[實用新型]低電容超深溝槽瞬變電壓抑制二極管結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320107801.9
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN203225254U
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)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(chǎn)權代理有限公司 32234
• 代理人: 劉述生

技術領域

本實用新型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(tài)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(tǒng)免于遭受各種形式的瞬態(tài)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(lián)。在正常工作條件下，TVS?10在被保護電路11上呈現(xiàn)高阻抗狀態(tài)。當ESD或其他形式的浪涌沖擊下，TVS?10能實時導通，為產(chǎn)生的瞬態(tài)高電流提供一個低阻抗通路，使瞬態(tài)電流與能量通過并聯(lián)的TVS?11被引開，從而起到對電子器件的保護作用。

現(xiàn)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(tài)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(shù)據(jù)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(diào)節(jié)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(shù)據(jù)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(tǒng)的平面TVS和溝槽TVS器件在現(xiàn)代高端電子設備的接口上的應用出現(xiàn)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。

實用新型內(nèi)容

本實用新型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，本實用新型采用的一個技術方案是：提供一種低電容超深溝槽瞬態(tài)電壓抑制二極管結構，其包括一個瞬態(tài)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(tài)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(nèi)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(cè)壁和底部與重摻雜P型襯底形成所述立體結構的瞬態(tài)電壓抑制器二極管PN結；該輕摻雜N型外延層上有P型區(qū)域注入，該P型區(qū)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(qū)域注入。

在本實用新型一個較佳實施例中，所述超深溝槽的深度大于10μm，高寬比在10:1和30:1之間。

在本實用新型一個較佳實施例中，所述重摻雜P型襯底上生長5-15μm的重摻雜N型外延層。

在本實用新型一個較佳實施例中，所述重摻雜N型外延層的電阻率為5-50?Ω.cm。

在本實用新型一個較佳實施例中，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。

在本實用新型一個較佳實施例中，所述輕摻雜N型外延層的電阻率為100-800?Ω.cm。

在本實用新型一個較佳實施例中，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。