一种TVS器件及其制造方法与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种tvs器件及其制造方法。

背景技术：

1、瞬态电压抑制器(tvs)被广泛应用于esd保护领域，传统的tvs器件普遍采用二极管结构，存在箝位电压高，箝位系数大的缺点，难以有效保护电路。

2、现有技术中，提供一种scr结构的tvs器件，能够有效地降低箝位系数，但是使用该结构的tvs器件存在触发电压高、易触发闩锁效应、esd窗口难以优化等问题。

3、因此，如何在不影响器件其他性能的情况下降低箝位系数，是目前需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种tvs器件及其制造方法，能够降低器件箝位系数，提高器件的静电防护及电流泄放能力。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种tvs器件，包括：

3、基板主体，所述基板主体包括元胞区、触发区和终端区；所述元胞区中形成有mos管，所述触发区中形成有tvs管；所述tvs管为二极管结构，所述二极管的p区和n区通过对硅进行掺杂形成，且所述p区和n区横向设置；

4、所述基板主体上形成有栅极电阻、栅极结构、互连金属；

5、所述栅极结构与所述mos管的栅极相连接；所述互连金属使所述tvs管的阳极通过所述栅极结构与所述mos管的栅极相连接；使所述栅极电阻并联于所述tvs管的阳极与所述mos管的源极之间；使所述mos的漏极与所述tvs的阴极相连。

6、可选方案中，所述终端区环绕于所述元胞区的外周；所述终端区包括分压内环和分压外环，所述分压内环和所述分压外环之间为所述触发区。

7、可选方案中，所述元胞区位于所述基板主体的中央，所述触发区位于所述元胞区的一侧边缘，所述终端区为环形，将所述元胞区和所述触发区包围在内。

8、可选方案中，所述基板主体包括第一导电类型的衬底和形成在所述衬底上的同质外延层，所述衬底的掺杂浓度大于所述外延层的掺杂浓度；

9、所述触发区包括：形成在所述外延层中的第一导电类型的第一掺杂区、第二导电类型的第二掺杂区，所述第一掺杂区和所述第二掺杂区在横向方向上相接触，以构成所述tvs管。

10、可选方案中，所述触发区还包括形成在所述基板主体背面的所述衬底中的第二导电类型的背面掺杂区，使二极管结构的所述tvs管转化为pnp结构或npn结构。

11、可选方案中，所述基板主体包括第一导电类型的衬底和形成在所述衬底上的同质外延层，所述衬底的掺杂浓度大于所述外延层的掺杂浓度；还包括：形成在所述外延层中的多晶硅、第二导电类型的基区，形成在所述基区的第一导电类型的源区和重掺杂第二导电类型的体区；所述源区作为所述mos管的源极，所述衬底作为所述mos管的漏极，所述多晶硅构成所述mos管的栅极、所述栅极结构和所述栅极电阻；或者所述栅极电阻由所述基区构成。

12、可选方案中，所述基板主体背面的所述衬底中形成有第二导电类型的背面掺杂区，使所述mos管转变为igbt管；所述栅极结构与所述igbt管的栅极相连接；所述互连金属使所述tvs管的阳极通过所述栅极结构与所述igbt管的栅极相连接；使所述栅极电阻并联于所述tvs管的阳极与所述igbt管的发射极之间；使所述igbt的集电极与所述tvs管的阴极相连。

13、可选方案中，所述互连金属与所述源区、所述体区、所述第二掺杂区、所述多晶硅的表面相接触。

14、本发明还提供了一种tvs器件的制造方法，包括：

15、提供基板主体，并规划出元胞区、触发区和终端区；

16、在所述元胞区形成mos管；在所述触发区形成tvs管，所述tvs管为二极管结构；在所述终端区形成分压内环和分压外环；在所述元胞区至所述触发区形成栅极电阻和栅极结构，所述栅极结构和所述mos管的栅极相连接；

17、形成互连金属，使所述tvs管的阳极通过所述栅极结构与所述mos管的栅极相连接；使所述栅极电阻并联于所述tvs管的阳极与所述mos管的源极之间；使所述mos的漏极与所述tvs管的阴极相连。

18、可选方案中，所述基板主体包括：第一导电类型的衬底和形成在所述衬底上的同质外延层，所述衬底的掺杂浓度大于所述外延层的掺杂浓度；

19、形成所述栅极电阻、所述栅极结构、所述分压内环和所述分压外环包括：

20、在所述外延层上形成栅极电阻沟槽、栅极结构沟槽、分压内环沟槽和分压外环沟槽；

21、在所述栅极电阻沟槽、栅极结构沟槽、分压内环沟槽和分压外环沟槽的内壁形成第一氧化层，之后再形成多晶硅，以形成所述栅极电阻、所述栅极结构、所述分压内环和所述分压外环。

22、可选方案中，形成所述tvs管和所述mos管包括：

23、在所述元胞区的所述外延层上形成栅极沟槽，且所述栅极沟槽和所述栅极结构沟槽相连通；在所述栅极沟槽的内壁形成第一氧化层，之后在所述栅极沟槽中形成多晶硅；

24、利用光刻及注入工艺，在所述触发区形成第一导电类型的第一掺杂区；

25、利用光刻及注入工艺，在整个所述外延层表面形成第二导电类型的基区；

26、利用光刻、注入及扩散工艺，在所述触发区的基区形成第二导电类型的第二掺杂区；

27、利用光刻、注入及退火工艺，在所述元胞区形成第一导电类型的源区；

28、利用光刻、注入及退火工艺，在所述元胞区的所述基区中形成重掺杂第二导电类型的体区；

29、利用薄膜工艺，形成表面氧化层，覆盖整个所述外延层；

30、在所述表面氧化层中形成接触孔，以暴露出所述体区、所述源区、所述多晶硅、所述第二掺杂层的表面；

31、在所述接触孔中及所述表面氧化层上形成正面金属；

32、背面减薄所述衬底，并形成背面金属；

33、所述正面金属和所述背面金属构成所述互连金属；

34、所述触发区中的所述第一掺杂区和所述第二掺杂区构成所述tvs管；所述元胞区的所述源区作为所述mos管的源极，所述衬底作为所述mos管的漏极，所述栅极沟槽中的多晶硅构成所述mos管的栅极。

35、可选方案中，所述方法还包括：在所述基板主体背面的所述衬底中形成第二导电类型的背面掺杂区，使二极管结构的所述tvs管转化为pnp结构或npn结构；使所述mos管转变为igbt管；所述栅极结构与所述igbt管的栅极相连接；所述互连金属使所述tvs管的阳极通过所述栅极结构与所述igbt管的栅极相连接；使所述栅极电阻并联于所述tvs管的阳极与所述igbt管的发射极之间；使所述igbt的集电极与所述tvs管的阴极相连。

36、可选方案中，所述第二掺杂区的深度小于等于所述触发区中的沟槽的深度。

37、可选方案中，所述栅极电阻沟槽、所述栅极结构沟槽、所述分压内环沟槽、所述分压外环沟槽和所述栅极沟槽在同一步骤中形成，以及在所述栅极电阻沟槽、栅极结构沟槽、分压内环沟槽、分压外环沟槽和所述栅极沟槽内同步形成所述第一氧化层和所述多晶硅。

38、可选方案中，所述终端区环绕于所述元胞区的外周；所述终端区包括分压内环和分压外环，所述分压内环和所述分压外环之间为所述触发区。

39、可选方案中，所述元胞区位于所述基板主体的中央，所述触发区位于所述元胞区的一侧边缘，所述终端区为环形，将所述元胞区和所述触发区包围在内。

40、本发明的有益效果在于：

41、本发明将tvs管的动态电阻转换为mos管的跨导，mos管具有负的温度系数，这两点使本发明与传统tvs器件相比具有更小的单位面积动态电阻，降低了器件箝位系数，提高了器件的静电防护及电流泄放能力。