[發明專利]低電容超深溝槽瞬變電壓抑制二極管結構

有效

• 申請號: 201310075486.0
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103208530A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 朱偉東;吳昊;趙泊然
• 申請（專利權）人: 江蘇應能微電子有限公司
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/06
• 代理公司: 蘇州廣正知識產權代理有限公司 32234
• 代理人: 劉述生

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種低電容超深溝槽瞬變電壓抑制（Transient?Voltage?Suppressors,?TVS）二極管結構。?

背景技術

集成電路線寬尺寸的不斷縮小要求電子器件的工作電壓不斷降低，同時也導致電路中以靜電放電（Electro-Static?discharge,?ESD）或其他形式存在的瞬態電壓更容易對電子器件造成破壞。TVS是一種基于二極管形式的保護器件，用來保護系統免于遭受各種形式的瞬態高壓的沖擊，其工作原理如圖1所示，TVS?10在線路板上與被保護電路11并聯。在正常工作條件下，TVS?10在被保護電路11上呈現高阻抗狀態。當ESD或其他形式的浪涌沖擊下，TVS?10能實時導通，為產生的瞬態高電流提供一個低阻抗通路，使瞬態電流與能量通過并聯的TVS?11被引開，從而起到對電子器件的保護作用。?

現有的TVS器件大多是圖2所示的一個平面二極管或圖3中簡單的溝槽二極管結構。如圖2所示，平面二極管包括依次疊加設置的Al/Cu金屬層21、層間絕緣層22、N型摻雜外延層23、及P型摻雜硅襯底24。平面TVS二極管流過器件的瞬態電流和結面積成正比。因此，為了達到高靜電保護能力，器件的尺寸需要變大。然而二極管結面積的增加會導致器件整體電容的增加，使器件對信號的響應速度降低，從而無法在高速高頻數據線上應用。?

如圖3所示，簡單的溝槽TVS二極管包括依次疊加設置的Al/Cu金屬層31、層間絕緣層32、及P型摻雜硅襯底34。通過在P型摻雜硅襯底34上的刻蝕出溝槽進行N型摻雜溝槽填充33，使得N型摻雜溝槽填充（33）的周邊與P型摻雜硅襯底34形成立體的PN結，通過對溝槽的深度和密度的調節來增加其結面積，從而提高其靜電保護能力。同平面結構相比，溝槽TVS結構能將TVS做得相對較小。然而由于其結構運用的重摻雜的P型硅襯底34和N型多晶硅（poly-Si）33溝槽填充，PN結的結電容難以降低。而通過增加縱向結面積來提高靜電保護能力也因此增加了結電容，進一步降低了器件對信號的響應速度。當今電子設備的接口（I/O）的趨勢是設計變得更復雜、尺寸變得更小、數據傳輸速度越來越高。這種趨勢要求TVS器件的電容越來越低，尺寸越做越小。這就使傳統的平面TVS和溝槽TVS器件在現代高端電子設備的接口上的應用出現問題。能否在保持高靜電保護能力的前提下將器件的尺寸做得最小、電容做得最低變得至關重要。?

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種小尺寸、低電容超深溝槽TVS二極管結構。?

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種低電容超深溝槽瞬態電壓抑制二極管結構，其包括一個瞬態電壓抑制器二極管PN結及一個低電容PN結，該低電容超深溝槽瞬態電壓抑制二極管結構包括依次堆疊設置的重摻雜P型襯底、重摻雜N型外延層、輕摻雜N型外延層、二氧化硅層、層間絕緣層，及Al/Cu金屬層；在重摻雜P型襯底、重摻雜N型外延層、輕摻雜N型外延層、二氧化硅層堆疊之后的多層結構上刻蝕有一系列密排的深度為大于10μm的超深溝槽，該超深溝槽穿過所述輕摻雜N型外延層和重摻雜N型外延層進入P型摻雜襯底；所述超深溝槽內填充有N型摻雜多晶硅，進一步高溫推進N型摻雜多晶硅，所述密排的超深溝槽填充的N型摻雜多晶硅的側壁和底部與重摻雜P型襯底形成所述立體結構的瞬態電壓抑制器二極管PN結；該輕摻雜N型外延層上有P型區域注入，該P型區域注入與該輕摻雜N型外延層形成所述低電容PN結；該層間絕緣層沉積在N型摻雜多晶硅和二氧化硅層上，該Al/Cu金屬層進一步沉積在該層間絕緣層上，通過刻蝕出的接觸孔分別連接到N型摻雜多晶硅和P型摻雜區域注入。?

在本發明一個較佳實施例中，所述超深溝槽的深度大于10μm，高寬比在10:1和30:1之間。?

在本發明一個較佳實施例中，所述重摻雜P型襯底上生長5-15μm的重摻雜N型外延層。?

在本發明一個較佳實施例中，所述重摻雜N型外延層的電阻率為5-50?Ω.cm。?

在本發明一個較佳實施例中，所述重摻雜N型外延層上生長10-30μm的近本征輕摻雜N型外延層。?

在本發明一個較佳實施例中，所述輕摻雜N型外延層的電阻率為100-800?Ω.cm。?

在本發明一個較佳實施例中，所述低電容PN結的結電容的大小與輕摻雜N型外延層的摻雜濃度的高低成正比。?