一种电压可调的双向ESD保护器件制造技术

本实用新型专利技术公开一种电压可调的双向ESD保护器件，包括N型衬底，N型衬底上生长有第一次P型外延层，第一次P型外延层注入扩散形成的P型势垒阻挡层，P型势垒阻挡层上生长的第二次P型外延层，第二次P型外延层表面注入扩散形成的N+掺杂层，隔离槽贯穿NPN结构，隔离槽上设有绝缘介质层，N+掺杂层和绝缘介质层上设有正面金属电极，N型衬底底部设有背面金属电极。大大降低了芯片成本并提高了工艺兼容性。

A bidirectional ESD protection device with adjustable voltage

【技术实现步骤摘要】
一种电压可调的双向ESD保护器件
本技术涉及电子科学与
，具体是一种电压可调的双向ESD保护器件。
技术介绍
静电放电(ESD)现象广泛存在于日常环境中，它对于精密的集成电路来讲确实致命的威胁，是造成集成电路产品损伤甚至失效的重要原因之一。集成电路产品在其生产、制造、装配以及工作过程中极易受到ESD的影响，造成产品内部损伤、可靠性降低。并且其应用环境会对，也会对电容、击穿电压、钳位特性等参数有相应要求。针对不同应用，系统对ESD保护器件的参数要求也不一样。根据工作电压不同，相应的ESD保护等级也分为3、5V、7V、12V、24V、36V等电压等级。根据数据传输速度的快慢也对电容有不同要求，针对直流传输或者低速数据传输，可采用普通电容系列的ESD保护器件降低成本；而针对USD3.0及以上的告诉交流传输需求，需要超低电容的ESD保护器件。而针对不同的应用环境，根据系统的负载工作区，对ESD的钳位电压也有相应要求，比如针对汽车总线网络保护应用，就需要ESD的钳位电压低但又不能低于电源电压。对于集成电路而言，通常用作ESD保护的器件有二极管、GGNMOS(栅接地的NMOS)、BJT(三极管)、SCR(可控硅)等。但在某些特定应用中，需要ESD保护器件具有特定的触发电压，电流泄放能力较强，同时还要求保持电压大于其应用的电压等级，以防止系统开启而导致失效。由于SCR的回扫电压极低，所以对于这一类特定要求的ESD保护，不能采用SCR结构，故采用BJT结构来达到大泄放电流的要求。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种高对称性能且回扫电压可控的双向ESD保护器件的制造方法，通过调整纵向NPN结构中的两次P型外延层的浓度及表面的N型出入浓度，尽量匹配正反向PN结的物理特性，从而获得高对称性。通过调节第一次外延后的硼埋层注入剂量，调节NPN管的放大系数，从而达到保持电压可控。本技术的技术方案为：一种电压可调的双向ESD保护器件，包括N型衬底、第一次P型外延层、第二次P型外延层、P型势垒阻挡层、N+掺杂区、隔离槽、隔离介质层、正面金属电极、背面金属电极，N型衬底上生长有第一次P型外延层，第一次P型外延层注入扩散形成的P型势垒阻挡层，P型势垒阻挡层上生长的第二次P型外延层，第二次P型外延层表面注入扩散形成的N+掺杂层，隔离槽贯穿NPN结构，隔离槽上设有绝缘介质层，N+掺杂层和绝缘介质层上设有正面金属电极，N型衬底底部设有背面金属电极。一种电压可调的双向ESD保护器件的制作方法，包括下列步骤：步骤1：准备N型衬底，在N型衬底上生长第一次P型外延层；步骤2：在第一次P型外延层上，生长一次牺牲氧化层，并高能注入一次P型杂质，并进入炉管进行一次高温推进，增加P型杂质在P型基区外延表面的高浓度结深，形成P型势垒阻挡层；步骤3：先进炉HCL气体吹扫，去掉表面氧化层，进行第二次P型外延层生长；步骤4：第二次P型外延层基区表面再次生长一次牺牲氧化层，并注入一次高能大束流的N型杂质注入形成N+掺杂层，高温退火并同时采用OED氧化增强扩散，增加表面PN结的结深，并生长一定厚度的氧化层；步骤5：光刻形成深槽区图形，并淀积隔离介质层形成深槽隔离区及隔离介质层；步骤6：在正面光刻并刻蚀打开接触孔区域，淀积金属层，对正面金属进行光刻、刻蚀，淀积钝化层，光刻并刻蚀出引线焊接区，即正面金属电极，圆片减薄完成背面金属合金，即背面金属电极。优选地，步骤2中的高温退火温度为1000~1100℃，优选为1050℃，退火时间为30min~120min，优选为60min，注入杂质可以为硼、镓、铟，注入杂质为硼，注入角度7°，注入能量为600~950Kev，优选为800Kev，注入剂量为5e14~2e15/cm2。优选地，步骤3中的第二次P型外延层，掺杂元素为硼、镓、铟，优选为硼，其厚度为5~10um，优选为8um，电阻率为0.2~1Ω·cm，优选电阻率为0.5Ω·cm。优选地，步骤4中的高温退火条件为1050~1150℃，优选为1100℃，时间为60min~150min，优选为90min，注入杂质元素可以为磷、砷，优选为磷，注入能量为100~200Kev，优选为160Kev，注入剂量1e15~5e15/cm2，优选为2e15/cm2，并结合1050℃湿氧条件下进行氧化增强扩散，温度为1000~1100℃，优选为1050℃，湿氧生长3000Å~5000Å的氧化层，优选厚度为4000Å，进一步增加N+结深的同时生长4000Å的二氧化硅作为深槽掩膜。优选地，步骤5中采用干法刻蚀深槽，并生长600~1500Å的二氧化硅，优选厚度为1000Å，再采用低压四乙氧基硅烷生长工艺淀积隔离介质层，再淀积一层PSG隔离介质。本技术的双向24VESD保护保护器件，相较传统纵向NPN三极管结构，改善了回扫电压过低的特性的同时还保持了三极管通流能力强的特性。相较传统两二极管封装的形式，极大地降低了芯片成本并缩小了封装成本。本技术的有益之处：1、本技术的P型势垒阻挡层可以调节NPN管的放大系数，使NPN的回扫电压可控，防止过压脉冲来临时保护器件回扫低于电源电压后保持开启状态，从而对电源提供保护。2、本技术制造的双向回扫电压可控的ESD保护器件的方法，与现有的相同性能的器件相比，芯片面积可以缩小40%，且只需采用单颗芯片，成本大幅降低。3、本技术制造双向回扫电压可控的ESD保护器件的方法，可以制作低至从5V，高至36V以上工作电压的双向结构，并且只需调节第一、第二次P型外延层浓度及厚度，便可实现双电电压的调节。一些非常规的双向电压不对称的特定ESD保护（例如7V/12V）需求，可以在一颗纵向芯片上完成，大大降低了芯片成本并提高了工艺兼容性。4、本技术制造双向回扫电压可控的ESD保护器件的方法，可以更过芯片面积的方法，可使用于一般高速信号的防护，为低成本的双向防护提供一种解决方案。附图说明图1为本技术的双向电压可控的ESD保护器件剖面结构图图2为常规双芯片封装的双向ESD保护器件封装布局示意图；图3为常规单芯片封装的双向ESD保护器件结构剖面示意图；图4是图1、图2、图3、三种结构I-V曲线对比。图5是本技术的第一步工艺，即N型衬底准备、原片清洗并生长第一层P型外延层；图6是本技术的第二步工艺，即P型杂质高能注入，高温退火形成P型势垒阻挡层；图7为本技术的第三步工艺，即圆片进炉生长第二次P型外延层图8为本技术的第四步工艺，即N+杂质高能大束流注入，高温退火并结合氧化增强扩散推结，表面生长一定厚度氧化层；图9为本技术的第五步工艺，双深槽并生长氧化层、并淀积绝缘介质层图10为本技术的第六步工艺，开金属接触孔、淀积正面金属光刻形成电极，背面减薄并金属化。图11为本技术的一种改良型结构剖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压可调的双向ESD保护器件，包括N型衬底、第一次P型外延层、第二次P型外延层、P型势垒阻挡层、N+掺杂区、隔离槽、隔离介质层、正面金属电极、背面金属电极，其特征在于：所述N型衬底上生长有第一次P型外延层，所述第一次P型外延层注入扩散形成的P型势垒阻挡层，所述P型势垒阻挡层上生长的第二次P型外延层，所述第二次P型外延层表面注入扩散形成的N+掺杂层，所述隔离槽贯穿NPN结构，所述隔离槽上设有绝缘介质层，所述N+掺杂层和绝缘介质层上设有正面金属电极，所述N型衬底底部设有背面金属电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种电压可调的双向ESD保护器件，包括N型衬底、第一次P型外延层、第二次P型外延层、P型势垒阻挡层、N+掺杂区、隔离槽、隔离介质层、正面金属电极、背面金属电极，其特征在于：所述N型衬底上生长有第一次P型外延层，所述第一次P型外延层注入扩散形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨珏琳，宋文龙，张鹏，
申请(专利权)人：成都吉莱芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51