[發明專利]降低正向導通電壓和導通電阻的轉向二極管結構和制造方法

在審

• 申請號: 202110964535.0
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113410311A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 朱偉東;趙泊然;王曉榮
• 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;H01L29/45;H01L21/329
• 代理公司: 無錫市興為專利代理事務所(特殊普通合伙) 32517
• 代理人: 屠志力

本發明提供提供了一種降低正向導通電壓和導通電阻的轉向二極管結構，包括：重摻雜第一導電類型襯底，在重摻雜第一導電類型襯底上生長有輕摻雜第一導電類型外延層；在輕摻雜第一導電類型外延層內頂部設有第二導電類型重摻雜區；至少一圈隔離槽挖穿輕摻雜第一導電類型外延層，將轉向二極管器件區隔離出來，隔離槽內填充有絕緣材料；在第二導電類型重摻雜區表面沉積有介質層，并在介質層中形成有接觸孔；在第二導電類型重摻雜區內設有第二導電類型的表面注入區；在介質層上生長有金屬層，所述金屬層填充接觸孔并與第二導電類型的表面注入區接觸。本發明還提供了降低正向導通電壓和導通電阻的轉向二極管的制造方法，有效降低了轉向二極管的正向導通電壓和導通電阻。

技術領域

本發明半導體技術領域，尤其是一種TVS瞬態電壓抑制器中的轉向二極管結構和制造方法。

背景技術

隨著集成電路技術幾何尺寸越來越小和工作電壓越來越低，不斷更新換代的便攜產品對ESD電壓損傷也越趨敏感。與此同時，便攜電子系統也要求電容更低，以維持其高速數據線路應用的信號完整性。基于硅瞬態電壓抑制(TVS)二極管的傳統片外保護解決方案提供低鉗位電壓和快響應時間，但它們的大電容限制了其在高速應用中的使用。聚合物和陶瓷壓敏電阻等競爭性片外保護技術提供低電容，但它們的高ESD鉗位電壓限制了其保護極敏感IC免受ESD損傷的能力。

為了克服傳統硅TVS二極管的局限，將超低電容轉向二極管和大功率TVS二極管串聯在一起合封，用來實現低電容低鉗位電壓ESD保護解決方案。

圖1中，低電容轉向二極管D1和TVS二極管D2在封裝時串聯連接；TVS瞬態電壓抑制器總的電容C計算公式：1/C=1/C1+1/C2，C1是轉向二極管D1的電容，C2是TVS二極管D2的電容，當C1遠小于C2時，C≈C1；

以上結構的TVS瞬態電壓抑制器既保留了傳統硅TVS二極管技術的低鉗位電壓和低泄漏性能，又將電容從幾十pF大幅降低至零點幾pF，超低的電容（0.1-0.5pF）使ESD/TVS適用于較多的高速接口等應用。

當圖1的TVS瞬態電壓抑制器工作的時候，被保護電路的鉗位電壓是TVS二極管兩端電壓與轉向二極管正向導通電壓疊加，所以串聯的轉向二極管正向導通電壓和導通電阻的大小會影響到整個TVS瞬態電壓抑制器的鉗位電壓；目前轉向二極管普遍采用的是電阻率0.01ohm·cm 的N型或者P型摻雜襯底，轉向二極管的體電阻相對偏高，使得轉向二極管的正向導通電壓和導通電阻較高，從而使TVS瞬態電壓抑制器工作時的鉗位電壓升高。

發明內容

本發明的目的是在于克服現有技術中存在的不足，提供一種降低正向導通電壓和導通電阻的轉向二極管結構和制造方法。為實現以上技術目的，本發明實施例采用的技術方案是：

第一方面，本發明實施例提供了一種降低正向導通電壓和導通電阻的轉向二極管結構，包括：重摻雜第一導電類型襯底，在重摻雜第一導電類型襯底上生長有輕摻雜第一導電類型外延層；在輕摻雜第一導電類型外延層內頂部設有第二導電類型重摻雜區；至少一圈隔離槽挖穿輕摻雜第一導電類型外延層，將轉向二極管器件區隔離出來，隔離槽內填充有絕緣材料；

在第二導電類型重摻雜區表面沉積有介質層，并在介質層中形成有接觸孔；

在第二導電類型重摻雜區內設有第二導電類型的表面注入區；

在介質層上生長有金屬層，所述金屬層填充接觸孔并與第二導電類型的表面注入區接觸。

進一步地，介質層表面外圈多余的金屬被刻蝕去除，介質層和金屬層表面沉積有鈍化層；在鈍化層中刻蝕形成用于打線連接金屬層的空腔。

優選地，重摻雜第一導電類型襯底的電阻率為0.001-0.005ohm·cm。

優選地，輕摻雜第一導電類型外延層的電阻率為100-8000ohm·cm，厚度為10-50微米。

優選地，第二導電類型的表面注入區通過在第二導電類型重摻雜區表面離子注入能量，并用快速熱退火來激活注入的離子形成。