專利名稱:瞬變電壓抑制器和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體元件,尤其是涉及瞬變電壓抑制器器件。
背景技術(shù):
瞬變電壓抑制器用在各種電子系統(tǒng)中以防止高電壓瞬變損壞系 統(tǒng)元件。例如,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將瞬變電壓抑制器連接在數(shù)據(jù)和/或電力線 兩端,以消耗由瞬變事件例如噪聲脈沖、靜電放電或雷擊引起的能量。
當(dāng)瞬變電壓超過預(yù)定的電平時(shí),瞬變抑制器擊穿(break down),從而 限制數(shù)據(jù)和電力線上的電壓并避免元件損壞。 一般的瞬變抑制器在瞬 變電壓超過8伏時(shí)擊穿并使至少l安培的電流分流,該電流否則會(huì)流 經(jīng)其它系統(tǒng)元件并導(dǎo)致系統(tǒng)的破壞性故障。
一種類型的瞬變電壓抑制器使用大齊納或雪崩二極管,以消耗與 瞬變事件相關(guān)的電流。大齊納二極管的缺點(diǎn)是它們具有加載數(shù)據(jù)線并 減慢數(shù)據(jù)傳輸率的大電容。另一瞬變電壓抑制器包括具有齊納區(qū)和非 齊納區(qū)的器件,其中齊納區(qū)控制器件的齊納電壓。這種類型的器件的 缺點(diǎn)是齊納區(qū)包括具有比非齊納區(qū)更高的增益的NPN晶體管。在浪涌 (surge)期間,電流可局限于齊納區(qū),導(dǎo)致降低器件性能的局部熱點(diǎn)。 NPN晶體管的作用可通過增加齊納區(qū)的尺寸來減輕,然而,這引入不 希望有的高電容。
因此,具有包括齊納區(qū)的瞬變電壓抑制器器件、用于制造瞬變電 壓抑制器器件的方法、以及用于處理不在器件中引入大電容的瞬變電 壓抑制器的齊納區(qū)的增益的方法將是有利的。該器件和方法制造起來 有成本效率是進(jìn)一步有利的。
從下列詳細(xì)描述的閱讀中,結(jié)合附圖,將更好地理解本發(fā)明,其
中相似的參考數(shù)字表示相似的元件,且其中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式在制造的早期階段的半導(dǎo)體元件的 橫截面視圖2是在制造的后期階段的圖1的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖3是在制造的后期階段的圖2的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖4是在制造的后期階段的圖3的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖5是在制造的后期階段的圖4的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖6是在制造的后期階段的圖5的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖7是在制造的后期階段的圖6的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖8是在制造的后期階段的圖7的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖9是在制造的后期階段的圖8的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖IO是在制造的后期階段的圖9的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖ll是在制造的后期階段的圖10的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖12是在制造的后期階段的圖11的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖13是在制造的后期階段的圖12的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式在制造的早期階段的半導(dǎo)體 元件的橫截面視圖15是在制造的后期階段的圖14的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖16是在制造的后期階段的圖15的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖17是在制造的后期階段的圖16的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖18是在制造的后期階段的圖17的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖19是在制造的后期階段的圖18的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖20是在制造的后期階段的圖19的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖21是在制造的后期階段的圖20的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖22是在制造的后期階段的圖21的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖23是在制造的后期階段的圖22的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖24是在制造的后期階段的圖23的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖25是在制造的后期階段的圖24的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖;圖26是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式在制造的早期階段的半導(dǎo)體
元件的橫截面視圖27是在制造的后期階段的圖26的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖28是在制造的后期階段的圖27的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖29是在制造的后期階段的圖28的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖30是在制造的后期階段的圖29的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖31是在制造的后期階段的圖30的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖32是在制造的后期階段的圖31的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖33是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式在制造的早期階段的半導(dǎo)體
元件的橫截面視圖34是在制造的后期階段的圖33的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖35是在制造的后期階段的圖34的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖36是在制造的后期階段的圖35的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖37是在制造的后期階段的圖36的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖; 圖38是在制造的后期階段的圖37的半導(dǎo)體元件的橫截面視以及
圖39是在制造的后期階段的圖38的半導(dǎo)體元件的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
圖l是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式在制造的早期階段的瞬變電壓抑制 器器件10的一部分的橫截面視圖。瞬變電壓抑制器器件也稱為瞬變浪 涌保護(hù)器件。瞬變電壓抑制器器件的例子包括晶閘管(thyristor)、 可控硅整流器(SCR)、三端雙向可控硅開關(guān)元件(triac)、硅對稱 二端開關(guān)元件(sidac)、兩端交流開關(guān)元件(diac)等。在圖1中示 出的是具有表面14和16的半導(dǎo)體基底12。表面14在半導(dǎo)體基底12 的側(cè)面18上,而表面16在半導(dǎo)體基底12的側(cè)面20上。半導(dǎo)體基底 12具有范圍從約170微米(7 mils )到約350微米(14 mils )的厚度。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式,半導(dǎo)體基底12具有約270微米(11 mils)的 厚度,摻雜有N型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料或摻雜物,并具有范圍從約5xl013
8原子每立方厘米(atoms/cm3)到約3x10" atoms/cm3的摻雜物濃度。 換句話說,半導(dǎo)體基底12的電阻系數(shù)范圍可從約20歐姆-厘米(Q-cm ) 到約100Q-cm,且更具體地從約45Q-cm到約55Q-cm。適當(dāng)?shù)腘型 傳導(dǎo)性的摻雜物包括磷和砷。應(yīng)注意,半導(dǎo)體基底12的雜質(zhì)材料的類 型和雜質(zhì)材料的傳導(dǎo)性類型不是本發(fā)明的限制??蛇x地,半導(dǎo)體基底 12可摻雜有P型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料。應(yīng)理解,當(dāng)半導(dǎo)體基底12摻雜 有P型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料時(shí),在下文描述的摻雜區(qū)將具有相反的傳導(dǎo) 性類型。
介質(zhì)層22和24分別在半導(dǎo)體基底12的側(cè)面18和20上形成。 優(yōu)選的,半導(dǎo)體基底12從側(cè)面18和20氧化,以形成分別具有表面 26和28的氧化層22和24。然而,介質(zhì)層22和24不限于為氧化物。 雖然半導(dǎo)體基底12的氧化消耗了在表面14和16處的半導(dǎo)體基底12, 為了清楚起見保留半導(dǎo)體基底12的表面的參考數(shù)字。使用本領(lǐng)域技術(shù) 人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層22的表面26上形成光刻膠層,并在介質(zhì)層 24的表面28上形成光刻膠層。表面26上的光刻膠層(photoresist layer)被圖案化,以形成具有掩模圖形單元(masking feature)32和開 口 34的刻蝕掩模(etch mask)30,且表面28上的光刻膠層被圖案化, 以形成具有掩模圖形單元38和開口 40的刻蝕掩才莫36。開口 34暴露 介質(zhì)層22的一部分,而開口 40暴露介質(zhì)層24的一部分。刻蝕掩模 30和36也可稱為陽極光掩模。
現(xiàn)在參考圖2,使用干法刻蝕或濕法刻蝕來各向異性地刻蝕介質(zhì) 層22和24的被暴露部分,以暴露表面14和16的部分。作為例子, 使用氫氟酸(HF)來刻蝕介質(zhì)層22和24的被暴露部分。刻蝕掩模 30和36被移除,且介質(zhì)層22和24的剩余部分用作摻雜掩?;驍U(kuò)散 掩模。雖然介質(zhì)層22和24的部分42和44分別重疊,但這不是本發(fā) 明的限制。部分42和44重疊的量不是本發(fā)明的限制。
P型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料沉積在半導(dǎo)體基底12的表面14和16的 被暴露部分上,以分別形成預(yù)沉積層46和48。在隨后的步驟中,預(yù) 沉積層46和48的雜質(zhì)材料被推到半導(dǎo)體基底12中,以形成深陽極區(qū)。因此,預(yù)沉積層46和48也稱為陽極預(yù)沉積層或預(yù)陽極(pre-anode)層。 作為例子,雜質(zhì)材料是硼并被沉積而具有范圍從約2歐姆每平方 (n/square)到約400 Q/square的電阻系數(shù)。硼的適當(dāng)來源包括三氯 化硼、乙硼烷等。用于將硼布置在表面14和16上的技術(shù)不是本發(fā)明 的限制。它可被沉積、噴涂(sprayed-on)、旋涂(spun-on)、使用離子 注入被注入等。在形成預(yù)沉積層46和48之后,表面26和28以及表 面14和16的被暴露部分使用例如稀釋的氫氟酸被清洗。
現(xiàn)在參考圖3,預(yù)沉積層46和48的雜質(zhì)材料被推到半導(dǎo)體基底 12中,以形成摻雜區(qū)50和52。摻雜區(qū)50和52也稱為深陽極區(qū)。深 陽極區(qū)50和52減小了半導(dǎo)體基底12的體區(qū)域的寬度。在范圍從約 1,250攝氏度(。C)到約1,280。C的溫度處,在范圍從約20小時(shí)到約 225小時(shí)的時(shí)間內(nèi),執(zhí)行推進(jìn)(drive in)。摻雜區(qū)50從表面14延伸到 半導(dǎo)體基底12中,具有橫向(lateral)邊界54和56、縱向(vertical)邊 界58,并用作瞬變電壓抑制器器件10的陽極區(qū)。摻雜區(qū)52從表面l6 延伸到半導(dǎo)體基底12中,具有橫向邊界60和62、縱向邊界64,并用 作瞬變電壓抑制器器件10的另一陽極區(qū)。從表面14到縱向邊界58 的距離代表結(jié)深度66,而從表面16到縱向邊界64的距離代表結(jié)深度 68。推進(jìn)預(yù)沉積層46和48,即,形成摻雜區(qū)50和52,使表面14和 16的被暴露部分氧化,從而分別形成氧化或介質(zhì)層70和72。優(yōu)選地, 氧化層70和72的厚度小于約IO,OOO埃(A),且甚至更優(yōu)選地為約 8,000人。
使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù),在介質(zhì)層22的表面26上和介 質(zhì)層70上形成光刻膠層,并在介質(zhì)層24的表面28上和介質(zhì)層72上 形成光刻膠層。表面26和氧化層70上的光刻膠層被圖案化,以形成 具有掩^f莫圖形單元76和開口 78的刻蝕掩模74,且表面28和氧化層 72上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元82和開口 84的 刻蝕掩模80。開口 78暴露介質(zhì)層22的一部分,而開口84暴露介質(zhì) 層24的一部分。雖然開口 78和84被示為分別在摻雜區(qū)50和52內(nèi)橫 向居中,但這不是本發(fā)明的限制。換句話說,開口78和84可相對于
10摻雜區(qū)50和52橫向不對稱??涛g掩模74和80也稱為齊納區(qū)刻蝕掩 ?;螨R納區(qū)掩模結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參考圖4,使用干法刻蝕或濕法刻蝕來各向異性地刻蝕介質(zhì) 層22和24的^皮暴露部分,以暴露表面14和16的部分。作為例子, 使用氫氟酸(HF )來刻蝕介質(zhì)層22和24的被暴露部分。N型傳導(dǎo)性 的雜質(zhì)材料沉積在表面14和16的被暴露部分上,以分別形成預(yù)沉積 層86和88。預(yù)沉積層86和88也稱為齊納區(qū)預(yù)沉積層,因?yàn)樗鼈冊?隨后的推進(jìn)步驟期間形成齊納區(qū)。作為例子,雜質(zhì)材料是磷或包含磷 的材料,其被沉積,以具有范圍從約100 il/square到約1,000 il/square
的電阻系數(shù)。磷的適當(dāng)來源包括三氯氧化磷(POCl3)、磷化氫(PH3)、
五氧化二磷等。磷可通過離子注入布置在表面14和16上。齊納區(qū)刻 蝕掩纟莫74和80,皮移除。
現(xiàn)在參考圖5,預(yù)沉積層86和88的雜質(zhì)材料被推到半導(dǎo)體基底 12中,以形成摻雜區(qū)90和92。摻雜區(qū)90和92也稱為齊納區(qū)。在范 圍從約1,250°C到約1,280 。C的溫度處,在范圍從約1小時(shí)到約20 小時(shí)的時(shí)間內(nèi),執(zhí)行推進(jìn)。摻雜區(qū)90從表面14延伸到半導(dǎo)體基底12 中,具有橫向邊界94和96、縱向邊界98,并用作瞬變電壓抑制器器 件10的齊納區(qū)或齊納區(qū)域。摻雜區(qū)92從表面16延伸到半導(dǎo)體基底 12中,具有橫向邊界100和102、縱向邊界104,并用作瞬變電壓抑 制器器件10的另一齊納區(qū)或齊納區(qū)域。從表面14到縱向邊界98的距 離代表擴(kuò)散深度106,而從表面16到縱向邊界94的距離代表擴(kuò)散深 度108。推進(jìn)預(yù)沉積層86和88中,即,形成齊納區(qū)90和92, 4吏表面 14和16的被暴露部分氧化,從而分別形成氧化或介質(zhì)層110和112 應(yīng)注意,氧化層110和112在干燥環(huán)境中形成,因而其厚度小于約5,000 A。氧化層110和112分別比氧化層70和72薄。本領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)認(rèn)識(shí)到,使半導(dǎo)體材料例如硅氧化消耗硅的部分。因此,氧化層110 和112分別在表面14和16下延伸。
現(xiàn)在參考圖6,使用干法刻蝕或濕法刻蝕來各向異性地刻蝕介質(zhì) 層110和112,以暴露表面14和16的部分。作為例子,使用氫氟酸(HF)來刻蝕介質(zhì)層110和112。因?yàn)榻橘|(zhì)層110和112在表面12 和14下延伸,它們的移除在基底12的被暴露部分中留下刻痕(未示 出)。移除介質(zhì)層110和112的刻蝕也移除了介質(zhì)層22、 24、 70和 72的部分。然而,介質(zhì)層22、 24、 70和72保留在基底12上,因?yàn)?它們比介質(zhì)層110和112厚。制造不同厚度的介質(zhì)層110和112以及 介質(zhì)層22、 24、 70和72的優(yōu)點(diǎn)是介質(zhì)層110和112可被移除,以開 放或暴露基底12的部分,而沒有使用額外的掩模層來保護(hù)介質(zhì)層22、 24、 70和72。
P型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料沉積在半導(dǎo)體基底12的表面14和16的 被暴露部分上,以形成預(yù)沉積層。作為例子,雜質(zhì)材料是硼并被沉積 而具有范圍從約2Cl/square到約400 Cl/square的電阻系數(shù)。硼的適當(dāng) 來源包括三氯化硼、乙硼烷等。用于將硼布置在表面14和16上的技 術(shù)不是本發(fā)明的限制。它可被沉積、噴涂、旋涂、使用離子注入被注 入等。在形成預(yù)沉積層之后,表面26和28、表面14和16的被暴露 部分以及介質(zhì)層70和72的表面使用例如稀釋的氫氟酸被清洗。清洗 這些表面從表面26和28并從介質(zhì)層70和72的表面移除預(yù)沉積層的 部分,留下預(yù)沉積層118和120。預(yù)沉積層118和120也稱為4冊極預(yù) 沉積層或第 一柵極預(yù)沉積層,因?yàn)榱?一組柵極預(yù)沉積層在隨后的步驟 中形成。柵極預(yù)沉積層118和120的雜質(zhì)材料調(diào)節(jié)在齊納區(qū)中形成的 雙極晶體管的增益。
現(xiàn)在參考圖7,使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在柵極預(yù)沉積層 118、介質(zhì)層22和介質(zhì)層70上形成光刻膠層,并在柵極預(yù)沉積層120、 介質(zhì)層24和介質(zhì)層72上形成光刻膠層。柵極預(yù)沉積層118以及介質(zhì) 層22和70上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元124和 開口 126的刻蝕掩模122,且柵極預(yù)沉積層120以及介質(zhì)層24和72 上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元132和開口 134的 刻蝕掩模130。開口 126暴露摻雜區(qū)50和90以及基底12的與摻雜區(qū) 50和90相鄰的部分,而開口 134暴露摻雜區(qū)52和92以及基底12的 與摻雜區(qū)52和92相鄰的部分。
12P型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料沉積在分別被開口 126和134暴露的表面 14和16的部分上,以形成預(yù)沉積層。作為例子,雜質(zhì)材料是硼,并 被沉積而具有范圍從約10Q/square到約400 H/square的電阻系數(shù)。 硼的適當(dāng)來源包括三氯化硼、乙硼烷等。用于將硼布置在表面14和 16上的技術(shù)不是本發(fā)明的限制。它可被沉積、噴涂、旋涂、使用離子 注入^皮注入等。在形成預(yù)沉積層之后,刻蝕掩模122和130被移除, 且表面26和28的剩余部分使用例如稀釋的氫氟酸被清洗。清洗這些 表面從表面26和28移除預(yù)沉積層的部分,留下預(yù)沉積層138和140。 預(yù)沉積層138和140也稱為柵極預(yù)沉積層或第二柵極預(yù)沉積層。第二 柵極預(yù)沉積層138和140分別增加了第一4冊極預(yù)沉積層118和120的 摻雜濃度。為了清楚起見,第一柵極預(yù)沉積層118和120以及第二柵 極預(yù)沉積層138和140共同稱為柵極預(yù)沉積層138和140。然而,應(yīng) 注意,與非齊納區(qū),即剩余的器件有源區(qū)比較,第一柵極預(yù)沉積層118 和120的形成選擇性地增加了齊納區(qū)中的柵極摻雜濃度。換句話說, 包括柵極預(yù)沉積層118和120導(dǎo)致在前面產(chǎn)生的齊納區(qū)中選擇性地引 入較高的柵極劑量,以及在剩余的有源器件區(qū)中選擇性地?I入較低的 柵極劑量。
現(xiàn)在參考圖8,預(yù)沉積層138和140的雜質(zhì)材料被推到半導(dǎo)體基 底12中,以形成摻雜區(qū)142和144。摻雜區(qū)142和144也稱為柵極區(qū) 并包括相應(yīng)的4冊極預(yù)沉積層118、 138、 120和140的雜質(zhì)材料。在范 圍從約1,250。C到約1,280 。C的溫度處,在范圍從約1小時(shí)到約20 小時(shí)的時(shí)間內(nèi),執(zhí)行推進(jìn)。摻雜或柵極區(qū)142從表面14延伸到半導(dǎo)體 基底12中,具有橫向邊界146和148以及縱向邊界150。摻雜或柵極 區(qū)144從表面16延伸到半導(dǎo)體基底12中,具有^f黃向邊界152和154 以及縱向邊界156。從表面14到縱向邊界98的距離代表擴(kuò)散深度106, 而從表面16到縱向邊界94的距離代表擴(kuò)散深度108。推進(jìn)預(yù)沉積層 138和140,即,形成摻雜區(qū)142和144,使表面14和16的被暴露部 分氧化,從而分別形成氧化或介質(zhì)層160和162。氧化層160和162 具有范圍從約5,000A到約25,000A的厚度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到,使半導(dǎo)體材料例如硅氧化消耗硅的部分。因此,氧化層160和162 分別在表面14和16下延伸。氧化層160和摻雜區(qū)卯之間以及氧化層 162和摻雜區(qū)92之間的距離164和166是擴(kuò)散深度,其優(yōu)選地范圍從 約15微米(jam)到約20]Lim。氧化層160和縱向邊界150之間以及氧 化層162和縱向邊界156之間的距離168和170是擴(kuò)散深度,其優(yōu)選 地范圍從約25微米(pm)到約30jam。
使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層22和介質(zhì)層160上形 成光刻膠層,并在介質(zhì)層24和介質(zhì)層162上形成光刻膠層。介質(zhì)層 22和160上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元174和開 口 176的刻蝕掩模172,且介質(zhì)層24和162上的光刻膠層被圖案化, 以形成具有掩模圖形單元182和開口 184的刻蝕掩模180。開口 176 暴露介質(zhì)層22和160的與摻雜區(qū)50和卯橫向相鄰的部分,而開口 184暴露介質(zhì)層24和162的與摻雜區(qū)52和92橫向相鄰的部分??涛g 掩模172和180也稱為陰極刻蝕掩模、陰極掩模結(jié)構(gòu)或陰極刻蝕掩模 結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參考圖9,使用千法刻蝕或濕法刻蝕來各向異性地刻蝕介質(zhì) 層22、 24、 160和162的被暴露部分,以暴露表面142和144的部分。 作為例子,使用氫氟酸(HF)來刻蝕介質(zhì)層22、 24、 160和162的被 暴露部分??涛g掩模172和180被移除。
現(xiàn)在參考圖10, N型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料沉積在摻雜區(qū)l"和144 的被暴露部分上,以分別形成預(yù)沉積層190和192。預(yù)沉積層l卯和 192也稱為陰極預(yù)沉積層。N型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料也沉積在表面14和 16的被暴露部分上,以分別形成預(yù)沉積層194和196。作為例子,雜 質(zhì)材料是磷或包含磷的材料,其被沉積以具有范圍從約0.25Q/square 到約10 li/square的電阻系數(shù)。磷的適當(dāng)來源包括三氯氧化磷 (POCl3)、磷化氫(PH3)、五氧化二磷等。根據(jù)實(shí)施方式,磷通過 離子注入布置在摻雜區(qū)142和144上和表面14和16的^皮暴露部分上。
介質(zhì)層200和202具有范圍從約500A到約IO,OOOA的厚度,并 由摻雜區(qū)142和144的被暴露部分形成,相應(yīng)的陰極預(yù)沉積層190和
14192在摻雜區(qū)142和144中形成。此外,介質(zhì)層204和206具有范圍 從約500A到約IO,OOOA的厚度,并由基底12的被暴露部分形成。作 為例子,介質(zhì)層200、 202 、 204和206是在干燥環(huán)境中在范圍從約970。C 到約1,200 。C的溫度處在范圍從約l分鐘到約100分鐘的時(shí)間內(nèi)形成 的氧化層。
現(xiàn)在參考圖11,使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層22、 160、 200和204上形成光刻膠層,并在介質(zhì)層24、 162、 202和206 上形成光刻膠層。介質(zhì)層22、 160、 200和204上的光刻膠層一皮圖案化, 以形成具有掩模圖形單元212和開口 214的刻蝕掩模210,且介質(zhì)層 24、 162、 202和206上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單 元218和開口 220的刻蝕掩才莫216??涛g掩才莫210和216也稱為預(yù)歐 姆刻蝕掩?;蝾A(yù)歐姆掩模結(jié)構(gòu)。開口 214暴露介質(zhì)層160和200的部 分,而開口 220暴露介質(zhì)層162和202。 ^使用干法刻蝕或濕法刻蝕來 各向異性地刻蝕介質(zhì)層160、 200、 162和202的被暴露部分,以暴露 摻雜區(qū)142和144以及預(yù)沉積層190和192。作為例子,使用氫氟酸 (HF)來刻蝕介質(zhì)層160、 200、 162和202。刻蝕掩模210和216被 移除。
可選地,可在介質(zhì)層22、 24、 160、 162、 200、 202、 204和206 上形成鈍化層,例如半絕緣多晶硅(SIPOS)、氮化物、氧化物等, 而不是形成刻蝕掩模210和216。鈍化層接著被圖案化以暴露介質(zhì)層 160、 162、 200和202。
現(xiàn)在參考圖12,具有范圍從約lpm到約20pm厚度的鋁層在介 質(zhì)層22和204上并在摻雜區(qū)142和預(yù)沉積層190的被暴露部分上形成。 此外,具有范圍從約ljam到約20pm厚度的鋁層在介質(zhì)層24和206 上并在摻雜區(qū)144和預(yù)沉積層192的被暴露部分上形成。鋁層可通過 蒸發(fā)或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技術(shù)形成。鋁層被燒結(jié)和圖案化, 以使/f呆留摻雜區(qū)142和預(yù)沉積層190上的一部分220以及摻雜區(qū)144 和預(yù)沉積層192上的一部分222。部分220和222也稱為鋁層。
現(xiàn)在參考圖13,具有范圍從約O.ljam到約lpm厚度的鈦層221在介質(zhì)層22和204上并在鋁層220上形成,且具有范圍從約O.ljam 到約lpm厚度的鈥層227在介質(zhì)層24和206上并在鋁層222上形成。 氮化物層223在鈦層221上形成,且氮化物層229在鈦層227上形成。 銀層225在氮化物層223上形成,且4艮層231在氮化物層229上形成。 鈦層221和227、氮化物層223和229以及4艮層225和231可通過蒸 發(fā)或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技術(shù)形成。鈦層、氮化物層和銀層被 圖案化,以便保留鋁層220上的一部分224和鋁層222上的一部分 226。部分224和226也稱為觸點(diǎn)(contact)結(jié)構(gòu)。瞬變電壓抑制器10 的優(yōu)點(diǎn)是它在齊納區(qū)中包括較高的柵極摻雜物濃度,且在非齊納區(qū), 即剩余的器件有源區(qū)中包括較高的柵極摻雜物濃度,這根據(jù)導(dǎo)通傳播 產(chǎn)生統(tǒng)一的器件并保持電流電平,而不降低浪涌性能。此外,在齊納 區(qū)中選擇性地引入較高的摻雜物濃度導(dǎo)致較低的器件電容,因?yàn)樗沧?電壓抑制器10可被制造在較小的管芯上。功率電容又導(dǎo)致較低的插入 損耗。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式在制造的早期階段的瞬變電 壓抑制器器件300的一部分的橫截面視圖。瞬變電壓抑制器器件也稱 為瞬變浪涌保護(hù)器件。瞬變電壓抑制器器件的例子包括晶閘管、可控 硅整流器(SCR)、三端雙向可控硅開關(guān)元件、硅對稱二端開關(guān)元件、 兩端交流開關(guān)元件等。在圖14中示出的是具有表面14和16的半導(dǎo)體 基底12。介質(zhì)材料層22在表面14上形成,而介質(zhì)材料層24在表面 16上形成。參考圖l描述了半導(dǎo)體基底12以及介質(zhì)層22和24。使用 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層22的表面26上形成光刻膠層, 并在介質(zhì)層24的表面28上形成光刻膠層。表面26上的光刻膠層被圖 案化,以形成具有掩;f莫圖形單元304和開口 306的刻蝕掩才莫302,且 表面28上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元310和開口 312的刻蝕掩模308。開口 306暴露介質(zhì)層22的部分,而開口312暴 露介質(zhì)層24的部分。刻蝕掩模302和308也可稱為陽極光掩模。
現(xiàn)在參考圖15,使用干法刻蝕或濕法刻蝕來各向異性地刻蝕介質(zhì) 層22和24的被暴露部分,以暴露表面14和16的部分。作為例子,
16使用氫氟酸(HF)來刻蝕介質(zhì)層22和24的被暴露部分??涛g掩模 302和308被移除,且介質(zhì)層22和24的剩余部分用作摻雜掩?;驍U(kuò) 散掩模。雖然介質(zhì)層22和24的部分42和44分別重疊,但這不是本 發(fā)明的限制。此外,部分42和44重疊的量不是本發(fā)明的限制。
P型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料沉積在半導(dǎo)體基底12的表面14和16的 ,皮暴露部分上,以形成表面14上的預(yù)沉積層312和314以及表面16 上的預(yù)沉積層316和318。在隨后的步驟中,預(yù)沉積層312、 314、 316 和318的雜質(zhì)材料被推到半導(dǎo)體基底12中,以形成深陽極區(qū)和絕緣區(qū)。 因此,預(yù)沉積層312、 314、 316和318也稱為陽極/絕緣預(yù)沉積層或預(yù) 陽極層。作為例子,雜質(zhì)材料是硼并被沉積而具有范圍從約2il/square 到約400 Q/square的電阻系數(shù)。硼的適當(dāng)來源包括三氯化硼、乙硼烷 等。用于將硼布置在表面14和16上的技術(shù)不是本發(fā)明的限制。它可 被沉積、噴涂、旋涂、使用離子注入被注入等。在形成預(yù)沉積層312、 314、 316和318之后,表面26和28以及表面14和16的,皮暴露部分 使用例如稀釋的氫氟酸被清洗。應(yīng)注意,層312和316是瞬變電壓抑 制器器件300的陽極的預(yù)沉積層,而層314和318是瞬變電壓抑制器 器件300的絕緣結(jié)構(gòu)的預(yù)沉積層。
現(xiàn)在參考圖16,預(yù)沉積層312、 314、 316和318的雜質(zhì)材料一皮推 到半導(dǎo)體基底12中,以形成摻雜區(qū)320和322以及絕緣結(jié)構(gòu)324。在 范圍從約1,250。C到約1,280 。C的溫度處,在范圍從約20小時(shí)到約 225小時(shí)的時(shí)間內(nèi),執(zhí)行推進(jìn)。摻雜區(qū)320從表面14延伸到半導(dǎo)體基 底12中,具有橫向邊界326和328、縱向邊界330,并用作瞬變電壓 抑制器器件300的陽極區(qū)。摻雜區(qū)322從表面16延伸到半導(dǎo)體基底 12中,具有橫向邊界332和334、縱向邊界336,并用作瞬變電壓抑 制器器件300的另一陽極區(qū)。從表面14到縱向邊界330的距離代表結(jié) 深度338,而從表面16到縱向邊界336的距離代表結(jié)深度340。推進(jìn) 預(yù)沉積層312和316,即形成摻雜區(qū)320和332,以及推進(jìn)預(yù)沉積層 314和318,即形成摻雜區(qū)324,使得表面14和16的被暴露部分氧化, 從而形成氧化或氧化或介質(zhì)層342和344。優(yōu)選地,氧化層342和344
17的厚度小于約IO,OOO A,且甚至更優(yōu)選地為約8,000 A。
使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層22的表面26上和介質(zhì) 層342上形成光刻膠層,并在介質(zhì)層24的表面28上和介質(zhì)層344上 形成光刻膠層。表面26和氧化層342上的光刻膠層被圖案化,以形成 具有掩模圖形單元350和開口 352的刻蝕掩模348,且表面28和氧化 層344上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元356和開口 358的刻蝕掩模354。開口 352暴露介質(zhì)層22的一部分,而開口358 暴露介質(zhì)層24的一部分。雖然開口 352和358被示為分別在摻雜區(qū) 320和322內(nèi)橫向居中,但這不是本發(fā)明的限制。換句話說,開口 352 和358可相對于摻雜區(qū)320和322橫向不對稱??涛g掩模348和354 也稱為齊納區(qū)刻蝕掩?;螨R納區(qū)掩模結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參考圖17,使用干法刻蝕或濕法刻蝕來各向異性地刻蝕介質(zhì) 層22和24的被暴露部分,以暴露表面14和16的部分。作為例子, 使用氫氟酸(HF )來刻蝕介質(zhì)層22和24的被暴露部分。N型傳導(dǎo)性 的雜質(zhì)材料沉積在表面14和16的被暴露部分上,以分別形成預(yù)沉積 層360和362。預(yù)沉積層360和362也稱為齊納區(qū)預(yù)沉積層,因?yàn)樗?們在隨后的推進(jìn)步驟期間形成齊納區(qū)。作為例子,雜質(zhì)材料是磷或包 含磷的材料,其被沉積而具有范圍從約100 (!/square到約1,000 (i/square的電阻系數(shù)。磷的適當(dāng)來源包括三氯氧化磷(POCl3)、磷 化氫(PH3)、五氧化二磷等。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,磷通過離子注入 布置在表面14和16上。齊納區(qū)刻蝕掩才莫348和354被移除。
現(xiàn)在參考圖18,預(yù)沉積層360和362的雜質(zhì)材料被推到半導(dǎo)體基 底12中,以形成摻雜區(qū)364和366。在范圍從約1,250°C到約1,280 。C 的溫度處,在范圍從約1小時(shí)到約20小時(shí)的時(shí)間內(nèi),執(zhí)行推進(jìn)。摻雜 區(qū)364從表面14延伸到半導(dǎo)體基底12中,具有橫向邊界370和372、 縱向邊界374,并用作瞬變電壓抑制器器件300的齊納區(qū)或齊納區(qū)域。 摻雜區(qū)366從表面16延伸到半導(dǎo)體基底12中,具有橫向邊界380和 382、縱向邊界384,并用作瞬變電壓抑制器器件300的另一齊納區(qū)或 齊納區(qū)域。從表面14到縱向邊界374的距離代表擴(kuò)散深度376,而從表面16到縱向邊界384的距離代表擴(kuò)散深度386。推進(jìn)預(yù)沉積層360 和362,即,形成摻雜區(qū)364和366,使表面14和16的,皮暴露部分氧 化,從而分別形成氧化或介質(zhì)層390和392。應(yīng)注意,氧化層390和 392在干燥環(huán)境中形成,因而其厚度小于約5,000A。氧化層3卯和392 比氧化層342和344薄。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到,使半導(dǎo)體材料 例如珪氧化消耗珪的部分。因此,氧化層3卯和392分別在表面14 和16下延伸。
現(xiàn)在參考圖19,使用干法刻蝕或濕法刻蝕來各向異性地刻蝕介質(zhì) 層390和392,以暴露表面14和16的部分。作為例子,使用氫氟酸 (HF)來刻蝕介質(zhì)層390和392。因?yàn)榻橘|(zhì)層390和392在表面14 和16下延伸,它們的移除在基底12的被暴露部分中留下刻痕394和 396。移除介質(zhì)層390和392的刻蝕也移除了介質(zhì)層22、 24、 342和 344的部分。然而,介質(zhì)層22、 24、 342和344保留在基底12上,因 為它們比介質(zhì)層390和392厚。在介質(zhì)層390和392以及介質(zhì)層22、 24、 342和344之間的厚度不同的優(yōu)點(diǎn)是介質(zhì)層390和392可被移除, 以打開或暴露基底12的部分,而沒有使用額外的掩模層來保護(hù)介質(zhì)層 22、 24、 342和344。
P型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料沉積在半導(dǎo)體基底12的表面14和16的 被暴露部分上,以形成預(yù)沉積層。作為例子,雜質(zhì)材料是硼,并被沉 積而具有范圍從約10 H/square到約400 Q/square的電阻系數(shù)。硼的 適當(dāng)來源包括三氯化硼、乙硼烷等。用于將硼布置在表面14和16上 的技術(shù)不是本發(fā)明的限制。它可被沉積、噴涂、旋涂、使用離子注入 被注入等。在形成預(yù)沉積層之后,表面26和28、表面14和16的被 暴露部分以及介質(zhì)層342和344的表面使用例如稀釋的氫氟酸被清洗。 清洗這些表面從表面26和28并從介質(zhì)層342和344的表面移除預(yù)沉 積層的部分,留下預(yù)沉積層400和402。預(yù)沉積層400和402也稱為 柵極預(yù)沉積層或第一柵極預(yù)沉積層,因?yàn)榱硪唤M柵極預(yù)沉積層在隨后 的步驟中形^^。柵極預(yù)沉積層400和402的雜質(zhì)材料調(diào)節(jié)在齊納區(qū)中 形成的雙極晶體管的增益?,F(xiàn)在參考圖20,介質(zhì)層22和342從表面14移除,而介質(zhì)層24 和344從表面16移除。用于移除介質(zhì)材料例如介質(zhì)層22、 24、 342 和344的介質(zhì)材料的技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。P型傳導(dǎo)性的雜 質(zhì)材料沉積在半導(dǎo)體基底12的表面14和16的被暴露部分上,以形成 預(yù)沉積層404和406。作為例子,雜質(zhì)材料是硼,并^f皮沉積而具有范 圍從約10 il/square到約400 (!/square的電阻系數(shù)。硼的適當(dāng)來源包 括三氯化硼、乙硼烷等。用于將硼布置在表面14和16上的技術(shù)不是 本發(fā)明的限制。它可被沉積、噴涂、旋涂、使用離子注入被注入等。 預(yù)沉積層404和406也稱為柵極預(yù)沉積層或第二柵極預(yù)沉積層。第二 柵極預(yù)沉積層404和406分別增加了第一柵極預(yù)沉積層400和402的 摻雜濃度。為了清楚起見,第一柵極預(yù)沉積層400和402以及第二柵 才及預(yù)沉積層404和406共同稱為柵才及預(yù)沉積層404和406。然而,應(yīng) 注意,與非齊納區(qū),即剩余的器件有源區(qū)比較,第一柵極預(yù)沉積層400 和402的形成選擇性地增加了齊納區(qū)中的柵極摻雜濃度。換句話說, 包括柵極預(yù)沉積層400和402導(dǎo)致在前面產(chǎn)生的齊納區(qū)中選擇性地引 入較高的柵極劑量,以及在剩余的有源器件區(qū)中選擇性地51入較高的 柵極劑量。
現(xiàn)在參考圖20,預(yù)沉積層404和406的雜質(zhì)材料被推到半導(dǎo)體基 底12中,以形成摻雜區(qū)420和422。在范圍從約1,250。C到約1,280 。C 的溫度處,在范圍從約1小時(shí)到約20小時(shí)的時(shí)間內(nèi),執(zhí)行推進(jìn)。摻雜 區(qū)420從表面14延伸到半導(dǎo)體基底12中并具有縱向邊界424。摻雜 區(qū)422從表面16延伸到半導(dǎo)體基底12中并具有縱向邊界426。從表 面14到縱向邊界424的距離代表擴(kuò)散深度428,而從表面16到縱向 邊界426的距離代表擴(kuò)散深度430。推進(jìn)預(yù)沉積層404和406,即,形 成摻雜區(qū)420和422,使表面14和16的被暴露部分氧化,從而分別 形成氧化或介質(zhì)層432和434。作為例子,介質(zhì)層432和434是具有 范圍從約5,000A到約25,000 A厚度的氧化層432和434。推進(jìn)的持續(xù) 時(shí)間被選擇成設(shè)定期望的電壓保護(hù)范圍。
現(xiàn)在參考圖21,使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層432
20上形成光刻膠層,并在介質(zhì)層434上形成光刻膠層。介質(zhì)層432上的 光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元442和開口 446的刻蝕 掩模440,且介質(zhì)層434上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖 形單元450和開口 452的刻蝕掩模448。開口 446暴露了介質(zhì)層432 與區(qū)域320和364 4黃向相鄰的部分,而開口 446暴露了介質(zhì)層434與 區(qū)域322和366 一黃向相鄰的部分。
現(xiàn)在參考圖21 ,使用干法刻蝕或濕法刻蝕來各向異性地刻蝕介質(zhì) 層432和434,以暴露摻雜區(qū)420和422的部分。作為例子,使用氫 氟酸(HF )來刻蝕介質(zhì)層432和434??涛g掩模440和448被移除。 N型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料沉積在摻雜區(qū)420和422的被暴露部分上,以 分別形成預(yù)沉積層456和458。預(yù)沉積層456和458也稱為陰極預(yù)沉 積層。作為例子,雜質(zhì)材料是磷或包含磷的材料,其被沉積而具有范 圍從約0.25ft/square到約10 (!/square的電阻系數(shù)。磷的適當(dāng)來源包 括三氯氧化磷(POCl3)、磷化氫(PH3)、五氧化二磷等。磷可通過 離子注入布置在摻雜區(qū)420和422上??涛g掩才莫440和448也可稱為 陰極刻蝕掩模、陰極掩模結(jié)構(gòu)或陰極刻蝕掩模結(jié)構(gòu)。
介質(zhì)層460和462具有范圍從約500人到約IO,OOOA的厚度,并 由分別具有預(yù)沉積層456和458的摻雜區(qū)420和422的被暴露部分形 成。作為例子,介質(zhì)層460和462是在干燥環(huán)境中、在范圍從約970。C 到約1,200 。C的溫度處、在范圍從約l分鐘到約IOO分鐘的時(shí)間內(nèi)形 成的氧化層。
現(xiàn)在參考圖22,使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層432 和460上形成光刻膠層,并在介質(zhì)層434和462上形成光刻膠層468。 介質(zhì)層432上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元472以 及開口 476和478的刻蝕掩模470。開口 476暴露了介質(zhì)層432與絕 緣結(jié)構(gòu)324橫向相鄰并與摻雜區(qū)364橫向相鄰的部分,而開口 478暴 露了介質(zhì)層432與絕緣結(jié)構(gòu)324和摻雜區(qū)320橫向相鄰的部分。
使用千法刻蝕或濕法刻蝕來刻蝕介質(zhì)層432的被暴露部分,以暴 露基底12和絕緣結(jié)構(gòu)34的部分。作為例子,使用氫氟酸(HF)來刻蝕介質(zhì)層432的被暴露分。優(yōu)選地,刻蝕形成槽結(jié)構(gòu)480和482,其 從表面14延伸到基底12中一段范圍從約30nm到約70nm的距離。 雖然槽結(jié)構(gòu)480和482暴露了絕緣結(jié)構(gòu)324的部分,但這不是本發(fā)明 的限制。
現(xiàn)在參考圖23,刻蝕掩模470、光刻膠層468和介質(zhì)層432、 460、 434和462使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)從表面14和16剝離。光 刻膠層(未示出)在被暴露表面14上形成,并填充槽結(jié)構(gòu)480和482。 光刻膠層使用光刻工藝被圖案化,分別將介質(zhì)塞484和486留在槽結(jié) 構(gòu)480和482中。
現(xiàn)在參考圖24,具有范圍從約ljim到約20nm厚度的鋁層490 在摻雜區(qū)420、預(yù)沉積層456以及槽結(jié)構(gòu)480和482上形成,而具有 范圍從約lnm到約20nm厚度的鋁層492在摻雜區(qū)422和預(yù)沉積層458 上形成。鋁層490和492可通過蒸發(fā)或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技 術(shù)形成。具有范圍從約O.lnm到約ljim厚度的鈦層494在鋁層490 上形成,而具有范圍從約O.lnm到約lnm厚度的鈦層496在鋁層492 上形成。氮化物層498在鈥層494上形成,且氮化物層500在鈥層496 上形成。4艮層502在氫化物層498上形成,且4艮層504在氮化物層500 上形成。鈦層494和496、氮化物層498和500以及4艮層502和504 可通過蒸發(fā)或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技術(shù)形成。
仍然參考圖24,光刻膠層在銀層502上形成,而光刻膠層505 在銀層504上形成。在銀層504上的光刻膠層被圖案化,以形成具有 掩模圖形單元508和開口 510的刻蝕掩模506。刻蝕掩模506保留在 摻雜區(qū)320和364上,以保護(hù)鋁層490、鈥層494、氮化物層498和銀 層502在摻雜區(qū)320和364上的部分。
現(xiàn)在參考圖25,使用例如反應(yīng)離子刻蝕來移除銀層504的被暴露 部分以及銀層504的被暴露部分下的鋁層490、鈦層494、氮化物層 498的部分。鋁層490、鈦層494、氣化物層498和4艮層502的剩余部 分形成觸點(diǎn)516。與瞬變電壓抑制器IO—樣,瞬變電壓抑制器300的 優(yōu)點(diǎn)是它在齊納區(qū)中包括較高的柵極摻雜物濃度,且在非齊納區(qū),即
22剩余的器件有源區(qū)中包括較低的柵極摻雜物濃度,這根據(jù)導(dǎo)通傳播產(chǎn) 生統(tǒng)一的器件并保持電流電平,而不降低浪涌性能。此外,在齊納區(qū) 中選擇性地引入較高的摻雜物濃度導(dǎo)致較低的器件電容,因?yàn)樗沧冸?br>
壓抑制器10可被制造在較小的管芯上。功率電容又導(dǎo)致較低的插入損
耗o
圖26是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式在制造的早期階段的瞬變電 壓抑制器器件550的一部分的橫截面視圖。用于制造瞬變電壓抑制器 器件550的起始步驟可類似于參考圖l-6對瞬變電壓抑制器器件10描 述的那些器件。因此,圖26的描述從圖5的描述繼續(xù)。在圖26中示 出的是分別在介質(zhì)層22和24上形成的刻蝕掩模552和558。更具體 地,使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層110、介質(zhì)層22和介質(zhì) 層70上形成光刻膠層,并在介質(zhì)層112、介質(zhì)層24和介質(zhì)層72上形 成光刻膠層。介質(zhì)層22、 70和IIO上的光刻膠層被圖案化,以形成暴 露半導(dǎo)體基底12和介質(zhì)層22、 70和110的刻蝕掩模(未示出)。介 質(zhì)層24、 72和112上的光刻膠層被圖案化,以形成暴露半導(dǎo)體基底 12和介質(zhì)層24、 72和112的刻蝕掩模(未示出)。介質(zhì)層22、 24、 70、 72、 110和112的,皮暴露部分^f吏用例如反應(yīng)離子刻蝕^^移除,以 暴露齊納區(qū)90和92以及陽極區(qū)50和52。
仍然參考圖26,在齊納區(qū)卯、陽極區(qū)50和介質(zhì)層22的剩余部 分上形成光刻膠層,并在齊納區(qū)92、陽極區(qū)52和介質(zhì)層24的剩余部 分上形成光刻膠層。齊納區(qū)90、陽極區(qū)50和介質(zhì)層22的剩余部分上 的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元554和開口 556的刻 蝕掩模552。齊納區(qū)92、陽極區(qū)52和介質(zhì)層22的剩余部分上的光刻 膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元560和開口 562的刻蝕掩模 558。開口 556暴露齊納區(qū)卯、陽極區(qū)50的一部分和基底12與齊納 區(qū)90和陽極區(qū)50相鄰的部分,而開口 562暴露齊納區(qū)92、陽極區(qū)52、 和基底12與齊納區(qū)92和陽極區(qū)52相鄰的部分。
P型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料沉積在分別被開口 556和562暴露的表面 14和16上,以形成預(yù)沉積層。作為例子,雜質(zhì)材料是硼,并被沉積
23而具有范圍從約10 il/square到約400 il/square的電阻系數(shù)。硼的適 當(dāng)來源包括三氯化硼、乙硼烷等。用于將硼布置在表面14和16上的 技術(shù)不是本發(fā)明的限制。它可被沉積、噴涂、旋涂、使用離子注入被 注入等。在形成預(yù)沉積層之后,刻蝕掩模552和558被移除,且表面 26和28的剩余部分使用例如稀釋的氫氟酸被清洗。清洗這些表面從 表面26和28移除預(yù)沉積層的部分,留下預(yù)沉積層559和561。預(yù)沉 積層559和561也稱為柵極預(yù)沉積層。應(yīng)注意,柵極掩模554阻礙齊 納區(qū)90內(nèi)預(yù)沉積層的形成,且柵極掩模560阻礙齊納區(qū)92內(nèi)預(yù)沉積 層的形成。齊納區(qū)卯和92內(nèi)預(yù)沉積層的缺乏幫助形成局部擊穿的電 壓區(qū)。
現(xiàn)在參考圖27,預(yù)沉積層559和561的雜質(zhì)材料被推到半導(dǎo)體基 底12中,以形成摻雜區(qū)566、 568、 566A和568A。在范圍從約1,250。C 到約1,280 。C的溫度處,在范圍從約1小時(shí)到約20小時(shí)的時(shí)間內(nèi), 執(zhí)行推進(jìn)。摻雜區(qū)566從表面14延伸到半導(dǎo)體基底12中,具有橫向 邊界570和572、縱向邊界574。摻雜區(qū)568從表面14延伸到半導(dǎo)體 基底12中,具有橫向邊界576和578以及縱向邊界580。摻雜區(qū)566A 從表面14延伸到半導(dǎo)體基底12中,具有橫向邊界570A和572A、縱 向邊界574A。摻雜區(qū)568A從表面14延伸到半導(dǎo)體基底12中,具有 才黃向邊界576A和578A以及縱向邊界580A。從表面14到縱向邊界 580的距離代表擴(kuò)散深度168,而從表面16到縱向邊界580A的距離 代表擴(kuò)散深度170。因?yàn)檠谀=Y(jié)構(gòu)554的一部分在齊納區(qū)90上,在齊 納區(qū)90和介質(zhì)層160之間的P型雜質(zhì)材料的濃度低于在摻雜區(qū)566 和568內(nèi)的P型雜質(zhì)材料或摻雜物的濃度。分別由摻雜區(qū)566和568 的邊界572和576橫向限制并由基底12和齊納區(qū)90縱向限制的區(qū)域 稱為局部擊穿區(qū)域。因?yàn)檠谀=Y(jié)構(gòu)560的一部分在齊納區(qū)92上,在齊 納區(qū)92和介質(zhì)層162之間的P型雜質(zhì)材料的濃度低于在摻雜區(qū)566A 和568A內(nèi)的P型雜質(zhì)材料或摻雜物的濃度。分別由摻雜區(qū)566A和 568A的邊界572A和576A橫向限制并由基底12和齊納區(qū)92縱向限 制的區(qū)域稱為局部擊穿區(qū)域。推進(jìn)預(yù)沉積層559和561,即,形成摻雜區(qū)566、 568、 566A和568A,使表面14和16的凈皮暴露部分氧化, 從而分別形成氧化或介質(zhì)層160和162。氧化層160和162具有范圍 從約5,000A到約25,000A的厚度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到,使半 導(dǎo)體材料例如硅氧化消耗硅的部分。因此,氧化層160和162分別在
表面14和16下延伸。氧化層162和摻雜區(qū)92之間的距離166是擴(kuò)散 深度,其優(yōu)選地范圍從約15微米(nm)到約2(^im。氧化層160和縱 向邊界580之間以及氧化層162和縱向邊界580A之間的距離168和 170是擴(kuò)散深度,其優(yōu)選地范圍從約25微米(jLim )到約30pm。
使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層22和介質(zhì)層160上形 成光刻膠層,并在介質(zhì)層24和介質(zhì)層162上形成光刻膠層。介質(zhì)層 22和160上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元174和開 口 176的刻蝕掩模172,且介質(zhì)層24和162上的光刻膠層被圖案化, 以形成具有掩才莫圖形單元182和開口 184的刻蝕掩才莫180。開口 176 暴露介質(zhì)層22和160與摻雜區(qū)50和卯橫向相鄰的部分,而開口 184 暴露介質(zhì)層24和162與摻雜區(qū)52和92橫向相鄰的部分。刻蝕掩模 172和180稱為陰極刻蝕掩?;蜿帢O掩模結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參考圖28,使用干法刻蝕或濕法刻蝕來各向異性地刻蝕介質(zhì) 層22、 24、 160和162的凈皮暴露部分,以暴露摻雜區(qū)566、 568和144 的部分并暴露擊穿區(qū)584和584A。作為例子,使用氫氟酸(HF )來 刻蝕介質(zhì)層22、 24、 160和162的^皮暴露部分??涛g掩才莫172和180 被移除。
現(xiàn)在參考圖29, N型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料沉積在摻雜區(qū)566、 568、 566A和568A的被暴露部分上,以分別形成預(yù)沉積層190和192。預(yù) 沉積層190和192也稱為陰極預(yù)沉積層。N型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料也沉 積在表面14和16的被暴露部分上,以分別形成預(yù)沉積層194和196。 作為例子,雜質(zhì)材料是磷或包含磷的材料,其被沉積而具有范圍從約 0.25 H/square到約10 (!/square的電阻系數(shù)。磷的適當(dāng)來源包括三氯 氧化磷(POCl3)、磷化氫(PH3)、五氧化二磷等。磷可通過離子注 入布置在摻雜區(qū)142和144以及表面14和16的被暴露部分上。具有范圍從約500A到約10,000A的厚度的氧化層200由摻雜區(qū) 566、 568和具有預(yù)沉積層190的擊穿區(qū)584的4皮暴露部分形成,而具 有范圍從約500人到約IO,OOOA的厚度的氧化層202由摻雜區(qū)566A、 568A和具有預(yù)沉積層192的擊穿區(qū)584A的纟皮暴露部分形成。此外, 氧化層204和206具有范圍從約500A到約10,000A的厚度,并由基 底12的被暴露部分形成。作為例子,氧化層200、 202、 204和206 在干燥環(huán)境中,在范圍從約970。C到約1,200 。C的溫度處,在范圍從 約l分鐘到約100分鐘的時(shí)間內(nèi)形成。
現(xiàn)在參考圖30,使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層22、 160、 200和204上形成光刻膠層,并在介質(zhì)層24、 162、 202和206 上形成光刻膠層。介質(zhì)層22、 160、 200和204上的光刻膠層被圖案化, 以形成具有掩模圖形單元212和開口 214的刻蝕掩模210,且介質(zhì)層 24、 162、 202和206上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單 元218和開口 220的刻蝕掩4莫216??涛g掩才莫210和216也稱為預(yù)歐 姆刻蝕掩?;蝾A(yù)歐姆掩模結(jié)構(gòu)。開口 214暴露介質(zhì)層160和200的部 分,而開口 220暴露介質(zhì)層162和202。 <吏用干法刻蝕或濕法刻蝕來 各向異性地刻蝕介質(zhì)層160、 200、 162和202,以暴露摻雜區(qū)566、 568、 566A和568A以及預(yù)沉積層l卯和192。作為例子,4吏用氫氟酸(HF) 來刻蝕介質(zhì)層160、 200、 162和202。預(yù)歐姆刻蝕掩才莫210和216被 移除。
可選地,可在介質(zhì)層22、 24、 160、 162、 200、 202、 204和206 上形成鈍化層,例如半絕緣多晶硅(SIPOS)、氮化物、氧化物等, 而不是形成刻蝕掩模210和216。鈍化層接著被圖案化以暴露介質(zhì)層 160、 162、 200和202。
現(xiàn)在參考圖31,具有范圍從約lpm到約2(Hun厚度的鋁層在介 質(zhì)層22和204上并在摻雜區(qū)566和568的被暴露部分、擊穿區(qū)584 的被暴露部分和預(yù)沉積層190上形成,且具有范圍從約lpm到約20jam 厚度的鋁層在介質(zhì)層24和206上并在摻雜區(qū)566A和568A的被暴露 部分、擊穿區(qū)584A的被暴露部分和預(yù)沉積層192上形成。鋁層可通
26過蒸發(fā)或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技術(shù)形成。鋁層被圖案化,以便
保留摻雜區(qū)142和預(yù)沉積層190上的一部分220以及摻雜區(qū)144和預(yù) 沉積層192上的一部分222。部分220也稱為鋁層而部分222也稱為 鋁層。
現(xiàn)在參考圖32,具有范圍從約O.lpm到約lpm厚度的鈦層219 在介質(zhì)層22和204上并在鋁層220上形成,且具有范圍從約O.ljnm 到約lpm厚度的鈦層225在介質(zhì)層24和206上并在鋁層222上形成。 氮化物層221在鈥層219上形成,且氮化物層227在鈥層225上形成。 4艮層223在氮化物層221上形成,且4艮層229在氮化物層227上形成。 鈥層219和225、氮化物層221和227以及4艮層223和229可通過蒸 發(fā)或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技術(shù)形成。鈦層219和225、氮化物 層221和227以及銀層223和229被圖案化,以便保留鋁層220上的 一部分224和鋁層222上的一部分226。部分224和226也稱為觸點(diǎn) 結(jié)構(gòu)。瞬變電壓抑制器550的優(yōu)點(diǎn)是它在齊納區(qū)中包括較低的柵極摻 雜物濃度,且在非齊納區(qū),即剩余的器件有源區(qū)中包括較高的柵極摻 雜物濃度,它用作快速導(dǎo)通的觸發(fā)器。此外,可分配選擇性地引入的 較低柵極摻雜,以增強(qiáng)導(dǎo)通速度。可以分配具有高增益的低載流子濃 度區(qū)域,以不僅在臨近齊納區(qū)而且在整個(gè)基極層提供快速的導(dǎo)通。這 可被實(shí)現(xiàn)而不使用額外的掩模層,從而減小處理復(fù)雜性并節(jié)約成本。
圖33是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式在制造的早期階段的瞬變電 壓抑制器器件600的一部分的橫截面視圖。用于制造瞬變電壓抑制器 器件600的起始步驟可類似于參考圖l-5對瞬變電壓抑制器器件10描 述的那些器件。因此,圖33的描述從圖5的描述繼續(xù)。在圖33中示 出的是分別在介質(zhì)層22和24和表面14和16的部分上形成的刻蝕掩 模602和608。更具體地,使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層 118、介質(zhì)層22和介質(zhì)層70上形成光刻膠層,并在介質(zhì)層120、介質(zhì) 層24和介質(zhì)層72上形成光刻膠層。介質(zhì)層118以及介質(zhì)層22和70 上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元604和開口 606的 刻蝕掩模602,而介質(zhì)層120以及介質(zhì)層24和72上的光刻膠層被圖
27案化,以形成具有掩模圖形單元610和開口 612的刻蝕掩模608。開 口 606暴露摻雜區(qū)90、摻雜區(qū)50的一部分和基底12的與摻雜區(qū)50 和90相鄰的部分,而開口 612暴露摻雜區(qū)92、摻雜區(qū)52的一部分和 基底12的與摻雜區(qū)52和90相鄰的部分。摻雜區(qū)50和52稱為陽極區(qū), 而摻雜區(qū)90和92稱為陰極區(qū)。
P型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料沉積在分別被開口 606和612暴露的表面 14和16的部分上,以形成預(yù)沉積層。作為例子,雜質(zhì)材料是硼,并 一皮沉積而具有范圍從約10 O/square到約400 (1/square的電阻系數(shù)。 硼的適當(dāng)來源包括三氯化硼、乙硼烷等。用于將硼布置在表面14和 16上的技術(shù)不是本發(fā)明的限制。它可被沉積、噴涂、旋涂、使用離子 注入被注入等。在形成預(yù)沉積層之后,刻蝕掩模602和608被移除, 且表面26和28的剩余部分使用例如稀釋的氫氟酸被清洗。清洗這些 表面從表面26和28移除預(yù)沉積層的部分,留下預(yù)沉積層601和6(B。 預(yù)沉積層601和603也稱為陰極預(yù)沉積層。
現(xiàn)在參考圖34,預(yù)沉積層601和603的雜質(zhì)材料被推到半導(dǎo)體基 底12中,以形成摻雜區(qū)616、 618A、 618B、 620、 622、 624A、 624B 和626。摻雜區(qū)616、 618A、 618B、 620、 622、 624A、 624B和626 稱為陰極區(qū)。在范圍從約1,250。C到約1,280 。C的溫度處,在范圍從 約1小時(shí)到約20小時(shí)的時(shí)間內(nèi),執(zhí)行推進(jìn)。摻雜區(qū)616、 618A、 618B 和620從表面14延伸到半導(dǎo)體基底12中。摻雜區(qū)622、 624A、 624B 和626從表面16延伸到半導(dǎo)體基底12中。摻雜區(qū)616、 618A、 618B 和620具有由參考符號(hào)621表示的擴(kuò)散深度,而摻雜區(qū)622、 624A、 624B和626具有由參考符號(hào)627表示的擴(kuò)散深度。因?yàn)檠谀=Y(jié)構(gòu)604 的一部分在摻雜區(qū)90上,在擊穿區(qū)630中的雜質(zhì)材料或摻雜物的濃l 低于在摻雜區(qū)616、 618A、 618B和620中的雜質(zhì)材料或摻雜物的濃度。 擊穿區(qū)630是基底12在摻雜區(qū)618A和618B之間以及在表面14和摻 雜區(qū)90之間的區(qū)域。此外,掩才莫圖形單元604阻止摻雜物進(jìn)入摻雜區(qū) 616和618A之間的區(qū)域的部分632,并阻止進(jìn)入摻雜區(qū)618B和620 之間的區(qū)域的部分634。掩才莫圖形單元610阻止摻雜物進(jìn)入摻雜區(qū)622
28和624之間的區(qū)域的部分636,并阻止進(jìn)入摻雜區(qū)624和626之間的 區(qū)域的部分638。推進(jìn)預(yù)沉積層138和140,即,形成摻雜區(qū)616、618A、 618B、 620、 622、 624和626,使表面14和16的被暴露部分氧化, 從而分別形成氧化或介質(zhì)層160和162。氧化層160和162具有范圍 從約5,000A到約25,000人的厚度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到,使半 導(dǎo)體材料例如硅氧化消耗硅的部分。因此,氧化層160和162分別在
表面14和16下延伸。
因?yàn)檠谀=Y(jié)構(gòu)610的一部分在摻雜區(qū)92上,在擊穿區(qū)630A中的 雜質(zhì)材料或摻雜物的濃度低于在摻雜區(qū)622、 624A、 624B和626中的 雜質(zhì)材料或摻雜物的濃度。擊穿區(qū)630A是基底12在摻雜區(qū)624A和 624B之間以及在表面14和摻雜區(qū)92之間的區(qū)域。此外,掩模圖形單 元610阻止摻雜物進(jìn)入摻雜區(qū)622和624A之間的區(qū)域的部分636,并 阻止進(jìn)入摻雜區(qū)624B和626之間的區(qū)域的部分638。推進(jìn)預(yù)沉積層 138和140,即,形成摻雜區(qū)616、 618A、 618B、 620、 622、 624A、 624B和626,使表面14和16的被暴露部分氧化,從而分別形成氧化 或介質(zhì)層160和162。氧化層160和162具有范圍從約5,000A到約 25,000A的厚度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到,使半導(dǎo)體材料例如硅 氧化消耗硅的部分。因此,氧化層160和162分別在表面14和16下 延伸。
使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層22和介質(zhì)層160上形 成光刻膠層,并在介質(zhì)層24和介質(zhì)層162上形成光刻膠層。介質(zhì)層 22和160上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單元l74和開 口 176的刻蝕掩模172,且介質(zhì)層24和162上的光刻膠層被圖案化, 以形成具有掩模圖形單元182和開口 184的刻蝕掩模180。
現(xiàn)在參考圖35 ,使用干法刻蝕或濕法刻蝕來各向異性地刻蝕介質(zhì) 層22、 24、 160和162的被暴露部分,以暴露摻雜區(qū)616、 620、 622 和626的部分并暴露擊穿區(qū)630和630A。作為例子,使用氫氟酸(HF) 來刻蝕介質(zhì)層22、 24、 160和162的被暴露部分??涛g掩模172和180 被移除?,F(xiàn)在參考圖36, N型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料沉積在摻雜區(qū)616、 620、 622和626的被暴露部分上和擊穿區(qū)630和630A的,皮暴露部分上,以 分別形成預(yù)沉積層640和642。 N型傳導(dǎo)性的雜質(zhì)材料也沉積在表面 14和16的-皮暴露部分上,以分別形成預(yù)沉積層644和646。作為例子, 雜質(zhì)材料是磷或包含磷的材料,其被沉積而具有范圍從約0.25 Q/square到約10 li/square的電阻系數(shù)。磷的適當(dāng)來源包括三氯氧化 磷(POCl3)、磷化氫(PH3)、五氧化二磷等。磷可通過離子注入布 置在摻雜區(qū)616、 620、 622和626上和擊穿區(qū)630的^皮暴露部分上以 及表面14和16的被暴露部分上。
具有范圍從約500A到約10,000A的厚度的氧化層650由摻雜區(qū) 616和620的被暴露部分并在具有預(yù)沉積層640的擊穿區(qū)630的被暴 露部分上形成,而具有范圍從約500A到約10,000A的厚度的氧化層 652由摻雜區(qū)622和626的被暴露部分并在具有預(yù)沉積層642的擊穿 區(qū)630A的被暴露部分上形成。此外,氧化層654和656具有范圍從 約500A到約10,000A的厚度,并由基底12的被暴露部分形成。作為 例子,氧化層650、 652、 654和656在干燥環(huán)境中、在范圍從約970oC 到約1,200 。C的溫度處、在范圍從約l分鐘到約IOO分鐘的時(shí)間內(nèi)形
成o
現(xiàn)在參考圖37,使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)在介質(zhì)層22、 160、 650和654上形成光刻膠層,并在介質(zhì)層24、 162、 652和656 上形成光刻膠層。介質(zhì)層22、 160、 650和654上的光刻膠層^皮圖案化, 以形成具有掩才莫圖形單元662和開口 664的刻蝕掩才莫660,且介質(zhì)層 24、 162、 652和656上的光刻膠層被圖案化,以形成具有掩模圖形單 元668和開口 670的刻蝕掩沖莫666。開口 664暴露介質(zhì)層160和650 的部分,而開口 670暴露介質(zhì)層162和652。 ^使用干法刻蝕或濕法刻 蝕來各向異性地刻蝕介質(zhì)層160、 650、 162和652,以暴露摻雜區(qū)616、 618A、 618B、 620、 622、 624A、 624B和626以及預(yù)沉積層640和642。 作為例子,使用氫氟酸(HF)來刻蝕介質(zhì)層160、 650、 162和652。 刻蝕掩模660和666被移除。
30可選地,可在介質(zhì)層22、 24、 160、 162、 650、 652、 654和656 上形成鈍化層,例如半絕緣多晶硅(SIPOS)、氮化物、氧化物等, 而不是形成刻蝕掩模660和666。鈍化層接著被圖案化以暴露介質(zhì)層 160、 162、 650和652。
現(xiàn)在參考圖38,具有范圍從約l]Lim到約20|Lim厚度的鋁層在介 質(zhì)層22和654上并在摻雜區(qū)50、 616、 618A、 618B和620的被暴露 部分、擊穿區(qū)632和634的被暴露部分以及預(yù)沉積層640上形成,且 具有范圍從約lpm到約20pm厚度的鋁層在介質(zhì)層24和656上并在 摻雜區(qū)52、 622、 624A、 624B和626的被暴露部分、局部擊穿區(qū)636 和638的纟皮暴露部分以及預(yù)沉積層642上形成。鋁層可通過蒸發(fā)或本 領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技術(shù)形成。鋁層被圖案化,以便部分672保 留在摻雜區(qū)50、 616、 618A、 618B和620、擊穿區(qū)632和634的被暴 露部分以及預(yù)沉積層640上,而部分674保留在摻雜區(qū)52、622、624A、 624B、 626、局部擊穿區(qū)636和638的^皮暴露部分以及預(yù)沉積層642 上。部分672和674也稱為鋁層。
現(xiàn)在參考圖39,具有范圍從約O.lpm到約l|nm厚度的鈦層673 在介質(zhì)層22和654上并在鋁層672上形成,且具有范圍從約O.lpm 到約lnm厚度的鈦層679在介質(zhì)層24和656上并在鋁層674上形成。 氮化物層675在鈦層673上形成,且氮化物層681在鈦層679上形成。 4艮層677在氮化物層675上形成,且4艮層683在氮化物層681上形成。 鈦層673和679、氮化物層675和681以及4艮層677和683可通過蒸 發(fā)或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技術(shù)形成。鈦層673和679、氮化物 層675和681以及4艮層677和683被圖案化,以《更保留鋁層672上的 一部分676和鋁層674上的一部分678。部分676和678也稱為觸點(diǎn) 結(jié)構(gòu)。與瞬變電壓抑制器550 —樣,瞬變電壓抑制器600的優(yōu)點(diǎn)是它 在齊納區(qū)中包括較低的柵極摻雜物濃度,且在非齊納區(qū),即剩余的器 件有源區(qū)中,包括較高的柵極摻雜物濃度,它用作快速導(dǎo)通的觸發(fā)器。 此外,可分配選擇性地引入的較低柵極摻雜,以增強(qiáng)導(dǎo)通速度??梢?分配具有高增益的低載流子濃度區(qū)域,以不僅在臨近齊納區(qū)而且在整個(gè)基極層提供快速的導(dǎo)通。這可被實(shí)現(xiàn)而不使用額外的掩模層,從而 減小處理復(fù)雜性并節(jié)約成本。
到現(xiàn)在應(yīng)認(rèn)識(shí)到,提供了瞬變電壓抑制器和用于制造瞬變電壓抑 制器并補(bǔ)償瞬變電壓抑制器中的增益的方法。瞬變電壓抑制器可稱為 瞬變電壓抑制器器件或瞬變電壓抑制器件。根據(jù)實(shí)施方式,瞬變電壓 抑制器由齊納區(qū)或區(qū)域、柵極區(qū)、陰極區(qū)和陽極區(qū)組成。柵極區(qū)的一 部分縱向地與齊納區(qū)相鄰,而陰極區(qū)的 一部分縱向地相鄰于柵極區(qū)的 縱向地與齊納區(qū)相鄰的所述部分。柵極區(qū)和陰極區(qū)的其它部分橫向地 與齊納區(qū)相鄰。因此,瞬變電壓抑制器具有限定瞬變電壓抑制器的齊 納電壓的齊納區(qū)或區(qū)域,以及非齊納區(qū)或區(qū)域,即,瞬變電壓抑制器 的在齊納區(qū)之外或遠(yuǎn)離齊納區(qū)的部分。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式,柵極
齊納區(qū)的部分的摻雜物濃度。柵極區(qū)縱向地與齊納區(qū)相鄰的部分的摻 雜物濃度可大于或小于柵極區(qū)遠(yuǎn)離齊納區(qū)的部分的摻雜物濃度。這通
過使齊納區(qū)中的NPN晶體管具有與在齊納區(qū)之外的NPN晶體管相同 的增益而提供了增益補(bǔ)償,即,通過調(diào)節(jié)NPN晶體管的Rbb來提供 增益補(bǔ)償。包括增益補(bǔ)償在浪涌期間將電流均勻地分布在陰極區(qū)兩端, 這提高了瞬變電壓抑制器的性能。此外,包括增益補(bǔ)償允許齊納區(qū)或 區(qū)域小,導(dǎo)致較低的電容和插入損耗。
根據(jù)另一實(shí)施方式,提供了具有在柵極區(qū)和陰極區(qū)之下的局部擊 穿區(qū)的單向或雙向瞬變電壓抑制器,其中柵極區(qū)具有兩個(gè)濃度。柵極 區(qū)在擊穿區(qū)之上的部分的摻雜物濃度大于或高于在柵極區(qū)的剩余部分 的摻雜物濃度。
根據(jù)另一實(shí)施方式,提供了具有在柵極區(qū)和陰極區(qū)之下的局部擊 穿區(qū)的單向或雙向瞬變電壓抑制器,其中柵極摻雜被選擇性地引入到 以前創(chuàng)建的擊穿區(qū)中。
根據(jù)另一實(shí)施方式,提供了具有十字圖案局部擊穿區(qū)的單向或雙 向瞬變電壓抑制器。
根據(jù)另一實(shí)施方式,本方法包括通過補(bǔ)償齊納區(qū)中的NPN晶體管的增益來平衡有源區(qū)。
雖然這里公開了某些優(yōu)選實(shí)施方式和方法,從前述公開中對本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)明顯,可進(jìn)行這樣的實(shí)施方式和方法的變化和更改,而 不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。意圖是應(yīng)將本發(fā)明僅僅限制到所附權(quán)利 要求以及可適用的法律的條例和法則所要求的程度。
權(quán)利要求
1.一種用于制造瞬變電壓抑制器的方法,包括提供半導(dǎo)體基底;由所述半導(dǎo)體基底形成有源區(qū),所述有源區(qū)具有齊納區(qū)和遠(yuǎn)離所述齊納區(qū)的部分;在所述齊納區(qū)中形成第一柵極區(qū)并在所述有源區(qū)遠(yuǎn)離所述齊納區(qū)的所述部分中形成第二柵極區(qū);以及將所述第一柵極區(qū)的摻雜物濃度調(diào)節(jié)成不同于所述第二柵極區(qū)的摻雜物濃度。
2. —種用于制造瞬變電壓抑制器的方法,包括 提供具有第一主表面和第二主表面的半導(dǎo)體基底; 在所述半導(dǎo)體基底中形成柵極區(qū),所述柵極區(qū)從所述第一主表面延伸到所述半導(dǎo)體基底中并具有第一部分、第二部分和第三部分,其 中所述第一部分縱向地與所述第二部分相鄰,而所述第三部分橫向地 與所述第一部分和第二部分相鄰;在所述柵極區(qū)的所述第一部分中形成陰極區(qū);在所述半導(dǎo)體基底形成陽極區(qū),所述陽極區(qū)從所述第二主表面延 伸到所述半導(dǎo)體基底中;在所述半導(dǎo)體基底形成摻雜區(qū),所述摻雜區(qū)縱向地與所述柵極區(qū) 的所述第二部分相鄰;以及調(diào)節(jié)所述柵極區(qū)的所述第二部分的摻雜物濃度。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法,其中提供半導(dǎo)體基底的所述步驟包括提供屬于第一傳導(dǎo)性類型的所述半導(dǎo)體基底;形成屬于第二傳導(dǎo)性類型的所述陽極區(qū);以及形成屬于第一傳導(dǎo)性類型的所述陰極區(qū)和所述摻雜區(qū),且其中調(diào) 節(jié)所述柵極區(qū)的所述第二部分的摻雜物濃度的所述步驟包括增加所述 柵極區(qū)的所述第二部分的所述摻雜物濃度。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法,其中提供半導(dǎo)體基底的所述步驟包括提供屬于第一傳導(dǎo)性類型的所 述半導(dǎo)體基底;形成屬于第二傳導(dǎo)性類型的所述陽極區(qū);以及形成屬于所述第一傳導(dǎo)性類型的所述陰極區(qū)和所述摻雜區(qū),且其 中調(diào)節(jié)所述柵極區(qū)的所述第二部分的摻雜物濃度的所述步驟包括形成 具有比所述槺極區(qū)的所述第三部分低的摻雜物濃度的所述柵極區(qū)的所 述第二部分。
5. —種用于制造瞬變電壓抑制器的方法,包括 提供第一傳導(dǎo)性類型的半導(dǎo)體基底,所述半導(dǎo)體基底具有第一主表面和第二主表面;在所述半導(dǎo)體基底中形成第二傳導(dǎo)性類型的第 一柵極區(qū),所述第 一柵極區(qū)從所述第一主表面延伸到所述半導(dǎo)體基底中;在所述柵極區(qū)的第一部分中形成所述第一傳導(dǎo)性類型的第一陰極區(qū);在所述基底的相鄰于所述第一柵極區(qū)的一部分中形成所述第一 傳導(dǎo)性類型的第一齊納區(qū);以及由所述柵極區(qū)的第二部分形成所述第二傳導(dǎo)性類型的第一增益 補(bǔ)償區(qū),所述柵極區(qū)的所述第二部分在所述第一柵極區(qū)的所述第一部 分和所述第一齊納區(qū)之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法,進(jìn)一步包括 在所述半導(dǎo)體基底中形成第二傳導(dǎo)性類型的第二柵極區(qū),所述第二柵極區(qū)從所述第二主表面延伸到所述半導(dǎo)體基底中;在所述第二柵極區(qū)的第一部分中形成所述第一傳導(dǎo)性類型的第 二陰極區(qū);在所述基底的相鄰于所述第二柵極區(qū)的一部分中形成所述第一 傳導(dǎo)性類型的第二齊納區(qū);以及由所述第二柵極區(qū)的笫二部分形成所述第二傳導(dǎo)性類型的第二 增益補(bǔ)償區(qū),所述第二柵極區(qū)的所述第二部分在所述第二柵極區(qū)的所述第 一部分和所述第二齊納區(qū)之間。
7. —種用于制造瞬變電壓抑制器的方法,包括 提供第一傳導(dǎo)性類型的半導(dǎo)體基底,所述半導(dǎo)體基底具有第一主表面和第二主表面;在所述半導(dǎo)體基底中形成第二傳導(dǎo)性類型的第 一柵極區(qū),所述第 一柵極區(qū)從所述第一主表面延伸到所述半導(dǎo)體基底中,所述第一柵極 區(qū)具有第一部分和第二部分,所述第一柵極區(qū)的所述第一部分具有第一子部分和第二子部分,且所述第一柵極區(qū)的所述第二部分具有比所 述第一柵極區(qū)的所述第一部分低的摻雜物濃度;在所述第一柵極區(qū)的所述第一部分的所述第一子部分中形成所述第一傳導(dǎo)性類型的第一陰極區(qū);以及在所述半導(dǎo)體基底的與所述第一柵極區(qū)的所述第二子部分相鄰 的一部分中形成所述第一傳導(dǎo)性類型的第一齊納區(qū)。
8. —種瞬變電壓抑制器,包括半導(dǎo)體基底,其具有第一主表面和第二主表面;第一柵極區(qū),其從所述第一主表面的一部分延伸到所述半導(dǎo)體基底中,所述第一柵極區(qū)具有第一部分和第二部分;第 一陰極區(qū),其從所述第 一主表面延伸到所述第 一柵極區(qū)的所述第一部分中;第一增益調(diào)節(jié)區(qū),其相鄰于所述第一陰極區(qū);第一摻雜區(qū),其從所述第一柵極區(qū)延伸到所述半導(dǎo)體基底中,所 述第一增益調(diào)節(jié)區(qū)在所述第一陰極區(qū)和所述第一摻雜區(qū)之間;以及第一陽極區(qū),其從所述第二主表面延伸到所述半導(dǎo)體基底中。
9. 如權(quán)利要求8所述的瞬變電壓抑制器,進(jìn)一步包括從所述第一主表面延伸到所述第二主表面的絕緣結(jié)構(gòu)。
10. 如權(quán)利要求8所述的瞬變電壓抑制器,進(jìn)一步包括第二柵極區(qū),其從所述第二主表面的一部分延伸到所述半導(dǎo)體基底中,所述第二柵極區(qū)具有第一部分和第二部分;第二陰極區(qū),其從所述第二主表面延伸到所述第二柵極區(qū)的所述第一部分中;第二增益調(diào)節(jié)區(qū),其相鄰于所述第二陰極區(qū);第二摻雜區(qū),其從所述第二柵極區(qū)延伸到所述半導(dǎo)體基底中,所 述第二增益調(diào)節(jié)區(qū)在所述第二陰極區(qū)和所述第二摻雜區(qū)之間;以及第二陽極區(qū),其從所述第一主表面延伸到所述半導(dǎo)體基底中。
全文摘要
瞬變電壓抑制器和用于制造瞬變電壓抑制器的方法,該瞬變電壓抑制器在接近齊納區(qū)的柵極區(qū)的一部分中具有的摻雜物或載流子濃度不同于在遠(yuǎn)離齊納區(qū)的柵極區(qū)的一部分中的摻雜物濃度。
文檔編號(hào)H02H9/04GK101552465SQ20091012790
公開日2009年10月7日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月4日
發(fā)明者A·薩利赫, E·索斯多-弗羅斯, F·Y·羅伯, 劉明焦 申請人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司