一种双层TVS用外延片及其制备方法与应用与流程

本发明属于半导体，具体为一种双层tvs用外延片及其制备方法与应用。

背景技术：

1、瞬态电压抑制器（transient voltage suppressor，tvs）是一种用于电压瞬变和浪涌防护的半导体器件，具有箝位系数小、体积小、响应快、漏电流小、可靠性高等优点，在电压瞬变和浪涌的防护上得到广泛应用。随着高频电路保护需求的不断提升，低电容tvs器件由高阻外延的雪崩二极管与低阻衬底的导引二极管组合而成，其中的低电容导引二极管需要在重掺杂的衬底上生长高电阻率的n型外延层。

2、外延生长是在单晶衬底的表面沿着衬底原有的晶向生长一层单晶薄层的方法。在tvs器件的制备中，典型的外延结构为n型重掺衬底/p型重掺内层/n型高阻外层（电阻率＞300ω·cm）的双层外延结构。然而，在上述结构的制备过程中，存在以下技术难题：

3、首先，外延生长过程中的高温环境（通常高于1000℃）使得衬底及已生长外延层中的杂质原子极易从正面、衬底边缘甚至背面通过气态形式蒸发到反应室的气相中，衬底的掺杂剂原子随着外延反应重新沉积到硅片表面，形成外延层自掺杂。自掺杂的程度主要取决于衬底杂质扩散能力、衬底杂质浓度、温度、反应腔室洁净度等因素。对于n型重掺as衬底/p型重掺内层/n型高阻外层的结构而言，内层为重掺p型层（掺杂剂为硼），外层为轻掺杂n型高阻层。在外延生长外层n型高阻层的过程中，内层p型重掺层中的硼杂质在高温下会发生固相外扩散——即掺杂物在硅衬底与外延层的接触面由衬底侧扩散至外延层侧——同时也会通过气相形式蒸发进入反应腔室，造成气相自掺杂。上述两种机制共同作用，导致p型杂质（硼）大量进入n型高阻外延层。

4、当p型杂质的扩散浓度超过n型掺杂浓度时，外层n型高阻层将被反扩为p型，造成器件失效。这一问题在重掺杂衬底上生长相反导电类型的轻掺杂外延层时尤为突出。因此，有效抑制双层tvs外延片中内层p型重掺层对外层n型高阻层的反扩影响，确保外层电阻率满足＞300ω·cm的器件设计要求，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决背景技术描述的问题，本发明提供了一种双层tvs用外延片的制备方法，

2、包括以下步骤：

3、（1）在n型衬底上生长p型重掺内层；

4、（2）在所述p型重掺内层上生长n型高阻外层；

5、其中，所述p型重掺内层采用第一外延设备反应室进行生长，所述n型高阻外层采用第二外延设备反应室进行生长；过程中需注意，p型重掺内层从第一外延设备反应室取出后表面容易吸附颗粒等杂质沾污，再经二次外延后容易产生表面缺陷，影响产品质量，因此内层外延结束取出后产品需要进行清洗后再外延外层。

6、并且，在生长所述n型高阻外层的过程中，同步通入n型掺杂剂，中和所述p型重掺内层中反扩的p型杂质。

7、进一步的，所述第一外延设备反应室为单片外延设备反应室，所述第二外延设备反应室为多片外延设备反应室。

8、进一步的，所述p型重掺内层生长的外延温度为1110~1130℃，生长速率为2~3μm/min，掺杂源为20000ppm硼烷，掺杂流量为180~190sccm，p型重掺内层的厚度为2~3μm，电阻率为0.01~0.02ω*cm。

9、进一步的，生长所述n型高阻外层时，向反应室内通入纯sihcl3进行本征外延，同步通入微量n型掺杂剂磷烷，所述n型掺杂剂浓度为30ppm，通入量为25 sccm ~ 35 sccm，生长温度为1050~1070℃，生长速率为1.5~2.5μm/min，所述n型高阻外层的有效平区厚度为5μm ~ 7μm。

10、进一步的，所述n型衬底为n型重掺as衬底。

11、本发明制得的这种外延片，n型高阻外层的电阻率＞300ω·cm，可用于制备低电容瞬态电压抑制器件，低电容瞬态电压抑制器件用于高频信号接口的静电放电保护和/或浪涌保护。

12、采用上述技术方案，本发明取得的有益效果：本发明将p型重掺内层与n型高阻外层分别采用不同型号的外延设备反应室进行生长，即内层p重掺低阻层使用单片外延设备反应室、外层n型高阻层使用多片外延设备反应室。通过这种分设备生长方式，有效避免了p型掺杂剂与n型掺杂剂在同一机台加工时因管道残留而导致的np互相沾污问题，消除了反应室系统自掺杂对外延层纯度的影响，使得各外延层的掺杂类型和掺杂浓度能够得到独立、精确的控制，大幅提升了产品良率和批次一致性。

13、本发明在生长n型高阻外层时，在纯度外延的同时同步混入微量n型掺杂剂，利用n型杂质对高温外延过程中内层重掺p型层中硼杂质发生固相外扩散所引入的p型杂质进行靶向中和，从而有效抑制了内层重掺p型层对外层n型高阻层的反扩效应，确保外层不被反扩成p型，使n型高阻外层的有效平区厚度和电阻率均满足＞300ω·cm的器件设计要求。上述两个技术手段相互协同，分设备生长避免了反应室交叉沾污所引入的额外p型杂质干扰，使得同步混入的n型掺杂剂能够以精确的剂量针对固相外扩散进行有效中和，共同保证了双层tvs外延片的产品质量。

1.一种双层tvs用外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一外延设备反应室为单片外延设备反应室，所述第二外延设备反应室为多片外延设备反应室。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述p型重掺内层生长的外延温度为1110~1130℃，生长速率为2~3μm/min，掺杂源为20000ppm硼烷，掺杂流量为180~190sccm，p型重掺内层的厚度为2~3μm，电阻率为0.01~0.02ω*cm。

4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生长所述n型高阻外层时，向反应室内通入纯sihcl3进行本征外延，同步通入微量n型掺杂剂磷烷，所述n型掺杂剂浓度为30ppm，通入量为25 sccm ~ 35 sccm，生长温度为1050~1070℃，生长速率为1.5~2.5μm/min，所述n型高阻外层的有效平区厚度为5μm ~ 7μm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述n型衬底为n型重掺as衬底。

6.一种双层tvs用外延片，其特征在于，采用如权利要求1至5任一项所述的制备方法制得，所述n型高阻外层的电阻率＞300ω·cm。

7.权利要求6外延片的应用，其特征在于，在制备低电容瞬态电压抑制器件中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述低电容瞬态电压抑制器件用于高频信号接口的静电放电保护和/或浪涌保护。