[实用新型]一种利用深槽刻蚀并填充高浓度多晶硅的TVS

说明书

本实用新型一种利用深槽刻蚀并填充高浓度多晶硅的TVS，在P型外延层或直接在P型衬底硅片的上表面形成有深槽刻蚀并填充高浓度多晶硅的TVS，形成纵向三维NPN结，将纵向二维NPN结构延伸至三维，即将N型重掺杂区利用深槽刻蚀DTI填充高浓度低阻N型多晶的多个深槽，高浓度低阻N型多晶硅中原位N+掺杂经退火会向周围扩散，在深槽的侧面间形成Npoly/N+/P‑epi/N+/Npoly双极性TVS晶体管结构，或Npoly/N+/P‑sub/N+/Npoly双极性TVS晶体管结构。与现有双向TVS比，高浓度的多晶具有很小的电阻，可使结构内NPN结各处所受电应力均匀，产品极限能力可以获得较好的提升。

技术领域

本实用新型一种利用深槽刻蚀并填充高浓度多晶硅的TVS涉及半导体保护器件的技术领域，尤其涉及用于电源端口和信号端口的保护器件设计和制造领域。

背景技术

瞬态电压抑制器（简称TVS）是一种钳位过压保护器件，TVS在PCB电路板上与被保护电路并联，能够在很短的时间内将浪涌电压固定在一个比较低的电压水平，使后级集成电路免受过静电放电或瞬态浪涌电压的冲击，避免电路损坏。

TVS器件主要应用在各类接口电路当中，如手机、平板、电视机、电脑主机中均有大量TVS保护器件，TVS器件与被保护芯片为并联关系，在正常工作条件下，TVS呈现高阻抗状态。当有静电释放或浪涌电压从电路IO端进入后，会触发TVS器件优先导通，电流经过TVS器件到地释放，将电压钳位在一个较低的水平，从而有效保护了后级集成电路。通过VFTLP测试系统测试，TVS一般开启时间为0.5～2ns。

随着现今科技的快速发展，集成电路不断向低电压、低功耗、高速传输的方向发展，对相应的TVS保护器件也提出了更高的性能要求，要求TVS有足够高的耐受能力，和尽可能低的钳位电压。

以双向TVS器件为例，常用纵向NPN结构如图1所示，和插指NPN结构如图2所示，在制程工艺确定情况下，TVS能够承受的瞬态电流与其结面积成正比，所以该类极限电流能力受芯片面积所限。

深槽（Deep Trench）刻蚀技术日趋成熟，优良的测试机可以刻蚀通整张晶圆，深槽的深宽比可达20：1至100：1。Poly填充技术非常成熟，常见应用有：Trench MOS、隔离槽内无掺杂poly填充、高频硅电容器等。

发明内容

本实用新型所要解决的技术技术问题是：提供一种利用深槽刻蚀并填充高浓度多晶硅的TVS，以解决上述问题。

本实用新型技术问题通过下述技术方案解决：一种利用深槽刻蚀并填充高浓度多晶硅的TVS，采用包含P型外延层的N型衬底或P型衬底的TVS器件，在P型外延层或直接在P型衬底硅片的上表面形成有N型重掺杂区（N+区），形成纵向二维NPN结，在P型外延层或直接在P型衬底的上表面形成有深槽刻蚀并填充高浓度多晶硅的TVS，形成纵向三维NPN结，将纵向二维NPN结构延伸至三维，即将N型重掺杂区（N+区）利用深槽刻蚀（DTI）填充高浓度低阻N型多晶（Npoly）的多个深槽，高浓度低阻N型多晶硅（Npoly）中原位N+掺杂经退火会向周围扩散，在深槽的侧面间形成Npoly/N+/P-epi/N+/Npoly双极性TVS晶体管结构，或Npoly/N+/P-sub/N+/Npoly双极性TVS晶体管结构。

本实用新型将纵向二维NPN结构延伸至三维，通过增加一个维度，增加了NPN结构的电流路径，因设计规则所限，极限电流能力约增加至2~10倍。

在上述方案基础上，所述的TVS器件为衬底包含P型外延层P-epi的N型衬底的双向TVS器件，包括纵向NPN结构和插指NPN结构，通过控制槽深度，使得侧面结N+与N+间距与底面纵向结形成的N+/P-epi/N-sub并联，并具有相近的击穿电压，在EOS事件时一同泄放电荷。