双向瞬态电压抑制二极管及其制作方法与流程

本发明属于半导体技术领域，涉及一种双向瞬态电压抑制二极管及其制作方法。

背景技术：

瞬态电压抑制二极管(transientvoltagesuppressordiode，简称tvs)是由硅通过扩散工艺形成的pn结半导体二极管器件。当tvs的两极收到反向瞬态高能量冲击时，它能以10s～12s量级的时间将其两极间的高阻抗变为低阻抗，以吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位在一个预定值，有效地保护了电子线路中的精密元器件免受各种浪涌脉冲和静电的损坏。tvs有单向型(unidirectional)tvs和双向型(bi-directional)tvs两种。双向型tvs等同于由两只单向tvs反向串接而成，使用时无论浪涌脉冲和静电从正向或反向冲击都可以很好的保护器件。

如图1所示，传统的双向瞬态电压抑制二极管包括：通过注入第一掺杂类型的离子形成的第一掺杂类型的硅衬底10、位于所述第一掺杂类型的硅衬底10正面的第二掺杂类型的第一注入扩散层11、位于所述第二掺杂类型的第一注入扩散层11表面的氧化层(未示出)，所述氧化层内形成有暴露出所述第二掺杂类型的第一注入扩散层11的开口；位于所述开口内的所述第二掺杂类型的第一注入扩散层11表面的阳极电极13、位于所述第一掺杂类型的硅衬底10背面的第二掺杂类型的第二注入扩散层12及位于所述第二掺杂类型的第二注入扩散层表面的阴极电极14。结合图1，传统的双向瞬态电压抑制二极管的制备方法包括如下步骤：1)制备第一掺杂类型的硅衬底10；2)分别在所述第一掺杂类型的硅衬底10的正面及背面注入第二掺杂类型的离子，并通过扩散工艺形成第二掺杂类型的第一注入扩散层11及第二掺杂类型的第二注入扩散层12；3)在所述第二掺杂类型的第一注入扩散层11表面形成氧化层，并在所述氧化层内形成开口，所述开口暴露出所述第二掺杂类型的第一注入扩散层11；4)在所述开口内的所述第二掺杂类型的第一注入扩散层11表面形成阳极电极13；5)在所述第一掺杂类型的硅衬底10的背面形成阴极电极14。

然而，传统的双向瞬态电压抑制二极管通过对硅衬底正面及背面同时加工制作而成，制备工艺比较复杂。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双向瞬态电压抑制二极管及其制作方法，用于解决现有技术中传统双向瞬态电压抑制二极管需要通过对硅衬底正面及背面同时加工制作而成而导致的制备工艺复杂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双向瞬态电压抑制二极管的制作方法，所述双向瞬态电压抑制二极管制作方法至少包括以下步骤：

1)提供一第一掺杂类型的衬底，所述第一掺杂类型的衬底包括第一表面及第二表面；

2)在所述第一掺杂类型的衬底的第一表面形成第一掺杂类型的第一外延层；

3)在所述第一掺杂类型的第一外延层的表面形成第二掺杂类型的外延层；

4)在所述第二掺杂类型的外延层的表面形成第一掺杂类型的第二外延层；

5)在所述第一掺杂类型的第二外延层的表面形成第一电极；

6)在所述第一掺杂类型的衬底的第二表面形成第二电极。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的一种优选方案，在步骤1)中，所述第一掺杂类型的衬底为通过在衬底内注入第一掺杂类型的离子而得到。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的一种优选方案，在步骤2)中，在所述第一掺杂类型的衬底的第一表面形成第一掺杂类型的第一外延层的方法为：在所述第一掺杂类型的衬底的第一表面直接外延生长所述第一掺杂类型的第一外延层，外延生长的次数大于或等于一次。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的一种优选方案，在步骤2)中，在所述第一掺杂类型的衬底的第一表面形成第一掺杂类型的第一外延层包括以下步骤：

2-1)在所述第一掺杂类型的衬底的第一表面外延生长第一未掺杂外延层；

2-2)向所述第一未掺杂外延层内注入第一掺杂类型的离子。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的一种优选方案，在步骤2-2)之后还包括：

2-3)重复步骤2-1)～2-2)n次，其中，n为大于或等于1的整数。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的一种优选方案，在步骤3)中，在所述第一掺杂类型的第一外延层的表面形成第二掺杂类型的外延层的方法为：在所述第一掺杂类型的第一外延层的表面直接外延生长所述第二掺杂类型的外延层，外延生长的次数大于或等于一次。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的一种优选方案，在步骤3)中，在所述第一掺杂类型的第一外延层的表面形成第二掺杂类型的外延层包括以下步骤：

3-1)在所述第一掺杂类型的第一外延层的表面外延生长第二未掺杂外延层；

3-2)向所述第二未掺杂外延层内注入第二掺杂类型的离子。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的一种优选方案，在步骤3-2)之后还包括：

3-3)重复步骤3-1)～3-2)n次，其中，n为大于或等于1的整数。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的一种优选方案，在步骤4)中，在所述第二掺杂类型的外延层的表面形成第一掺杂类型的第二外延层的方法为：在所述第二掺杂类型的外延层的表面直接外延生长所述第一掺杂类型的第二外延层，外延生长的次数大于或等于一次。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的一种优选方案，在步骤4)中，在所述第二掺杂类型的外延层的表面形成第一掺杂类型的第二外延层包括以下步骤：

4-1)在所述第二掺杂类型的外延层的表面外延生长第三未掺杂外延层；

4-2)向所述第三未掺杂外延层内注入第一掺杂类型的离子。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的一种优选方案，在步骤4-2)之后还包括：

4-3)重复步骤4-1)～4-2)n次，其中，n为大于或等于1的整数。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的一种优选方案，在步骤4)与步骤5)之间还包括在所述第一掺杂类型的第二外延层的表面形成钝化保护层，并在所述钝化保护层内形成开口的步骤，所述开口暴露出所述第一掺杂类型的第二外延层。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的一种优选方案，在步骤6)中，所述第一电极形成于所述开口内的所述第一掺杂类型的第二外延层的表面。

本发明还提供一种双向瞬态电压抑制二极管，所述双向瞬态电压抑制二极管包括：

第一掺杂类型的衬底，所述第一掺杂类型的衬底包括第一表面及第二表面；

第一掺杂类型的第一外延层，位于所述第一掺杂类型的衬底的第一表面；

第二掺杂类型的外延层，位于所述第一掺杂类型的第一外延层的表面；

第一掺杂类型的第二外延层，位于所述第二掺杂类型的外延层的表面；

第一电极，位于所述第一掺杂类型的第二外延层的表面；

第二电极，位于所述第一掺杂类型的衬底的第二表面。

作为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的一种优选方案，所述双向瞬态电压抑制二极管还包括钝化保护层，所述钝化保护层位于所述第一掺杂类型的第二外延层表面，且所述钝化保护层内形成有开口，所述开口暴露出所述第一掺杂类型的第二外延层；所述第一电极位于所述开口内的所述第一掺杂类型的第二外延层的表面。

如上所述，本发明的双向瞬态电压抑制二极管及其制作方法，具有以下有益效果：1)仅对第一掺杂类型的衬底正面进行加工，制作工艺简单；2)根据二极管的耐压等级，可以选择各外延层的外延和注入次数，获得均匀的浓度分布。

附图说明

图1显示为现有技术中的双向瞬态电压抑制二极管的结构示意图。

图2显示为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法的流程图。

图3至图14显示为本发明的双向瞬态电压抑制二极管的制作方法在各步骤中的结构示意图。

元件标号说明

10第一掺杂类型的硅衬底

11第二掺杂类型的第一注入扩散层

12第二掺杂类型的第二注入扩散层

13阳极电极

14阴极电极

21第一掺杂类型的衬底

211第一表面

212第二表面

22第一掺杂类型的第一外延层

23第二掺杂类型的外延层

24第一掺杂类型的第二外延层

25第一电极

26第二电极

27第一未掺杂外延层

28第二未掺杂外延层

29第三未掺杂外延层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图请参阅图2至图14。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图2，本发明提供一种双向瞬态电压抑制二极管的制作方法，所述双向瞬态电压抑制二极管的制作方法至少包括以下步骤：

1)提供一第一掺杂类型的衬底，所述第一掺杂类型的衬底包括第一表面及第二表面；

2)在所述第一掺杂类型的衬底的第一表面形成第一掺杂类型的第一外延层；

3)在所述第一掺杂类型的第一外延层的表面形成第二掺杂类型的外延层；

4)在所述第二掺杂类型的外延层的表面形成第一掺杂类型的第二外延层；

5)在所述第一掺杂类型的第二外延层的表面形成第一电极；

6)在所述第一掺杂类型的衬底的第二表面形成第二电极。

执行步骤1)，请参阅图2中的s1步骤及图3，提供一第一掺杂类型的衬底2，所述第一掺杂类型的衬底21包括第一表面211及第二表面212。

作为示例，所述第一掺杂类型的衬底2为通过在衬底内注入第一掺杂类型的离子而得到。所述第一掺杂类型的衬底2可以为但不仅限于硅衬底。

执行步骤2)，请参阅图2中的s2步骤及图4至图6，在所述第一掺杂类型的衬底21的第一表面211形成第一掺杂类型的第一外延层22。

作为示例，在所述第一掺杂类型的衬底21的第一表面211形成第一掺杂类型的第一外延层22的方法为：在所述第一掺杂类型的衬底21的第一表面211直接外延生长所述第一掺杂类型的第一外延层22，如图4所示。直接外延生长的次数可以根据最终形成的所述双向瞬态电压抑制二极管的耐压等级进行选择，可以为一次、两次或多次。

作为示例，在所述第一掺杂类型的衬底21的第一表面211形成第一掺杂类型的第一外延层22包括以下步骤：

2-1)在所述第一掺杂类型的衬底21的第一表面211外延生长第一未掺杂外延层27，如图5所示；

2-2)采用离子注入工艺向所述第一未掺杂外延层27内注入第一掺杂类型的离子，以形成所述第一掺杂类型的外延层22，如图6所示。

作为示例，在步骤2-2)之后还可以包括：

2-3)重复步骤2-1)～2-2)n次，其中，n为大于或等于1的整数。n的具体数值可以根据最终形成的所述双向瞬态电压抑制二极管的耐压等级进行选择，n可以为任意大于或等于1的整数。

执行步骤3)，请参阅图2中的s3步骤及图7至图9，在所述第一掺杂类型的第一外延层22的表面形成第二掺杂类型的外延层23。

作为示例，在所述第一掺杂类型的第一外延层22的表面形成第二掺杂类型的外延层23的方法为：在所述第一掺杂类型的第一外延层22的表面直接外延生长所述第二掺杂类型的外延层23，如图7所示。直接外延生长的次数可以根据最终形成的所述双向瞬态电压抑制二极管的耐压等级进行选择，可以为一次、两次或多次。

作为示例，在所述第一掺杂类型的第一外延层22的表面形成第二掺杂类型的外延层23包括以下步骤：

3-1)在所述第一掺杂类型的第一外延层22的表面外延生长第二未掺杂外延层28，如图8所示；

3-2)采用离子注入工艺向所述第二未掺杂外延层28内注入第二掺杂类型的离子，以形成所述第二掺杂类型的外延层23，如图9所示。

作为示例，在步骤3-2)之后还包括：

3-3)重复步骤3-1)～3-2)n次，其中，n为大于或等于1的整数。n的具体数值可以根据最终形成的所述双向瞬态电压抑制二极管的耐压等级进行选择，n可以为任意大于或等于1的整数。

执行步骤4)，请参阅图2中的s4步骤及图10至图12，在所述第二掺杂类型的外延层23的表面形成第一掺杂类型的第二外延层24。

作为示例，在所述第二掺杂类型的外延层23的表面形成第一掺杂类型的第二外延层24的方法为：在所述第二掺杂类型的外延层23的表面直接外延生长所述第一掺杂类型的第二外延层24，如图10所示。外延生长的次数大于或等于一次。直接外延生长的次数可以根据最终形成的所述双向瞬态电压抑制二极管的耐压等级进行选择，可以为一次、两次或多次。

作为示例，在所述第二掺杂类型的外延层23的表面形成第一掺杂类型的第二外延层24包括以下步骤：

4-1)在所述第二掺杂类型的外延层23的表面外延生长第三未掺杂外延层29，如图11所示；

4-2)向所述第三未掺杂外延层29内注入第一掺杂类型的离子，以形成所述第一掺杂类 型的第二外延层24，如图12所示。

作为示例，在步骤4-2)之后还包括：

4-3)重复步骤4-1)～4-2)n次，其中，n为大于或等于1的整数。n的具体数值可以根据最终形成的所述双向瞬态电压抑制二极管的耐压等级进行选择，n可以为任意大于或等于1的整数。

作为示例，在步骤4)之后还包括在所述第一掺杂类型的第二外延层24的表面形成钝化保护层(未示出)，并通过光刻刻蚀工艺在所述钝化保护层内形成开口的步骤，所述开口暴露出所述第一掺杂类型的第二外延层24。

作为示例，所述钝化保护层可以为但不仅限于氧化硅层。所述开口对应于所述第一掺杂类型的衬底21内的有源区，即在对应于所述第一掺杂类型的衬底21的有源区上方的所述钝化保护层内形成所述开口。

执行步骤5)，请参阅图2中的s5步骤及图13，在所述第一掺杂类型的第二外延层24的表面形成第一电极25。

作为示例，通过在所述第一掺杂类型的第二外延层24的表面淀积金属层形成所述第一电极25，更为具体的，通过在所述开口内的所述第一掺杂类型的第二外延层24的表面淀积金属层形成所述第一电极25。所述第一电极25作为所述双向瞬态电压抑制二极管的阳极。

执行步骤6)，请参阅图2中的s6步骤及图14，在所述第一掺杂类型的衬底21的第二表面212形成第二电极26。

作为示例，通过在所述第一掺杂类型的衬底21的第二表面212淀积金属层形成所述第二电极26。所述第二电极26作为所述双向瞬态电压抑制二极管的阴极。

本实施例中的所述双向瞬态电压抑制二极管的制作方法中，仅对所述第一掺杂类型的衬底21正面(即第一表面211)进行加工，整个制作工艺比较简单；同时，在制作过程中，可以根据二极管的耐压等级，选择各外延层的外延和注入次数，以获得均匀的浓度分布。

实施例二

请继续参阅图14，本发明还提供一种双向瞬态电压抑制二极管，所述双向瞬态电压抑制二极管采用实施例一中所述的制作方法制作而得到，所述双向瞬态电压抑制二极管包括：第一掺杂类型的衬底21，所述第一掺杂类型的衬底21包括第一表面211及第二表面212；第一掺杂类型的第一外延层22，所述第一掺杂类型的第一外延层22位于所述第一掺杂类型的衬底21的第一表面211；第二掺杂类型的外延层23，所述第二掺杂类型的外延层23位于所述第一掺杂类型的第一外延层22的表面；第一掺杂类型的第二外延层24，所述第一掺杂类型的第二外延层24位于所述第二掺杂类型的外延层23的表面；第一电极25，所述第一电极25 位于所述第一掺杂类型的第二外延层24的表面；第二电极26，所述第二电极26位于所述第一掺杂类型的衬底21的第二表面212。

作为示例，所述双向瞬态电压抑制二极管还包括钝化保护层(未示出)，所述钝化保护层位于所述第一掺杂类型的第二外延层24表面，且所述钝化保护层内形成有开口，所述开口暴露出所述第一掺杂类型的第二外延层24；所述第一电极25位于所述开口内的所述第一掺杂类型的第二外延层24的表面。

综上所述，本发明提供一种双向瞬态电压抑制二极管及其制作方法，制作方法至少包括以下步骤：1)提供一第一掺杂类型的衬底，所述第一掺杂类型的衬底包括第一表面及第二表面；2)在所述第一掺杂类型的衬底的第一表面形成第一掺杂类型的第一外延层；3)在所述第一掺杂类型的第一外延层的表面形成第二掺杂类型的外延层；4)在所述第二掺杂类型的外延层的表面形成第一掺杂类型的第二外延层；5)在所述第一掺杂类型的第二外延层的表面形成第一电极；6)在所述第一掺杂类型的衬底的第二表面形成第二电极。本发明仅对第一掺杂类型的衬底正面进行加工，制作工艺简单；同时，根据二极管的耐压等级，可以选择各外延层的外延和注入次数，获得均匀的浓度分布。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。