高通流能力的单向ESD保护器件制造技术

本实用新型专利技术公开一种高通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法，包括N型衬底材料，N型衬底材料正面外延有N型外延层，N型外延层内设有带高低不同的深浅PN结的P型扩散区，N型外延层上淀积隔离介质层，隔离介质层和P型扩散区外正面溅射或蒸发正面金属区，N型衬底材料背面减薄并金属化形成背面金属区。步骤1）制备N型衬底材料，生长一层N型外延层；步骤2）在N型外延层102上生长一层牺牲氧化层，获得高低不同的深浅PN结；步骤3）正面硼注入，形成P型扩散区；步骤4）：正面淀积隔离介质层，正面光刻形成接触孔区；步骤5）正面溅射或蒸发金属；形成正面金属区和背面金属区。形成结深不同的深浅结，进而获得更高的通流能力。

【技术实现步骤摘要】
高通流能力的单向ESD保护器件
本技术属于电子科学与
，主要涉及到集成电路静电放电(ESD-ElectrostaticDischarge)保护领域，具体是涉及到一种低压低电容单向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。随着半导体器件的工艺尺寸不断缩小，电路的应用环境日趋复杂，集成电路面临静电放电（ESD，ElectrostaticDischarge）的频率与冲击随之加强。在消费电子应用的接口端，诸如，DVI（数字视频接口，DigitalVisualInterface）、VGA（视频图形阵列接口，VideoGraphicsArrayInterface）、USB（通用串行总线，UniversalSerialBus）、HDMI(高清数字接口，HighDefinitionMultimediaInterface)等经常受到ESD的冲击。随着数据传输速度要求的不断提高，静电放电过程中的冲击电流越来越高，因此对于ESD保护器件的要求越来越高。这就要求ESD保护器件具有可以承受大电流冲击的能力。对于ESD保护器件而言，在使用时一般是与被保护器件进行并联。一方面，ESD保护器件对被保护器件的正常工作不产生影响，另一方面，当被保护器件的端口出现大电流的瞬态脉冲，ESD保护器件进入钳位模式，进行瞬态脉冲的大电流的泄放。以常规的单向ESD保护器件为例，其结构如图3所示，它包括：N型衬底材料101，N型外延层102，P型扩散区103，隔离介质层104，正面金属区105，背面金属区106。其IV特性示意图如图2所示，当背面金属区106加高电位，正面金属区105加负电位时，ESD保护器件雪崩击穿，呈现PN结反向击穿的钳位保护特性。当背面金属区106加低电位，正面金属区105加高电位时，ESD保护器件正向导通，呈现PN结正向导通的典型特性。对于常规的单向ESD保护器件，由P型扩散区103与N型外延层102组成的PN结的结面积决定这种结构的通流能力。PN结的结面积越大，通流能力越强。但是这意味着芯片的面积增大，芯片的制造成本更高。因此常规的单向ESD保护器件目前在使用中出现如下的问题：在芯片面积一定的情况下，其通流能力难以满足更高的产品要求。
技术实现思路
本技术提供了一种新的技术方案，可以提供一种高通流能力的单向ESD保护器件，可以在芯片面积不变、芯片加工工序不变的条件下，获得更高的通流能力。本技术的技术方案为：高通流能力的单向ESD保护器件，包括N型衬底材料，N型衬底材料正面外延有N型外延层，N型外延层内设有带高低不同的深浅PN结的P型扩散区，N型外延层上淀积隔离介质层，隔离介质层和P型扩散区外正面溅射或蒸发正面金属区，N型衬底材料背面减薄并金属化形成背面金属区。进一步地，当背面金属区加高电位，正面金属区加负电位时，ESD保护器件雪崩击穿，呈现PN结反向击穿的钳位保护特性，当背面金属区加低电位，正面金属区加高电位时，ESD保护器件正向导通，呈现PN结正向导通的典型特性。单向ESD保护器件的制作方法，包括下列步骤：步骤1）制备N型衬底材料，通过外延工艺生长一层N型外延层；步骤2）在N型外延层102上生长一层牺牲氧化层，在P型扩散区的光刻工艺中，设计大小不同的光刻窗口，合理优化大小窗口的间距，从而在P型扩散区进行扩散工艺完成后可以获得高低不同的深浅PN结，在P型扩散区光刻窗口的设计中，大窗口的尺寸命名为L1，小窗口的尺寸命名为L2，L1>L2，L1获得深的PN结，L2获得浅的PN结，正面光刻形成P型扩散区图形；步骤3）正面硼注入，硼推进，形成P型扩散区；步骤4）：正面淀积隔离介质层，正面光刻形成接触孔区；步骤5）正面溅射或蒸发金属；正面金属光刻，形成正面金属区，背面减薄，背面金属化，形成背面金属区。高通流能力的单向ESD保护器件的制作方法，步骤1）中的N型衬底材料的晶向为<111>，电阻率为0.002-0.006Ω.cm，N型外延层的电阻率为0.01-0.3Ω.cm，厚度为10-30um。进一步地，步骤2）中的牺牲氧化层的厚度为680-1000Å。进一步地，步骤3）中的硼注入剂量为3E15-8E15cm-2，能量为80-120KeV，硼推进的温度条件为1100-1200℃，时间为60-420min。进一步地，步骤4）中的隔离介质层为四乙氧基硅烷TEOS，厚度为5000-10000Å。进一步地，步骤5）中的正面溅射或蒸发的金属为铝或铝铜或铝硅铜，厚度为2-4um，合金的温度为360-430℃，时间为25-45min，背面减薄一般减薄至片厚为100-200um，背面金属化为TI/NI/AG，其中TI的厚度为1000-3000Å，NI的厚度为5000-7000Å，AG的厚度为10000-15000Å。本技术的有益之处：本技术可以在芯片面积不变、芯片加工工序不变的条件下，获得更高的通流能力。通过优化P型扩散区光刻图形中大小窗口的尺寸，可以形成结深不同的深浅结，进而获得更大的PN结结面积，即更高的通流能力，与常规结构相比，在芯片面积一定的条件下，本技术的通流能力可以提高50-60%。附图说明图1为本技术的一种高通流能力的单向ESD保护器件剖面结构图。图2为本技术的一种高通流能力的单向ESD保护器件IV特性示意图。图3为常规的单向ESD保护器件结构剖面示意图。图4是本技术的第1步工艺，即制备N型衬底材料，通过外延工艺生长一层N型外延层。图5是本技术的第2步工艺，即生长一层牺牲氧化层，正面光刻形成P型扩散区图形。图6是本技术的第3步工艺，即正面硼注入，硼推进，形成P型扩散区。图7是本技术的第4步工艺，即正面淀积隔离介质层，正面光刻形成接触孔区。图8是本技术的第5步工艺，即正面溅射或蒸发金属，正面金属光刻，形成金属区，合金，背面减薄，背面金属化。其中：101、N型衬底材料，102、N型外延层，103、P型扩散区，104、隔离介质层，105、正面金属区，106、背面金属区，108、牺牲氧化层。具体实施方式为了加深对本技术的理解，下面结合附图详细描述本技术的具体实施方式，该实施例仅用于解释本技术，并不构成对本技术的保护范围的限定。如图1-8所示，高通流能力的单向ESD保护器件，包括N型衬底材料101，N型衬底材料101正面外延有N型外延层102，N型外延层102内设有带高低不同的深浅PN结的P型扩散区103，N型外延层102上淀积隔离介质层104，隔离介质层104和P型扩散区103外正面溅射或蒸发正面金属区105，N型衬底材料101背面减薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高通流能力的单向ESD保护器件，其特征在于：包括N型衬底材料，所述N型衬底材料正面外延有N型外延层，所述N型外延层内设有带高低不同的深浅PN结的P型扩散区，所述N型外延层上淀积隔离介质层，所述隔离介质层和P型扩散区外正面溅射或蒸发正面金属区，所述N型衬底材料背面减薄并金属化形成背面金属区。/n

【技术特征摘要】
1.高通流能力的单向ESD保护器件，其特征在于：包括N型衬底材料，所述N型衬底材料正面外延有N型外延层，所述N型外延层内设有带高低不同的深浅PN结的P型扩散区，所述N型外延层上淀积隔离介质层，所述隔离介质层和P型扩散区外正面溅射或蒸发正面金属区，所述N型衬底材料背面减薄并金属化形成背面金属区...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文龙，杨珏琳，张鹏，李泽宏，许志峰，
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