[发明专利]低压TVS用硅外延片的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅外延片，具体是指低压TVS用硅外延片的制造方法，属于硅外延片的制造领域。

背景技术

随着电子通讯技术的不断发展，高密度、小型化和具有复杂功能的通讯设备，已成为市场的主流。但是，由于其工作电压低，极易受到静电放电（ESD）的威胁，甚至造成破坏性后果。同时，由于器件特征尺寸逐渐缩小，IC产品的特征尺寸已达到几十纳米量级，集成电路的有源层及栅氧化层相对更薄，因而对电路瞬间电流、电压冲击更为敏感。因此，ESD损伤成为集成电路的主要可靠性问题之一，研究表明大多数情况下ESD损伤表现为潜在损伤，以至于使器件的长期可靠性都受到严重影响，因而电路必须具备低箝位电压，响应时间快的保护器件，以保证有效的ESD保护。

瞬态抑制二极管（Transient Voltage Suppressor）简称TVS，就是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏；同时，它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点，目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表等系统的保护。 

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明所采用的技术方案为：在N型衬底上生长P型外延层的工艺条件如下：首先用HCl气腐以去除衬底表面的杂质和金属沾污,其次用大流量的氢气吹除高浓度的N型杂质，再用高温烘烤N型衬底使表面的N型杂质逃逸到气相中，最后在外延生长前预通P型掺杂剂(B2H6)；HCl气腐温度的为1130℃，气腐的时间4分钟和HCl流量10L/min；外延生长前预通P型杂质剂（B2H6）3 min，且最初的一分钟内P型掺杂流量为50 L/min，后两分钟P型掺杂流量35L/min，生长温度1050℃，生长速率0.15μm/min。

本发明的有益效果是：1、用HCl气腐以清除残留在衬底表面的杂质和金属原子，形成洁净的生长区；2、大流量氢气吹除，减小气相杂质在外延反应器中的浓度和吸附在基座及衬底表面的杂质浓度，以减小N型杂质与P型杂质的补偿度；3、P型层生长前预通P型掺杂剂以改善反应器内的气相条件，这可保证在器件制作高温工艺后，过度区的宽度也基本稳定，以获得稳定的外延层厚度，从而保证器件保护电压的稳定。

附图说明

图1为本发明的新型TVS器件材料结构。

图2为M~R各模型中P+区和P-区的结深和掺杂浓度。

图3为本发明的I-V特性图(N_b1=1E15cm^-3)。

图4为本发明的TVS外延层浓度分布图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明的进行详细地说明。

低压ESD保护器件是瞬态电压抑制器（TVS）的关键器件，它采用新型复合型穿通器件结构（如图1）。首先在N+衬底上外延生长一层P型高阻外延层，并在外延层上注入调整形成一个P+阱，再在该阱上通过扩散形成N+区，使得在反向偏置下耗尽层延伸至N⁺衬底区，形成N⁺P⁺P^-N⁺四层结构。通过工艺控制形成薄的基区宽度，降低PN结击穿电压，以达到低压ESD器件电压要求。另外，轻掺杂的外延层P-可以防止反偏的N⁺P⁺发生雪崩击穿。而且这种结构，易于集成，方便形成多路保护器件。

一些简单的理论已经提供了对不同穿通结击穿电压的计算曲线，经典临界电场法近似方法也广泛应用于各类计算中，考虑到实验上已观察到临界击穿电场随外延层掺杂浓度而变化的结果，对于平行平面穿通结击穿电压有人提出过近似解析方法，通常主要依靠计算机模拟来仿真出参数值指导设计研发。

1.衬底厚度及电阻率，选用常规标准硅片，N型（111）面，厚度525 μm，因为衬底与外延层正偏，且浓度大，厚度对器件的击穿电压影响较小。衬底掺杂选用标准的重掺Sb衬底， 掺杂浓度：4.63e18cm-3，衬底电阻率约为0.01-0.02                                               。

2. P型外延层及调整层