個(gè)頂部摻雜區(qū)。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，還包括在外延層和部分半導(dǎo)體襯底中形成一個(gè)或多個(gè)溝道隔離結(jié)構(gòu)，所述溝道隔離結(jié)構(gòu)圍繞 在一部分基極區(qū)以及一部分外延層周?chē)员愀綦x瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件， 其中頂部和底部摻雜區(qū)距一個(gè)或多個(gè)溝道隔離結(jié)構(gòu)有一定的距離。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，底部摻雜區(qū)到達(dá)襯底。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種垂直瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件，包括一個(gè)第一導(dǎo)電類(lèi)型的重?fù)诫s的半導(dǎo)體襯底、一個(gè)形成在襯底上具有第一厚度的第一導(dǎo)電類(lèi)型的外延層，一個(gè)形成在外延層中、位于外延層的中間區(qū)域的第二導(dǎo)電類(lèi)型的基極區(qū)。此基極區(qū)和外延層在基極區(qū)的兩邊提供一個(gè)基本對(duì)稱的垂直摻雜結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)高能植入，形成此基極區(qū)。在另一個(gè)實(shí)施例中，將此基極區(qū)作為一個(gè)掩埋層。選取合適的外延層和基極區(qū)的摻雜濃度，將瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)器件配置成一個(gè)基于穿通二極管的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)或一個(gè)雪崩模式瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)。
文檔編號(hào)H01L21/331GK101877358SQ201010174319
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者安荷·叭剌, 管靈鵬, 馬督兒·博德 申請(qǐng)人:萬(wàn)國(guó)半導(dǎo)體有限公司