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高速深槽TVS研究,程晓斐,,瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor)简称TVS,是一种电路保护器件用来保护敏感电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。TVS是一种��
国武技论文在线 Picosecond Main Supply voltage pRoces sor MemoryData Bus (e.g,12V) 图 电路保护示意图 普通的二极管都是平面二极管,流过器件的瞬态电流和结面积成正比,要想获得 大的放电能力,需要很大的器件血积。深槽则利用深槽的侧壁作为 极管的结, 获得更大的结面积和放电能力,以节省芯片面积。图是理想情氿卜深槽在结面均匀 放电,比之通常平面,很显然它有纵向和立体的结面积,而它的结面积取决于深槽的 深度和密度 P++5L 图深槽结构示意图 图高速深槽结构示意图 如图所小的深槽由于型衬底和深槽中型的掺杂浓度很高,使得两者 之间的结即 结电容很大,在电路使用中大大限制了其最髙工作速度。图 是高速深槽的结构示意图。通过引入型掺杂和低浓度掺杂的型外延来形成一个 国武技论文在线 结此结勢垒电容很小,通过这个结和二极管串联使用,使器件的整体 电容减小,提高接凵的工作速度。 高速深槽的工艺实现 高速深槽的工艺实现主要包括轻掺杂外延生长,深槽刻蚀,深槽填充掺杂等,主 要工艺流程如卜 衬底和外延片的选择 重掺杂的衬底可以得到较小的串连电阻从而降低,本实验采用:型衬底,电 阻率 外延生长 为了降低结势垒电容,需要生长低掺杂型外延,但是在型重掺杂的衬底上生 长型外延容易受到外延自掺杂和固态外扩散的影响,因此可以采用衬底背面生长多晶硅 和氮化硅的方法来减小外延自掺杂效应,同时采用两步外延牛长法来减小衬底固态扩散的影 响。本实验的轻掺杂外延的电阻率大于 深槽刻蚀工艺 深槽刻蚀要求深梄的侧壁光滑,深慒的深度和宽度稳定,这对深槽刻蚀工艺冇很高的要 求。本实验中使用刻蚀机,刻蚀宽度,深度,如图所示。 深榑填充和掺杂 深槽填允和掺杂有多种方法可以实现,可以用气态掺杂源 进行型掺杂,然后 用化学气象沉积方法在深槽内淀积或者钨作为电极;也可以直接用 在深槽内 淀积型掺杂 然后再用高温推进形成结,这样使得深槽掺杂和电极填充一步 完成 本实验采用 法在深槽内淀积型掺杂 然后进行高温推进,推进后的 方块电阻 接触孔和后道工艺 木实验后道工艺采用铝,背面减薄到 并淀积钛镍银作为背面电极,这样 能够减小体电阻 图是深槽刻蚀之后的剖面图,可以看到刻蚀情况良好,深槽深度均匀,侧壁光 滑,从上到下线宽略冇缩小,有利于后续的深槽掺杂和电极填充。 S4800 8 0kv 8.1 mm x2.50k SE(U) 0,u 图深槽刻蚀剖面图 国武技论文在线 图是使用 作为电极填充深槽的染色剖面图,可以看到在型填充并进 行热推进过稈后,整个深槽区域被扩散连通成型掺杂区域,与衬底之间形成了结。 图深槽 电极填充后的染色图 电参数性能测试与分析 通过上述工艺生产的芯片的直流测试参数如表所示,图是反向漏电测试曲线。 在工作电压下的反向漏电小于较小的漏电使得器件的諍态功耗较小。在电流 下的击穿电压达到,确保在工作电压下器件不会被击穿。器件正向导通电压为 工 r br curye 1,E04 D⊥ ▲D3 0.0102.]3.04,05.06.07 9010,[11.0 图高速深槽反向漏电和击穿山线 表高速深槽直流测试数据 Device leakage @5v (nA) BY @lm4 (v) Vf @luA (v) DI 23 8.6 D2 6 8.6 0.92 D3 4.6 8.7 0.91 国武技论文在线 在测试吋通常国际常用的 脉冲波形,测试结果如图所示,在钳制电压为 时约为,器件的放电特性良好。 』 rge current curve 20 图高速深糟峰值电流测试曲线 电容是影响 器件工作速度的重要参数,本实验测试电容所用的交流信号频率为 表是高速深槽分别在 直流偏置卜的电容,表是相同结面积的普 通深槽的电容测试值,显然扃速深槽的电容比相同结面积的普通深槽的电 容减小了以上,这对提高器件L作速度有极大的帮助。 表高速深槽电容测试 Cap Ov(of) Cap ( 2. by pf) Cap (bpf) 3.08 D4 3.02 2.37 D5 3.23 2.52 表具有相同结面积的普通深槽电容测试 Cap @0v(oF) Cap @2. 5v(pF)Cap @5v(pF) 313 153 114 292 10 297 103 156 119 国武技论文在线 高深槽T和普通v的司密比 三有相结画积 的西通槽w 呢 高诚T由容=线 2.5 直沆偏压(》 图具有相冋结面积的高深槽和普通深槽电容比较 结论分析与展望 木实验制造的高速深槽器件在反向击穿电压,反向漏电,正向导通电压,接口电 容,嵌位电压,峰值电沇方面均有良好的衣现,达到设计的要求,适用于晑端对于小封 装尺寸高速器件的需要。但是本实验工艺流程比较复杂,尤其是低浓度外延的生长, 髙深宽比理想形貌深槽的刻蚀以及多晶填充都对工芝控制提出的较髙的要求,这些关键工艺 步骤直接影响最后的器件点参数性能,对大规模生产是个挑战 近年来,匡内领域的发展已经逐渐成熟,各个方面的竞争也愈演愈烈。随着深槽 刻蚀技术的不断完善,深槽侧壁掺杂控制的加强,以及瞬态放电模型的建立,高端 对于小封装尺寸的器件的需要,高速深槽必然会得到广泛的应用,也必然在一定 程度上取代传统的器件 参考文献 微电子伺造科学原理与工程技术北京:电子工业出版社 半导休器件基础北京:电子工业出版社 周志敏浪涌电压抑制器及应用电源技术应用, 王宁瞬态电压抑制器的应用电源技术 朱丽娜闵靖硅外延片中的杂质控制上海有色金属

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