[發(fā)明專利]一種利用超深溝槽結(jié)構(gòu)制造瞬變電壓抑制二極管的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310169791.6
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103295898A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱偉東;吳昊;趙泊然
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇應(yīng)能微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/329
• 分類號: H01L21/329
• 代理公司: 蘇州廣正知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32234
• 代理人: 劉述生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用超深溝槽（Ultra-deep?Trench）制造瞬變電壓抑制二極管（TVS，Transient?Voltage?Suppressors）的方法。

背景技術(shù)

隨著電子電路集成度的不斷增高，集成電路的線寬尺寸隨之不斷縮小。電路中以靜電放電（ESD）或其他形式存在的瞬態(tài)電壓也因此更容易對電子器件造成破壞。瞬態(tài)電壓抑制器（Transient?Voltage?Suppressor，簡稱TVS），是一種基于二極管形式的靜電保護(hù)器件，用來保護(hù)系統(tǒng)免于遭受各種形式的瞬態(tài)高壓的沖擊。如圖1和圖2所示，現(xiàn)有的TVS器件的制造大多是采用平面二極管或簡單的溝槽二極管結(jié)構(gòu)。平面TVS二極管在P型硅襯底上生長一層N型外延層，形成二極管的PN結(jié)。如圖1所示，平面二極管包括依次疊加設(shè)置的Al/Cu金屬層21、層間絕緣層（ILD，Inter-Layer?dielectric）22、N型硅（Si）層23、及P+?Si襯底24。平面TVS二極管流過器件的瞬態(tài)電流和結(jié)面積成正比。因此，為了達(dá)到高靜電保護(hù)能力，器件的尺寸需要做大。

簡單的溝槽TVS二極管一般是在硅襯底上生長一層P型外延層，在P型外延層刻蝕出3-5μm深的縱向溝槽，用N型多晶硅（Si-Poly）進(jìn)行溝槽填充。通過N型多晶硅的周邊與P型外延層形成PN結(jié)。如圖2所示，簡單的溝槽TVS二極管包括依次疊加設(shè)置的Al/Cu金屬層31、層間絕緣層（ILD，Inter-Layer?Dielectric）32、PN結(jié)面結(jié)構(gòu)及P+?Si襯底34。通過溝槽N型多晶硅（poly-Si）33填充的周邊與P型外延層（Epitaxial?Layer）35形成立體的PN結(jié)面結(jié)構(gòu)32，通過對溝槽的深度和密度的調(diào)節(jié)來增加其結(jié)面積，從而提高其靜電保護(hù)能力。同平面結(jié)構(gòu)相比，溝槽TVS結(jié)構(gòu)能將TVS做得相對較小。然而，這種簡單的溝槽TVS二極管由于其結(jié)構(gòu)和PN結(jié)特性的限制,很難將其電容和反向漏電做得很低。當(dāng)今電子電路的趨勢是集成度越來越高、面積越來越小、對耗電效率的要求越來越高。這種趨勢對TVS器件的尺寸和漏電的要求越來越高。這就使傳統(tǒng)的平面TVS和溝槽TVS器件無法滿足當(dāng)今市場上高端手機(jī)或其他便攜式電子產(chǎn)品對尺寸和節(jié)能效率日益提高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種利用超深溝槽結(jié)構(gòu)制造小體積、超低電容、超低漏電瞬變電壓抑制二極管的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種利用超深溝槽結(jié)構(gòu)制造瞬變電壓抑制二極管的方法，其包括：

步驟A：在重?fù)诫sP型硅襯底生長一層重?fù)诫sN型外延層；

步驟B：在重?fù)诫sN型外延層生長一層的近本征輕摻N型外延層；

步驟C：用光刻膠掩膜開出P型摻雜區(qū)域窗口，進(jìn)行P型摻雜離子注入；

步驟D：刻蝕一系列超深隔離溝槽，該超深隔離溝槽穿過兩層N型外延層，進(jìn)入P型襯底；

步驟E：用二氧化硅膜填充步驟D中形成的超深隔離溝槽；

步驟F：刻蝕一系列密排的超深TVS溝槽，該超深TVS溝槽穿過兩層N型外延層，進(jìn)入P型襯底；

步驟G：用摻雜N型多晶硅薄膜填充該些超深TVS溝槽；

步驟H：生長電介質(zhì)夾層；

步驟I：接點(diǎn)刻蝕；以及

步驟J：金屬布線。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟A中，重?fù)诫sN型外延層為5-15μm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟B中，所述近本征輕摻N型外延層為10-30μm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟D之前還包括步驟：沉積一層2-3μm的二氧化硅膜作為刻蝕超深隔離溝槽的硬掩膜，在該硬掩膜上進(jìn)行光刻和二氧化硅腐蝕，刻蝕出一系列定位隔離溝槽窗口，該定位溝槽窗口作為步驟D中刻蝕超深隔離溝槽的參照位置。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟D之前用所述二氧化硅膜作為硬掩膜的工藝過程采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積方法來實(shí)現(xiàn)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟D之后還包括清除硬掩膜的步驟。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟D中，所述超深隔離溝槽深度大于10μm，高寬比在10:1和30:1之間。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟E中，所述二氧化硅膜厚度為2-3μm，進(jìn)一步包括：用該二氧化硅膜作為刻蝕超深TVS溝槽的硬掩膜，在該硬掩膜上進(jìn)行光刻和二氧化硅腐蝕，刻蝕出一系列定位TVS溝槽窗口，該定位溝槽窗口作為步驟F中刻蝕超深TVS溝槽的參照位置。