雙向?qū)ΨQesd保護(hù)器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ESD保護(hù)器件，尤其涉及一種深槽工藝的雙向?qū)ΨQESD保護(hù)器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場(chǎng)上雙向保護(hù)的ESD器件較多，但兩個(gè)方向的性能基本都不是對(duì)稱的。主要原因在于，目前的雙向保護(hù)ESD器件大多都采用圖1所示的NPN型的三極管結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該三極管包括:N+襯底10、N-外延層11、P+阱區(qū)12、N+發(fā)射區(qū)13、介質(zhì)層14和電極15。其中，N-外延層11位于N+襯底10上，P+阱區(qū)12形成在N-外延層11內(nèi)，N+發(fā)射區(qū)13形成在P+阱區(qū)12內(nèi)，介質(zhì)層14內(nèi)形成有接觸孔，電極15位于該接觸孔內(nèi)并且和N+發(fā)射區(qū)13電接觸。N+襯底10作為三極管的集電極C，N+發(fā)射區(qū)13和電極15作為三極管的發(fā)射極E。
[0003]對(duì)于圖1所示的三極管，N-外延層11的摻雜濃度遠(yuǎn)低于N+發(fā)射區(qū)13的摻雜濃度，從而導(dǎo)致集電極C至發(fā)射極E以及發(fā)射極E至集電極C這兩個(gè)方向的電壓VCE、Ve。相差較多，很難將電壓調(diào)整到對(duì)稱。在應(yīng)用時(shí)，一般只是將兩個(gè)方向的電壓分別調(diào)整至能夠工作即可。
[0004]另外，參考圖2，目前對(duì)稱的ESD保護(hù)器件通常都是由兩顆特性相同的單向ESD保護(hù)器件100合封而成。這樣的結(jié)構(gòu)不僅導(dǎo)致芯片面積大、成本高，而且不適合小型的封裝體。
[0005]因此，需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)雙向?qū)ΨQ性能，且面積較小的單芯片保護(hù)器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種雙向?qū)ΨQESD保護(hù)器件及其制造方法，能夠使三極管中的集電極至發(fā)射極電壓和發(fā)射極至集電極電壓基本對(duì)稱。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種雙向?qū)ΨQESD保護(hù)器件，包括:
[0008]第一摻雜類型的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底作為集電區(qū)；
[0009]第二摻雜類型的埋層，位于所述半導(dǎo)體襯底的正面，所述第二摻雜類型與第一摻雜類型相反；
[0010]第二摻雜類型的外延層，覆蓋在所述埋層的正面上；
[0011]第一摻雜類型的發(fā)射區(qū)，位于所述外延層的正面。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述發(fā)射區(qū)的摻雜濃度與所述集電區(qū)的摻雜濃度一致。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述集電區(qū)至發(fā)射區(qū)的電壓與所述發(fā)射區(qū)至集電區(qū)的電壓一致。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述雙向?qū)ΨQESD保護(hù)器件還包括:深槽，形成于所述發(fā)射區(qū)的部分區(qū)域內(nèi)，所述深槽從所述發(fā)射區(qū)的正面向下延伸且至少穿透所述外延層，所述深槽內(nèi)填充有第一介質(zhì)層。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述深槽的寬度為1.5 μπι?3.0 μm，所述深槽的深度為 5.0 μ m ?8.0 μ m0
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述深槽貫穿所述發(fā)射區(qū)、外延層、埋層并延伸至所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述雙向?qū)ΨQESD保護(hù)器件還包括:第二介質(zhì)層，覆蓋所述發(fā)射區(qū)的正面，所述第二介質(zhì)層中形成有接觸孔，所述接觸孔內(nèi)填充有發(fā)射區(qū)電極，所述發(fā)射區(qū)電極與所述發(fā)射區(qū)電接觸。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述外延層的厚度為4.0 μπι?10.00 μm，電阻率為2.0 Ω.cm-4.0 Ω.cm。
[0019]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種雙向?qū)ΨQESD保護(hù)器件的制造方法，包括:
[0020]提供第一摻雜類型的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底作為集電區(qū)；
[0021]在所述半導(dǎo)體襯底的正面形成第二摻雜類型的埋層，所述第二摻雜類型與第一摻雜類型相反；
[0022]在所述埋層的正面形成第二摻雜類型的外延層，所述外延層覆蓋所述埋層；
[0023]在所述外延層的正面形成第一摻雜類型的發(fā)射區(qū)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述發(fā)射區(qū)的摻雜濃度與所述集電區(qū)的摻雜濃度一致。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述集電區(qū)至發(fā)射區(qū)的電壓與所述發(fā)射區(qū)至集電區(qū)的電壓一致。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述方法還包括:
[0027]對(duì)所述發(fā)射區(qū)的部分區(qū)域進(jìn)行刻蝕以形成深槽，通過(guò)刻蝕使得所述深槽從所述發(fā)射區(qū)的正面向下延伸且至少穿透所述外延層；
[0028]在所述深槽中填充第一介質(zhì)層。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述深槽的寬度為1.5 μπι?3.0 μπι，所述深槽的深度為 5.0 μ m ?8.0 μ m0
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述深槽貫穿所述發(fā)射區(qū)、外延層、埋層并延伸至所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述方法還包括:
[0032]形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層覆蓋所述發(fā)射區(qū)的正面；
[0033]對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，以在所述第二介質(zhì)層中形成接觸孔；
[0034]在所述接觸孔中填充發(fā)射區(qū)電極，所述發(fā)射區(qū)電極與所述發(fā)射區(qū)電接觸。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述外延層的厚度為4.0 μπι?10.00 μπι,電阻率為2.0 Ω.cm-4.0 Ω.cm。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，采用離子注入的方式形成所述埋層，注入雜質(zhì)為硼，離子注入的劑量為4E15/cm2?8E15/cm2。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，采用離子注入的方式形成所述埋層后，對(duì)所述埋層進(jìn)行退火，退火溫度為1100°C -1200°c，退火時(shí)間為1.0h-3.0h。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，采用離子注入的方式形成所述發(fā)射區(qū)，注入雜質(zhì)為磷，離子注入的劑量為4E15/cm2?8E15/cm2。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，采用離子注入的方式形成所述發(fā)射區(qū)后，對(duì)所述發(fā)射區(qū)進(jìn)行退火，退火溫度為900°C -1OOO0C，退火時(shí)間為0.5h-2.0h。
[0040]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0041]本發(fā)明實(shí)施例的雙向?qū)ΨQESD保護(hù)器件包括第一摻雜類型的半導(dǎo)體襯底、第二摻雜類型的埋層、第二摻雜類型的外延層和第一摻雜類型的發(fā)射區(qū)，其中作為集電區(qū)的半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度可以和發(fā)射區(qū)的摻雜濃度一致，從而使得形成的三極管的Vk基本一致，形成雙向?qū)ΨQ的ESD保護(hù)器件。
[0042]采用本發(fā)明實(shí)施例的制造方法，可以形成雙向?qū)ΨQ的ESD保護(hù)器件，其中Vce和V EC最低能同時(shí)低至5.0V，在確保器件電容小于7pF的前提下，雙向ESD能力都可以大于30kV，雙向峰值電流都大于10A，從而可以適用于手機(jī)、筆記本電腦接口等設(shè)備的雙向保護(hù)。
[0043]此外，本發(fā)明實(shí)施例的雙向?qū)ΨQESD保護(hù)器件還具有深槽，該深槽形成于發(fā)射區(qū)的部分區(qū)域內(nèi)，而且從發(fā)射區(qū)的正面向下延伸到至少穿透外延層，深槽內(nèi)填充有第一介質(zhì)層。深槽和第一介質(zhì)層能夠提供電隔離，有利于進(jìn)一步改善雙向?qū)ΨQESD保護(hù)器件的性能
【附圖說(shuō)明】
[0044]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種雙向ESD保護(hù)器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一種雙向ESD保護(hù)器件的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙向?qū)ΨQESD保護(hù)器件的制造方法的流程示意圖；
[0047]圖4至圖11是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙向?qū)ΨQESD保護(hù)器件的制造方法中各個(gè)步驟對(duì)應(yīng)的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0049]參考圖3，本發(fā)明實(shí)施例的雙向?qū)ΨQESD保護(hù)器件的制造方法可以包括如下步驟:
[0050]步驟S21，提供第一摻雜類型的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底作為集電區(qū)；
[0051]步驟S22，在所述半導(dǎo)體襯底的正面形成第二摻雜類型的埋層，所述第二摻雜類型與第一摻雜類型相反；
[0052]步驟S23，在所述埋層的正面形成第二摻雜類型的外延層，所述外延層覆蓋所述埋層；
[0053]步驟S24，在所述外延層的正面形成第一摻雜類型的發(fā)射區(qū)。
[0054]其中，第一摻雜類型和第二摻雜類型相反，其中一個(gè)是P型摻雜，另一個(gè)是N型摻雜。本實(shí)施例中，第一摻雜類型為N型摻雜，第二摻雜類型為P型摻雜。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在另一不同的實(shí)施例中，第一摻雜類型可以是P型摻雜，而第二摻雜類型可以是N型摻雜。
[0055]下面結(jié)合圖4至圖11進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0056]參考圖4，提供N+(即，N型重?fù)诫s的)半導(dǎo)體襯底20，該半導(dǎo)體襯底20可以是半導(dǎo)體加工工藝中各種常規(guī)的襯底類型，例如硅襯底。該半導(dǎo)體襯底20的電阻率例如可以是0.005 Ω.cm ^ P ^ 0.02 Ω.cm。半導(dǎo)體襯底20作為三極管的集電區(qū)，對(duì)于本實(shí)施例而言，作為NPN三極管的集電區(qū)。
[0057]參考圖5，在半導(dǎo)體襯底20的正面摻雜P型雜質(zhì)，以形成P+(即，P型重?fù)诫s的)埋層21。摻雜元素、摻雜方式和摻雜量由EDS器件的電壓要求確定。對(duì)于本實(shí)施例的5V電壓要求的器件而言，摻雜雜質(zhì)可以是硼，摻雜方式是離子注入，離子注入劑量為4E15/cm2?8E15/cm2。
[0058]在形成埋層21后，可以對(duì)埋層21進(jìn)行退火。退火溫度優(yōu)選為1100°C _1200°C，退火時(shí)間優(yōu)選為1.0h-3.0h。
[0059]參考圖6，在埋層21上形成P_( S卩，P型輕摻雜的)外延層22。外延層22的形成方法例如可以是化學(xué)氣相沉積(CVD)。外延層22的厚度優(yōu)選為4.0-10.0ym,電阻率優(yōu)選為 2.0-4.0 Ω.cm。