一種具有超深溝槽的瞬態(tài)電壓抑制器結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉一種具有超深溝槽的瞬態(tài)電壓抑制器結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]瞬態(tài)電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor，簡(jiǎn)稱(chēng)TVS)是一種基于二極管形式的高性能保護(hù)器件，用來(lái)保護(hù)系統(tǒng)免于遭受各種形式的瞬態(tài)高壓和浪涌的沖擊。如圖1所示，TVS I在線(xiàn)路板上與被保護(hù)電路2并聯(lián)。在正常工作條件下，TVSl在被保護(hù)電路2上呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)。在ESD或其他形式的浪涌沖擊下，TVSl能以10-12皮秒量級(jí)的速度開(kāi)啟，將其高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，并將兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線(xiàn)路中的精密元器件免受ESD和各種形式的浪涌脈沖的損壞。由于它具有響應(yīng)時(shí)間快、瞬態(tài)功率大、箝位電壓低、漏電流低等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于交/直流電源、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、平板電腦、智能手機(jī)、家用電器、通信設(shè)備、安防、汽車(chē)和工業(yè)儀器儀表等各個(gè)領(lǐng)域。
[0003]然而，現(xiàn)有的TVS器件大多是一個(gè)平面二極管結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，平面TVS能夠承受的流過(guò)器件的瞬態(tài)電流和其結(jié)面積成正比。因此，為了能夠承受千瓦級(jí)的浪涌功率，平面TVS芯片的尺寸需要做得很大。因此這種平面結(jié)構(gòu)不僅使器件的反向漏電流難以做得很低，同時(shí)也增加的芯片的成本。當(dāng)今的電子設(shè)備對(duì)TVS器件的性能(如浪涌能力、漏電流等)有很高的要求，尺寸也是越小越好。而傳統(tǒng)的平面TVS無(wú)法將千瓦級(jí)的大功率TVS芯片從傳統(tǒng)的D0-214AA (SMB)和D0-214AB (SMC)封裝轉(zhuǎn)移到更小的封裝如D0-214AC (SMA)或其他形式的封裝(S0D封裝和DFN封裝)里。
[0004]因此，在本領(lǐng)域內(nèi)，急需一種可以在更小的芯片尺寸上承載更大的浪涌功率(千瓦級(jí))或兩用功率的TVS器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種具有超深溝槽的瞬態(tài)電壓抑制器結(jié)構(gòu)，具體而言是，一種具有超深溝槽(Ultra-deep Trench，簡(jiǎn)稱(chēng)UDT)的率瞬態(tài)電壓抑制器(Transient VoltageSuppressor，簡(jiǎn)稱(chēng) TVS)結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明揭示了一種具有超深溝槽的瞬態(tài)電壓抑制器結(jié)構(gòu)，其包含有:
[0007]一具有第一導(dǎo)電類(lèi)型P型或N型的重?fù)诫s硅襯底；在所述重?fù)诫s硅襯底頂面設(shè)置一具有第一導(dǎo)電類(lèi)型P型或N型的摻雜外延層；在所述摻雜外延層上設(shè)置有一系列密排的溝槽，且所述溝槽的高寬比為10:1到60:1。
[0008]優(yōu)選地，所述重?fù)诫s硅襯底的摻雜濃度為大于lE18/cm3。
[0009]優(yōu)選地，所述摻雜外延層的摻雜濃度為lE13/cm3到lE18/cm3，厚度為20-60微米。
[0010]優(yōu)選地，所述溝槽的間距為I到5微米。
[0011]優(yōu)選地，所述溝槽的開(kāi)口為I到5微米。
[0012]優(yōu)選地，所述溝槽的深度為10微米到60微米。
[0013]優(yōu)選地，所述溝槽中填充有第二導(dǎo)電類(lèi)型(N型或P型)的自摻雜多晶硅。
[0014]優(yōu)選地，所述自摻雜多晶硅的電阻率為0.002-0.020 Ohm.cm。
[0015]優(yōu)選地，所述溝槽上側(cè)依次設(shè)置有圖案化的介質(zhì)層、金屬層以及鈍化層。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出一種新型的具有超深溝槽的瞬態(tài)電壓抑制器結(jié)構(gòu)，其通過(guò)超深溝槽刻蝕和摻雜多晶硅的填充，并經(jīng)過(guò)高溫推進(jìn)形成一個(gè)立體的具有第二導(dǎo)電類(lèi)型的擴(kuò)散摻雜區(qū)域，與具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的晶圓摻雜硅襯底或摻雜外延層形成一個(gè)縱向結(jié)構(gòu)的PN結(jié)。該縱向結(jié)構(gòu)的PN結(jié)的結(jié)面積由側(cè)面積和底面積所組成。而縱向結(jié)構(gòu)的PN結(jié)的結(jié)面積可以通過(guò)溝槽刻蝕的深度來(lái)增加，因此這種具有縱向PN結(jié)的TVS 二極管結(jié)構(gòu)可以在更小的芯片尺寸上承受更大的浪涌功率(千瓦級(jí))或浪涌電流，這是平面PN結(jié)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。這種新型的大功率TVS 二極管可以通過(guò)IEC 61000-4-2 (ESD),61000-4-4(EFT)和61000-4-5 (Surge)等多項(xiàng)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)，可以廣泛的應(yīng)用在通訊、安防、工業(yè)、電器電氣設(shè)備的保護(hù)上。本發(fā)明的另外一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是能將器件尺寸減小，在當(dāng)今的電子設(shè)備小型化的趨勢(shì)下變得越來(lái)越重要。
【附圖說(shuō)明】
[0017]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
[0018]圖1是瞬態(tài)電壓抑制器二極管的工作示意圖；
[0019]圖2是現(xiàn)有的瞬態(tài)電壓抑制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明利用超深溝槽制造大功率瞬態(tài)電壓抑制器的器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是本發(fā)明利用超深溝槽制造大功率瞬態(tài)電壓抑制器的制造方法的工藝流程步驟一的示意圖；
[0022]圖5是本發(fā)明利用超深溝槽制造大功率瞬態(tài)電壓抑制器的制造方法的工藝流程步驟一■的不意圖；
[0023]圖6是本發(fā)明利用超深溝槽制造大功率瞬態(tài)電壓抑制器的制造方法的工藝流程步驟三的示意圖；
[0024]圖7是本發(fā)明利用超深溝槽制造大功率瞬態(tài)電壓抑制器的制造方法的工藝流程步驟四的不意圖；
[0025]圖8是本發(fā)明利用超深溝槽制造大功率瞬態(tài)電壓抑制器的制造方法的工藝流程步驟五的示意圖；
[0026]圖9是本發(fā)明利用超深溝槽制造大功率瞬態(tài)電壓抑制器的制造方法的工藝流程步驟六的示意圖；
[0027]圖10是本發(fā)明利用超深溝槽制造大功率瞬態(tài)電壓抑制器的制造方法的工藝流程步驟七的示意圖；
[0028]圖11是本發(fā)明利用超深溝槽制造大功率瞬態(tài)電壓抑制器的制造方法的工藝流程步驟八的示意圖；
[0029]圖12是本發(fā)明利用超深溝槽制造大功率瞬態(tài)電壓抑制器的制造方法的工藝流程步驟九的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0031]如圖3所示，其揭示的是本發(fā)明具有超深溝槽的瞬態(tài)電壓抑制器結(jié)構(gòu)的器件結(jié)構(gòu)示意圖。其中，標(biāo)號(hào)10為具有第一導(dǎo)電類(lèi)型(P型或N型)重?fù)诫s硅襯底，標(biāo)號(hào)11為第一導(dǎo)電類(lèi)型(P型或N型)摻雜外延層，標(biāo)號(hào)為12第二導(dǎo)電類(lèi)型(N型或P型)自摻雜多晶娃(in-situ Doped Poly)，標(biāo)號(hào)13為二氧化娃硬掩膜(Si02 Mask)，標(biāo)號(hào)14為介質(zhì)層(ILD)，標(biāo)號(hào)15為金屬層(Metal)，標(biāo)號(hào)16為鈍化層(Passivat1n)，標(biāo)號(hào)17為超深溝槽(Ultra-deep Trench，簡(jiǎn)稱(chēng) UDT)，標(biāo)號(hào) 18 為 PN 結(jié)。
[0032]如圖3所