[发明专利]一种具有超深沟槽的瞬态电压抑制器结构

说明书

本发明公开了一种具有超深沟槽的瞬态电压抑制器结构，其包含一具有第一导电类型的重掺杂硅衬底；在所述重掺杂硅衬底顶面设置一具有第一导电类型的掺杂外延层；在所述掺杂外延层上设置有一系列密排的超深沟槽，且所述超深沟槽的高宽比为10:1到60:1。所述超深沟槽通过掺杂多晶硅的填充，并经过高温推进形成一个立体的具有第二导电类型的扩散掺杂区域，与具有第一导电类型的晶圆掺杂硅衬底形成一个纵向结构的PN结。该纵向结构的PN结的结面积由侧面积和底面积所组成。而纵向结构的PN结的结面积可以通过沟槽刻蚀的深度来增加，因此这种具有纵向PN结的TVS二极管结构可以在更小的芯片尺寸上承受更大的浪涌功率（千瓦级）或浪涌电流。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉一种具有超深沟槽的瞬态电压抑制器结构。

背景技术

瞬态电压抑制器（Transient Voltage Suppressor，简称TVS）是一种基于二极管形式的高性能保护器件，用来保护系统免于遭受各种形式的瞬态高压和浪涌的冲击。如图1所示，TVS 1在线路板上与被保护电路2并联。在正常工作条件下，TVS1在被保护电路2上呈现高阻抗状态。在ESD或其他形式的浪涌冲击下，TVS1能以10-12皮秒量级的速度开启，将其高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，并将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ESD和各种形式的浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、箝位电压低、漏电流低等优点，目前已广泛应用于交/直流电源、计算机系统、平板电脑、智能手机、家用电器、通信设备、安防、汽车和工业仪器仪表等各个领域。

然而，现有的TVS器件大多是一个平面二极管结构（如图2所示），平面TVS能够承受的流过器件的瞬态电流和其结面积成正比。因此，为了能够承受千瓦级的浪涌功率，平面TVS芯片的尺寸需要做得很大。因此这种平面结构不仅使器件的反向漏电流难以做得很低，同时也增加的芯片的成本。当今的电子设备对TVS器件的性能（如浪涌能力、漏电流等）有很高的要求，尺寸也是越小越好。而传统的平面TVS无法将千瓦级的大功率TVS芯片从传统的DO-214AA（SMB）和DO-214AB（SMC）封装转移到更小的封装如DO-214AC（SMA）或其他形式的封装（SOD封装和DFN封装）里。

因此，在本领域内，急需一种可以在更小的芯片尺寸上承载更大的浪涌功率（千瓦级）或两用功率的TVS器件。

发明内容

本发明提供一种具有超深沟槽的瞬态电压抑制器结构，具体而言是，一种具有超深沟槽(Ultra-deep Trench，简称UDT)的率瞬态电压抑制器（Transient VoltageSuppressor，简称TVS）结构。

本发明揭示了一种具有超深沟槽的瞬态电压抑制器结构，其包含有：

一具有第一导电类型（P型或N型）的重掺杂硅衬底；在所述重掺杂硅衬底顶面设置一具有第一导电类型（P型或N型）的掺杂外延层；在所述掺杂外延层上设置有一系列密排的超深沟槽，且所述超深沟槽的高宽比为10:1到60:1。

优选地，所述重掺杂硅衬底的掺杂浓度为大于1E18/cm3。

优选地，所述掺杂外延层的掺杂浓度为1E13/cm3到1E18/cm3，厚度为20-60微米。

优选地，所述超深沟槽的间距为1到5微米。

优选地，所述超深沟槽的开口为1到5微米。

优选地，所述超深沟槽的深度为10微米到60微米。

优选地，所述超深沟槽中填充有第二导电类型（N型或P型）的自掺杂多晶硅。

优选地，所述自掺杂多晶硅的电阻率为0.002-0.020 Ohm.cm。

优选地，所述超深沟槽上侧依次设置有图案化的介质层、金属层以及钝化层。