低电容低电压半导体过压保护器件制造技术

本发明专利技术公开了一种低电容低电压半导体过压保护器件，芯片层包括N型衬底、在N型衬底上方和下方对称扩散有P2基区和N型区以及发射极N型掺杂区，在发射极N型掺杂区与P2基区扩散有P1基区，所述P1和P2为P型变掺杂基区。将基区扩散分为两次，实现变掺杂基区，P1基区为高浓度P型掺杂扩散，P2基区为低浓度P型掺杂扩散，从而使得PN结两侧高浓度区域面积大大缩小，保证低压以及过压保护功能的同时，大大减小了该PN结的寄生结电容，实现了低电容设计目标，工艺简单，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低电容过压保护器件，具体地涉及一种低电容低电压半导体过压保护器件。
技术介绍
随着通讯/通信技术的日新月异，高清视频、高速网络的发展日趋迅猛，相关设备信号接口对低压过压保护器件的电容要求越来越高。目前主流固体放电管的纵向设计结构，如图1所示，一般包括双面硼扩散和双面磷扩散两个工艺。其中结电容为P基区与N型衬底以及边缘低级穿区交界处所寄生。由于低压产品需要PN结两端扩散都达到很高浓度，根据结电容计算公式：常规低压过压保护器件寄生电容会非常大，通常在100PF以上，但是这个数量级的结电容在高速通讯/通信领域无法满足数据传输的要求。中国专利文献CN1851927公开了一种低电容过压保护器件，其电容要求在30pF以下。该装置由发射结、集电结、引脚及引线框架的半导体器件等组成，该芯片由三个P-N结组成双端四层双向对称结构，每一组自上而下依次分别掺杂为N2、P2、N1、P1四层。其虽然也能满足结电容要求在30pF以下，但是结构还是比较复杂，制作工艺复杂，制作成本相对来说比较高。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术目的是：提供一种低电容低电压半导体过压保护器件，将基区扩散分为两次，实现变掺杂基区，P1基区为高浓度P型掺杂扩散，P2基区为低浓度P型掺杂扩散，从而使得PN结两侧高浓度区域面积大大缩小，保证低压以及过压保护功能的同时，大大减小了该PN结的寄生结电容，实现了低电容设计目标，工艺简单，成本低廉。本专利技术的技术方案是：一种低电容低电压半导体过压保护器件，芯片层包括N型衬底、在N型衬底上方和下方对称扩散有P2基区和N型区以及发射极N型掺杂区，其特征在于，在发射极N型掺杂区与P2基区扩散有P1基区，所述P1基区和P2基区为P型变掺杂基区。优选的，所述P1基区为高浓度P型掺杂基区，所述P2基区为低浓度P型掺杂基区。优选的，芯片层表面为金属化电极区。优选的，所述金属化电极区包括四层，分别为铝、钛、镍和银。本专利技术还公开了一种低电容低电压半导体过压保护器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S01：在晶圆表面扩散形成双面P1基区，所述P1基区为高浓度P型杂质区域；S02：扩散形成P2基区与P1基区重叠，所述P2基区为低浓度P型杂质区域；S03：N1磷区扩散，与P1基区形成低击穿的PN结，并同时形成发射极N型掺杂。优选的，具体包括以下步骤：S11：晶圆表面一次氧化，形成场氧阻挡层：炉温1100℃、氧气4L/min、氢气5L/min，形成的目标氧化层厚度为1.5μm±10％；S12：扩散形成P1基区：在炉温1000℃、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源淀积，淀积时间为30min；在炉温1200℃、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源推进，推进时间为200min，使用四探针测试扩散方块电阻为15Ω±10％，结深为23μm±10％；S13：扩散形成P2基区：在炉温950℃、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源淀积，淀积时间为18min；在炉温1200℃、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源推进，推进时间为500min，使用四探针测试扩散方块电阻为50Ω±10％，结深20μm±10％；S14：N1磷区扩散：在炉温1050℃、氧气2L/min、氮气3L/min、携源氮气1L/min下进行磷源淀积，淀积时间为18min；在炉温1100℃、氧气2L/min、氮气3L/min下进行磷源推进，推进时间为260min，使用四探针测试扩散方块电阻为1Ω±10％，结深10μm±10％；S15：淀积金属化层：通过离子束金属化蒸发台工艺淀积金属化层。优选的，所述步骤S15的金属化层为四层，依次分别为铝1μm、钛0.3μm、镍0.7μm、银0.5μm。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1.将基区扩散分为两次，实现变掺杂基区，P1基区为高浓度P型掺杂扩散，P2基区为低浓度P型掺杂扩散，从而使得PN结两侧高浓度区域面积大大缩小，保证低压以及过压保护功能的同时，大大减小了该PN结的寄生结电容，实现了低电容设计目标。可以广泛应用在高清安防设备中，具有良好的应用前景。2.该低电容低电压半导体过压保护器件，结构简单，实现工艺简单，大大降低了成本。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为现有低电压过压保护器件的纵向结构示意图；图2为本专利技术低电容低电压半导体过压保护器件的纵向结构示意图；图3为本专利技术低电容低电压半导体过压保护器件的制备方法流程图；图4为本专利技术P1基区的扩散范围示意图；图5为本专利技术P2基区的扩散范围示意图；图6为本专利技术N1基区的扩散范围示意图；图7为本专利技术金属化电极区的扩散范围示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。实施例：如图2所示，一种低电容低电压半导体过压保护器件，芯片层包括N型衬底1、在N型衬底1上方和下方对称扩散有P2基区2和N型区3以及发射极N型掺杂区4，在发射极N型掺杂区4与P2基区2扩散有P1基区5，P1基区5为高浓度P型掺杂基区，P2基区2为低浓度P型掺杂基区。芯片层表面为金属化电极区6。金属化电极区6包括四层，铝1μm、钛0.3μm、镍0.7μm、银0.5μm。如图3所示，本专利技术的一种低电容低电压半导体过压保护器件的制备方法，包括以下步骤：S01：在晶圆表面扩散形成双面P1基区，所述P1基区为高浓度P型杂质区域，该区域电容值为CP1；S02：扩散形成P2基区与P1基区重叠，所述P2基区为低浓度P型杂质区域，该区域总电容值约为CP1+CP2；S03：N1磷区扩散，与P1基区形成低击穿的PN结，并同时形成发射极N型掺杂。本专利技术的过压保护器件由扩散炉制成，使用的晶圆参数为：电阻率40～50Ω/cm厚度220μm±10％；具体包括以下步骤：S11：晶圆表面一次氧化，形成场氧阻挡层：炉温1100℃、氧气4L/min、氢气5L/min，形成的目标氧化层厚度为1.5μm±10％；S12：扩散形成P1基区：在炉温1000℃、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源淀积，淀积时间为30min；在炉温1200℃、氧气2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低电容低电压半导体过压保护器件，芯片层包括N型衬底、在N型衬底上方和下方对称扩散有P2基区和N型区以及发射极N型掺杂区，其特征在于，在发射极N型掺杂区与P2基区扩散有P1基区，所述P1基区和P2基区为P型变掺杂基区。

【技术特征摘要】
1.一种低电容低电压半导体过压保护器件，芯片层包括N型衬底、在N型衬底上方和下
方对称扩散有P2基区和N型区以及发射极N型掺杂区，其特征在于，在发射极N型掺杂区与P2
基区扩散有P1基区，所述P1基区和P2基区为P型变掺杂基区。
2.根据权利要求1所述的低电容低电压半导体过压保护器件，其特征在于，所述P1基区
为高浓度P型掺杂基区，所述P2基区为低浓度P型掺杂基区。
3.根据权利要求1所述的低电容低电压半导体过压保护器件，其特征在于，芯片层表面
为金属化电极区。
4.根据权利要求3所述的低电容低电压半导体过压保护器件，其特征在于，所述金属化
电极区包括四层，分别为铝、钛、镍和银。
5.一种低电容低电压半导体过压保护器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：在晶圆表面扩散形成双面P1基区，所述P1基区为高浓度P型杂质区域；
S02：扩散形成P2基区与P1基区重叠，所述P2基区为低浓度P型杂质区域；
S03：N1磷区扩散，与P1基区形成低击穿的PN结，并同时形成发射极N型掺杂。
6.根据权利要求5所述的低电容低电压半导体过压保护器件的制备方法，其特征在于，
具体包括以下步骤：
S11：晶圆表面一次氧化，形成场氧阻挡层：炉温1100℃、氧气4L/min、氢气5L/min，形成
的目标氧化层厚度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海，
申请(专利权)人：昆山海芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32