雙向穿通半導體器件及其制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體器件及其制造方法，更具體地，涉及雙向穿通半導體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如手機和可穿戴電子產(chǎn)品的移動終端獲得廣泛的應用。移動終端中的電子電路工作于例如5V的低工作電壓，以減小功耗和延長移動終端的使用時間。隨著工作電壓的減小，電子電路可以承受的最大電壓也減小。需要采用低擊穿電壓的瞬態(tài)電壓抑制器保護電子電路。
[0003]齊納二極管是利用二極管在反偏電壓作用下的雪崩擊穿效應提供穩(wěn)壓功能的電子器件。齊納二極管例如為P+n+結(jié)構(gòu)，在高于擊穿電壓的反偏電壓下，發(fā)生雪崩擊穿，從而提供放電路徑。齊納二極管在高工作電壓下穩(wěn)壓性能良好。然而，在5V以下的低工作電壓，齊納二極管的泄漏電流和電容增大，導致功耗增大，并且限制了工作頻率。
[0004]與齊納二極管相比，穿通二極管利用穿通現(xiàn)象提供過壓保護。由于穿通電壓低于雪崩擊穿電壓，因此，穿通二極管具有低擊穿電壓，可以在低工作電壓提供改善的穩(wěn)壓功能。穿通二極管例如為n+p-p+n+結(jié)構(gòu)。從而實質(zhì)上包括兩個背靠背的二極管。在高于擊穿電壓的反偏電壓作用下，兩個二極管的空間電荷區(qū)合并，使得電流可以流動，從而發(fā)生穿通擊穿。穿通二極管可以減小泄漏電流和電容，以及實現(xiàn)大電流下的鉗位特性。
[0005]然而，穿通二極管的正反向特性不對稱。為了實現(xiàn)雙向保護，就需要將兩個穿通二極管反向并聯(lián)。在中國專利ZL200810204177.8中公開了一種雙向穿通瞬態(tài)電壓抑制二極管，其中包含反向并聯(lián)的兩個穿通二極管。兩個穿通二極管的結(jié)構(gòu)類似，均為n+p-p+n+結(jié)構(gòu)，其中針對第一穿通二極管，在P-外延層下方形成P+埋層，針對第二穿通二極管，在P-外延層中形成P+摻雜區(qū)。該結(jié)構(gòu)對摻雜工藝和穿通性是不利的。例如，相鄰的P+埋層和P-埋層容易相連，整個穿通器件的結(jié)構(gòu)不利地變?yōu)閚+p+n+型，導致穿通器件的失效。
[0006]期望進一步改進穿通二極管的特性，以減少在提供雙向保護時所需的穿通二極管的數(shù)量，從而降低電子電路的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明提供一種雙向穿通半導體器件及其制造方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種雙向穿通半導體器件，包括:彼此并聯(lián)連接的第一晶體管和第二晶體管；其中，第一晶體管與第二晶體管分別位于第一導電類型的半導體襯底的第一區(qū)域和第二區(qū)域，第一晶體管包括位于半導體襯底中的第二導電類型的半導體掩埋層、以及外延半導體層的位于半導體掩埋層上的第一外延區(qū)域，所述半導體掩埋層作為第一晶體管的基區(qū)，以及第二晶體管包括外延半導體層的位于半導體襯底上的第二外延區(qū)域、以及位于第二外延區(qū)域中的第二導電類型的第一摻雜區(qū)，所述第一摻雜區(qū)作為第二晶體管的基區(qū)，其中，所述外延半導體層的第一外延區(qū)域和第二外延區(qū)域為不同的導電類型。
[0009]優(yōu)選地，所述外延半導體層分別由半導體掩埋層和半導體襯底自摻雜形成所述第一外延區(qū)域和所述第二外延區(qū)域。
[0010]優(yōu)選地，所述第一外延區(qū)域是第二導電類型。
[0011 ] 優(yōu)選地，第二外延區(qū)域為選自本征特性或第一導電類型中的一種。
[0012]優(yōu)選地，所述第一晶體管還包括位于第一外延區(qū)域中的第一導電類型的第二摻雜區(qū)，所述第二晶體管還包括位于第一摻雜區(qū)中的第一導電類型的第三摻雜區(qū)。
[0013]優(yōu)選地，所述半導體掩埋層和所述半導體襯底之間形成第一 PN結(jié)；所述第一外延區(qū)域和所述第二摻雜區(qū)之間形成第二 PN結(jié)；其中，所述第一摻雜區(qū)和所述第三摻雜區(qū)之間形成第三PN結(jié)；以及所述第一摻雜區(qū)和所述第二外延區(qū)域之間的第四PN結(jié)。
[0014]優(yōu)選地，所述雙向穿通半導體器件還包括用于限定第一晶體管和第二晶體管各自的有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)。
[0015]優(yōu)選地，所述隔離結(jié)構(gòu)包括相對的第一側(cè)和第二側(cè)，第一側(cè)與半導體掩埋層和第一外延區(qū)域鄰接，第二側(cè)與第二外延區(qū)域鄰接，使得半導體掩埋層和第二外延區(qū)域之間隔開而不至于發(fā)生穿通。
[0016]優(yōu)選地，所述隔離結(jié)構(gòu)選自溝槽隔離和第一導電類型的摻雜擴散區(qū)之一。
[0017]優(yōu)選地，所述摻雜擴散區(qū)從所述外延半導體層的表面延伸至所述半導體襯底。
[0018]優(yōu)選地，所述雙向穿通半導體器件還包括:與所述第二摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)相接觸的第一電極；與所述半導體襯底相接觸的第二電極。
[0019]優(yōu)選地，所述第一 PN結(jié)和第三PN結(jié)在承受超過擊穿電壓的反向電壓時，發(fā)生穿通擊穿而非雪崩擊穿。
[0020]優(yōu)選地，通過調(diào)節(jié)半導體掩埋層和外延半導體層的摻雜濃度，使得第一 PN節(jié)發(fā)生穿通擊穿。
[0021]優(yōu)選地，所述半導體掩埋層的摻雜濃度為lel6?lel8atoms/cm3。
[0022]優(yōu)選地，通過調(diào)節(jié)第一摻雜區(qū)和外延半導體層的摻雜濃度，使得第三PN節(jié)發(fā)生穿通擊穿。
[0023]優(yōu)選地，所述第一摻雜區(qū)的摻雜濃度為lel5_5el8atoms/cm3。
[0024]優(yōu)選地，所述外延半導體層的厚度為3?10微米。
[0025]優(yōu)選地，所述第一導電類型為N型和P型之一，所述第二導電類型為N型和P型中的另一個。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造雙向穿通半導體器件的方法，包括:在第一導電類型的半導體襯底中形成第二導電類型的半導體掩埋層；在半導體襯底上形成外延半導體層，所述外延半導體層的第一外延區(qū)域和第二外延區(qū)域為不同的導電類型；在第二外延區(qū)域中形成第二導電類型的第一摻雜區(qū)；在第一外延區(qū)域中形成第一導電類型的第二摻雜區(qū)，以及在第一摻雜區(qū)中形成第一導電類型的第三摻雜區(qū)。
[0027]優(yōu)選地，所述第一外延區(qū)域是第二導電類型。
[0028]優(yōu)選地，第二外延區(qū)域為選自本征特性或第一導電類型中的一種。
[0029]優(yōu)選地，在形成外延半導體層的步驟之后，所述方法還包括:在外延半導體層中形成隔離結(jié)構(gòu)，所述隔離結(jié)構(gòu)從外延半導體層的表面延伸至半導體襯底層中，從而隔開第二外延區(qū)域和半導體掩埋層。
[0030]優(yōu)選地，在形成第二摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)的步驟之后，所述還包括:形成與第二摻雜區(qū)和第三摻雜區(qū)相接觸的第一電極；以及形成與半導體襯底相接觸的第二電極。
[0031 ] 優(yōu)選地，所述第一導電類型為N型和P型之一，所述第二導電類型為N型和P型中的另一個。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實施例的雙向穿通半導體器件，在半導體襯底的不同區(qū)域形成的第一晶體管和第二晶體管彼此并聯(lián)連接。第一晶體管的基區(qū)位于半導體掩埋層中，第二晶體管的基區(qū)位于第一摻雜區(qū)。在半導體襯底和第二摻雜區(qū)、第三摻雜區(qū)之間施加正向電壓時，如果大于擊穿電壓，則第一晶體管和第二晶體管中的一個的反偏PN結(jié)發(fā)生穿通。在半導體襯底和第二摻雜區(qū)、第三摻雜區(qū)施加反向電壓時，如果大于擊穿電壓，則第第一晶體管和第二晶體管中的另一個的反偏PN結(jié)發(fā)生穿通。該雙向穿通半導體器件可以實現(xiàn)大致對稱的正反向特性，采用一個器件就可以實現(xiàn)低工作電壓下的雙向保護。
[0033]在該雙向穿通半導體器件中，外延半導體層的第一外延區(qū)域與第一晶體管的基區(qū)鄰接，第二