一种低箝位保护器件结构制造技术

本实用新型专利技术半导体防护器件技术领域，涉及一种低箝位保护器件结构，在第二导电类型外延层内设有将器件分割成三个区域的第一导电类型隔离结构；在第一区域内形成低电容二极管D1，第二区域内形成低电容二极管D2，第三区域内形成放电管TSS，在第一导电类型隔离结构内形成TVS稳压二极管Z1，TVS稳压二极管Z1与放电管TSS并联，且与二极管D2串联，且二极管D2的正极与TVS稳压二极管D1的负极连接，同时接I/O端，二极管Z1的正极与二极管D1的正极均接地；本实用新型专利技术通过增加放电管TSS结构，在不增加器件面积，和工艺成本的基础上，降低了箝位电压，增加了电流能力，进而提高高速数据传输通道端口的ESD能力，保证数据完整性，同时防止耗散功率过高导致烧毁。

A Low Clamp Protective Device Structure

【技术实现步骤摘要】
一种低箝位保护器件结构
本技术涉及一种低箝位保护器件结构，属于半导体防护器件

技术介绍
瞬态电压抑制器（TVS）被广泛应用于ESD保护领域，在瞬态峰值脉冲电流作用下，如图2所示，流过TVS的电流，由原来的反向漏电流IR上升到IBR时，其两极呈现的电压由额定反向关断电压VRWM上升到击穿电压VBR，TVS被击穿。随着峰值脉冲电流的出现，流过TVS的电流达到峰值脉冲电流IPP。在其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压以下。而后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极的电压也不断下降，最后恢复到起始状态。如图1所示，现有集成单向低电容TVS，通常由低电容PIN二极管（D2）与普通TVS串联，再与低电容NIP二极管(D1)并联组成，由于二极管D1，D2都通过高阻外延形成，导致本身串联电阻大，箝位电压非常高，会引起耗散功率较高，容易被烧毁，同时IPP电流能力随之下降，抗浪涌能力下降，特别是在高速数据传输通道端口上，容易造成数据丢失。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种低箝位保护器件结构及其制作方法，通过增加放电管TSS结构，在不增加器件面积，和工艺成本的基础上，降低了箝位电压，增加了电流能力，进而提高高速数据传输通道端口的ESD能力，保证数据完整性，同时防止耗散功率过高导致烧毁。为实现以上技术目的，本技术的技术方案是：一种低箝位保护器件结构及其制作方法，包括第一导电类型衬底及位于第一导电类型衬底上的第二导电类型外延层，其特征在于，在所述第二导电类型外延层内设有将器件分割成三个区域的第一导电类型隔离结构，所述第一导电类型隔离结构从第二导电类型外延层表面延伸到第一导电类型衬底内；在第一区域内设有用于形成器件结构的低电容二极管D1，第二区域内设有用于形成器件结构的低电容二极管D2，第三区域内设有用于形成器件结构的放电管TSS，在所述第一导电类型隔离结构内形成TVS稳压二极管Z1，所述TVS稳压二极管Z1与放电管TSS并联，所述放电管TSS与低电容二极管D2串联，且低电容二极管D2的正极与低电容二极管D1的负极连接，同时接I/O端，TVS稳压二极管Z1的正极与低电容二极管D1的正极均接地。进一步地，在第一区域内，第二导电类型外延层表面设有第一第二导电类型阱区，所述第二导电类型外延层与第一导电类型衬底形成低电容二极管D1。进一步地，在第二区域内，第二导电类型外延层表面设有第二第一导电类型阱区和第二第二导电类型阱区，所述第二导电类型外延层与第二第一导电类型阱区形成低电容二极管D2，所述第二第一导电类型阱区通过第一金属线与第一区域内的第一第二导电类型阱区连接。进一步地，在第三区域内，第二导电类型外延层表面设有环形第二导电类型阱区，环形第二导电类型阱区内设有用于形成放电管TSS的第三第一导电类型阱区、第一导电类型深阱区及位于第一导电类型深阱区内的第三第二导电类型阱区，所述第二导电类型外延层、第一导电类型深阱区及位于第一导电类型深阱区内的第三第二导电类型阱区形成NPN管T1，所述第一导电类型深阱区、位于第一导电类型深阱区内的第三第二导电类型阱区及第三第一导电类型阱区形成的PNP管T2，所述第三第一导电类型阱区通过第二金属线与第二区域内的第二第二导电类型阱区连接。进一步地，在第一导电类型隔离结构内设有隔离区第二导电类型阱区，所述隔离区第二导电类型阱区与第一导电类型隔离结构形成TVS稳压二极管Z1，隔离区第二导电类型阱区通过第四金属线与环形第二导电类型阱区连接，第一导电类型隔离结构通过第三金属线分别与第三区域内的第一导电类型深阱区、第三第二导电类型阱区连接。进一步地，在所述第一导电类型衬底和第二导电类型外延层间设有不连贯的第二导电类型埋层，所述第二导电类型埋层上下分别被第二导电类型外延层和第一导电类型衬底包裹。为了进一步实现以上技术目的，本技术还提出一种低箝位保护器件结构及其制作方法的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一.选取第一导电类型衬底，在所述第一导电类型衬底上生长第二导电类型外延层；步骤二.在第二导电类型外延层表面注入第一导电类型离子并退火，形成第一导电类型隔离结构，第二导电类型外延层被分割成三个区域；步骤三.在第三区域内选择性注入第一导电类型离子后退火，形成第一导电类型深阱区；步骤四.在第二区域和第三区域内，通过选择型注入第一导电类型离子后退火，分别形成第二第一导电类型阱区和第三第一导电类型阱区；步骤五.在第二导电类型外延层表面继续选择性注入第二导电类型离子并退火，在第一区域内形成第一第二导电类型阱区、在第二区域内形成第二第二导电类型阱区、在第三区域内形成环形第二导电类型阱区、第三第二导电类型阱区及在第一导电类型隔离结构内的隔离区第二导电类型阱区；步骤六.在第二导电类型外延层表面淀积金属层，对金属层进行刻蚀，得到的第一金属线、第二金属线、第三金属线和第四金属线；步骤七.对器件背面减薄，并进行背面金属化，在第一导电类型衬底下表面形成金属电极，作为接地端。进一步地，在步骤六中，所述第一金属线连接第一第二导电类型阱区和第二第一导电类型阱区，所述第二金属线连接第二第二导电类型阱区和第三第一导电类型阱区，所述第三金属线连接第一导电类型深阱区、第三第二导电类型阱区及第一导电类型隔离结构，第四金属线连接环形第二导电类型阱区和隔离区第二导电类型阱区。进一步地，在步骤一后，在第一导电类型衬底上表面，通过选择性注入第二导电类型离子并退火，形成第二导电类型埋层，然后再生长第二导电类型外延层，生长过程中会牺牲部分第一导电类型衬底，使第二导电类型埋层高于第一导电类型衬底表面。进一步地，在步骤六后，还可在器件正面形成用于保护器件的钝化结构，所述钝化结构包括氮化硅或二氧化硅/氮化硅。进一步地，对于P型单向低电容TVS器件，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型；对于N型单向低电容TVS器件，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型与现有的单向低电容TVS器件相比，本技术具有以下优点：1）在现有TVS器件结构的基础上，增加一个放电管TSS结构，且放电管TSS与稳压二极管Z1并联，该结构能有效降低器件的箝位电压，增加电流能力，进而提高高速数据传输通道端口的ESD能力，保证数据完整性，同时能防止耗散功率过高导致器件烧毁；2）本技术器件结构面积不增加，同时不增加器件制作工艺成本；3）本技术器件的P型隔离结构是通过离子注入和退火得到的，使稳压二极管Z1制作在P型隔离结构中得以实现，通过稳压二极管Z1的击穿来触发放电导通，实现Snapback回扫特性，降低箝位电压，提高浪涌电流。附图说明图1为现有器件结构的电路原理图。图2为现有器件的伏安特性曲线图。图3为本技术器件结构的俯视结构示意图。图4为本技术器件结构的剖视结构示意图。图5为本技术器件结构的电路原理图。图6为本技术实施例中形成P型衬底、N型埋层和N型外延层后的剖视结构示意图。图7为本技术实施例中形成P型隔离结构后的剖视结构示意图。图8为本技术实施例中形成P型深阱和P型阱区后的剖视结构示意图。图9为本技术实施例中形成N型阱区后的剖视结构示意图。图10为本技术器件的伏安特性曲线图。附图标记说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低箝位保护器件结构，包括第一导电类型衬底（101）及位于第一导电类型衬底（101）上的第二导电类型外延层（301），其特征在于，在所述第二导电类型外延层（301）内设有将器件分割成三个区域的第一导电类型隔离结构（302），所述第一导电类型隔离结构（302）从第二导电类型外延层（301）表面延伸到第一导电类型衬底（101）内；在第一区域（1）内设有用于形成器件结构的低电容二极管D1，第二区域（2）内设有用于形成器件结构的低电容二极管D2，第三区域（3）内设有用于形成器件结构的放电管TSS，在所述第一导电类型隔离结构（302）内形成TVS稳压二极管Z1，所述TVS稳压二极管Z1与放电管TSS并联，所述放电管TSS与低电容二极管D2串联，且低电容二极管D2的正极与低电容二极管D1的负极连接，同时接I/O端，TVS稳压二极管Z1的正极与低电容二极管D1的正极均接地。

【技术特征摘要】
1.一种低箝位保护器件结构，包括第一导电类型衬底（101）及位于第一导电类型衬底（101）上的第二导电类型外延层（301），其特征在于，在所述第二导电类型外延层（301）内设有将器件分割成三个区域的第一导电类型隔离结构（302），所述第一导电类型隔离结构（302）从第二导电类型外延层（301）表面延伸到第一导电类型衬底（101）内；在第一区域（1）内设有用于形成器件结构的低电容二极管D1，第二区域（2）内设有用于形成器件结构的低电容二极管D2，第三区域（3）内设有用于形成器件结构的放电管TSS，在所述第一导电类型隔离结构（302）内形成TVS稳压二极管Z1，所述TVS稳压二极管Z1与放电管TSS并联，所述放电管TSS与低电容二极管D2串联，且低电容二极管D2的正极与低电容二极管D1的负极连接，同时接I/O端，TVS稳压二极管Z1的正极与低电容二极管D1的正极均接地。2.根据权利要求1所述的一种低箝位保护器件结构，其特征在于：在第一区域（1）内，第二导电类型外延层（301）表面设有第一第二导电类型阱区（305），所述第二导电类型外延层（301）与第一导电类型衬底（101）形成低电容二极管D1。3.根据权利要求1所述的一种低箝位保护器件结构，其特征在于：在第二区域（2）内，第二导电类型外延层（301）表面设有第二第一导电类型阱区（304）和第二第二导电类型阱区（306），所述第二导电类型外延层（301）与第二第一导电类型阱区（304）形成低电容二极管D2，所述第二第一导电类型阱区（304）通过第一金属线（11）与第一区域（1）内的第一第二导电类型阱区（305）连接。4.根据权利要求1所述的一种低箝位保护器件结构，其特征在于：在第三区域内，第二导电类型外延层（301）表面设有环形第二导电类型阱区（307），环形第...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾彦国，
申请(专利权)人：合肥诺华微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34