[发明专利]降低正向导通电压和导通电阻的转向二极管结构和制造方法

说明书

本发明提供提供了一种降低正向导通电压和导通电阻的转向二极管结构，包括：重掺杂第一导电类型衬底，在重掺杂第一导电类型衬底上生长有轻掺杂第一导电类型外延层；在轻掺杂第一导电类型外延层内顶部设有第二导电类型重掺杂区；至少一圈隔离槽挖穿轻掺杂第一导电类型外延层，将转向二极管器件区隔离出来，隔离槽内填充有绝缘材料；在第二导电类型重掺杂区表面沉积有介质层，并在介质层中形成有接触孔；在第二导电类型重掺杂区内设有第二导电类型的表面注入区；在介质层上生长有金属层，所述金属层填充接触孔并与第二导电类型的表面注入区接触。本发明还提供了降低正向导通电压和导通电阻的转向二极管的制造方法，有效降低了转向二极管的正向导通电压和导通电阻。

技术领域

本发明半导体技术领域，尤其是一种TVS瞬态电压抑制器中的转向二极管结构和制造方法。

背景技术

随着集成电路技术几何尺寸越来越小和工作电压越来越低，不断更新换代的便携产品对ESD电压损伤也越趋敏感。与此同时，便携电子系统也要求电容更低，以维持其高速数据线路应用的信号完整性。基于硅瞬态电压抑制(TVS)二极管的传统片外保护解决方案提供低钳位电压和快响应时间，但它们的大电容限制了其在高速应用中的使用。聚合物和陶瓷压敏电阻等竞争性片外保护技术提供低电容，但它们的高ESD钳位电压限制了其保护极敏感IC免受ESD损伤的能力。

为了克服传统硅TVS二极管的局限，将超低电容转向二极管和大功率TVS二极管串联在一起合封，用来实现低电容低钳位电压ESD保护解决方案。

图1中，低电容转向二极管D1和TVS二极管D2在封装时串联连接；TVS瞬态电压抑制器总的电容C计算公式：1/C=1/C1+1/C2，C1是转向二极管D1的电容，C2是TVS二极管D2的电容，当C1远小于C2时，C≈C1；

以上结构的TVS瞬态电压抑制器既保留了传统硅TVS二极管技术的低钳位电压和低泄漏性能，又将电容从几十pF大幅降低至零点几pF，超低的电容（0.1-0.5pF）使ESD/TVS适用于较多的高速接口等应用。

当图1的TVS瞬态电压抑制器工作的时候，被保护电路的钳位电压是TVS二极管两端电压与转向二极管正向导通电压叠加，所以串联的转向二极管正向导通电压和导通电阻的大小会影响到整个TVS瞬态电压抑制器的钳位电压；目前转向二极管普遍采用的是电阻率0.01ohm·cm 的N型或者P型掺杂衬底，转向二极管的体电阻相对偏高，使得转向二极管的正向导通电压和导通电阻较高，从而使TVS瞬态电压抑制器工作时的钳位电压升高。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种降低正向导通电压和导通电阻的转向二极管结构和制造方法。为实现以上技术目的，本发明实施例采用的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种降低正向导通电压和导通电阻的转向二极管结构，包括：重掺杂第一导电类型衬底，在重掺杂第一导电类型衬底上生长有轻掺杂第一导电类型外延层；在轻掺杂第一导电类型外延层内顶部设有第二导电类型重掺杂区；至少一圈隔离槽挖穿轻掺杂第一导电类型外延层，将转向二极管器件区隔离出来，隔离槽内填充有绝缘材料；

在第二导电类型重掺杂区表面沉积有介质层，并在介质层中形成有接触孔；

在第二导电类型重掺杂区内设有第二导电类型的表面注入区；

在介质层上生长有金属层，所述金属层填充接触孔并与第二导电类型的表面注入区接触。

进一步地，介质层表面外圈多余的金属被刻蚀去除，介质层和金属层表面沉积有钝化层；在钝化层中刻蚀形成用于打线连接金属层的空腔。

优选地，重掺杂第一导电类型衬底的电阻率为0.001-0.005ohm·cm。

优选地，轻掺杂第一导电类型外延层的电阻率为100-8000ohm·cm，厚度为10-50微米。

优选地，第二导电类型的表面注入区通过在第二导电类型重掺杂区表面离子注入能量，并用快速热退火来激活注入的离子形成。