一种可增强通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种可增强通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法，包括P型单晶材料、N+扩散区、P+扩散区、P扩散区、表面钝化层、金属层Ⅰ、金属层Ⅱ，其中P扩散区在金属层Ⅰ下方N+扩散区至金属层Ⅱ下方N+扩散区之间浓度逐渐降低，本发明专利技术在P扩散区光刻窗口的设计中，窗口的尺寸依次可以命名为：L1、L2、L3、L4、L5，窗口间距的尺寸依次可以命名为：D1、D2、D3、D4，L5>L4>L3>L2>L1，D1>D2>D3>D4，从而获P扩散区，从N+扩散区（金属层Ⅱ下方）到N+扩散区（金属层Ⅰ下方），P扩散区的浓度逐渐降低，形成由左至右的内建电场，从而可以获得更高的通流能力，通过合理设计P扩散区的光刻窗口尺寸，与常规结构相比，本发明专利技术的通流能力可以比常规结构提高20

【技术实现步骤摘要】
一种可增强通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法


[0001]本专利技术涉及电子科学与
，特别涉及一种可增强通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法。

技术介绍

[0002]静电放电(ESD)现象是引起集成电路产品损伤甚至失效的重要原因。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。因此，研究高性能、高可靠性的ESD防护器件对提高集成电路的成品率和可靠性具有至关重要的作用。通常，ESD保护器件的设计需要考虑以下三个方面的问题：一是ESD保护器件要能够泄放大电流；二是ESD保护器件具有特定的触发电压及低保持电压。三是ESD防护器件需要超低的寄生电容。
[0003]通常用作ESD保护的器件有二极管、BJT(三极管)、SCR(可控硅)等。BJT结构由于引入注入调制效应，获得浅回扫特性。SCR结构通过PNPN的正反馈机制，实现了深回扫特性。因此，从残压参数上，SCR结构最低，BJT结构次之，二极管结构最高。由于SCR结构深回扫后的电压只有2V左右，明显低于3.3V、5V等常见电源电压，从而使得SCR结构器件一直处于闩锁效应，无法在ESD脉冲泄放后恢复到阻断状态，使得SCR结构器件在应用时受到了一些限制。因此，综合考量来看，BJT结构是相对合理的选择，残压参数得到降低，同时应用场景限制相对较小。对于BJT结构的单向ESD保护器件而言，一般采用的结构为，在P型单晶材料101上形成N+扩散区102，P+扩散区103，P扩散区104，表面钝化层105起到介质隔离的作用，金属层107、金属层106分别表示单向ESD保护器件的两个电极端口，即为阳极、阴极，通流能力较低。
[0004]现有技术公开了一种高通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法（公开号CN 111599805A），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。制备步骤：制备N型衬底材料，生长一层N型外延层；在N型外延层上生长一层牺牲氧化层，获得高低不同的深浅PN结；正面硼注入，形成P型扩散区；正面淀积隔离介质层，正面光刻形成接触孔区；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，但可引入的电导调制效应不强，通流能力也有待优化加强。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种可以在芯片面积不变、芯片加工工序不变的条件下可增强通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：一种可增强通流能力的单向ESD保护器件，包括P型单晶材料、N+扩散区、P+扩散
区、P扩散区、表面钝化层、金属层Ⅰ、金属层Ⅱ，所述P型单晶材料内顶部依次设为N+扩散区、P扩散区、N+扩散区、P+扩散区，P型单晶材料顶面设有金属层Ⅰ、金属层Ⅱ，所述金属层Ⅰ与N+扩散区边缘、P扩散区与N+扩散区交界之间分别设有表面钝化区，金属层Ⅱ在N+扩散区与P扩散区交界、N+扩散区与P+扩散区交界、P+扩散区边缘分别设表面钝化区，所述P扩散区在金属层Ⅰ下方N+扩散区至金属层Ⅱ下方N+扩散区之间浓度逐渐降低。
[0007]一种可增强通流能力的单向ESD保护器件的制作方法，包括以下步骤：步骤1：制备P型单晶材料，晶向为<100>，电阻率为5
‑
50Ω.cm；步骤2：生长一层牺牲氧化层，牺牲氧化层的厚度为680
‑
1000
Å
，正面光刻形成N+扩散区图形，正面磷注入，磷注入剂量为3E15
‑
8E15cm
‑2，能量为80
‑
120KeV；步骤3：正面光刻形成P+扩散区图形，正面硼注入，硼推进，形成N+扩散区、P+扩散区，硼注入剂量为1E15
‑
3E15cm
‑2，能量为30
‑
80KeV，硼推进的温度为1050
‑
1150℃，时间为60
‑
180min，形成P+扩散区、N+扩散区；步骤4：正面光刻形成P扩散区图形，形成P扩散区光刻图形；步骤5：正面硼注入，硼推进，形成P扩散区，硼注入剂量为1E14
‑
5E14cm
‑2，能量为50
‑
100KeV，硼推进的温度为1000
‑
1100℃，时间为30
‑
90min，形成P扩散区，硼注入、硼推进的工艺条件根据PN结击穿电压的要求进行选择优化；步骤6：正面淀积隔离介质层，正面光刻形成的接触孔区，为：L1、L2、L3、L4、L5位置，相应的接触孔间隔区域为：D1、D2、D3、D4，区域内均为隔离介质层；步骤7：正面溅射或蒸发金属，合金。
[0008]进一步，步骤6中的隔离介质层为四乙氧基硅烷TEOS，厚度为5000
‑
10000
Å
，光刻接触孔后，淀积一层TI/TIN，在减小接触电阻的同时可以有效降低金属过热的失效比例。
[0009]优选的，步骤6中的隔离介质层为四乙氧基硅烷TEOS，厚度为7000
Å
，光刻接触孔后，淀积一层TI/TIN。
[0010]进一步，步骤7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。
[0011]优选的，步骤7中的正面溅射或蒸发的金属为铝或铝铜或铝硅铜，厚度为3um，合金的温度为400℃，时间为35min。
[0012]本专利技术的优点：1、本专利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；2、本专利技术在P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扩散区进行扩散工艺完成后可以获得由N+扩散区（金属层Ⅱ下方）到N+扩散区（金属层Ⅰ下方）方向逐步减小的渐变深度。在P扩散区光刻窗口的设计中，窗口的尺寸依次可以命名为：L1、L2、L3、L4、L5，窗口间距的尺寸依次可以命名为：D1、D2、D3、D4，L5>L4>L3>L2>L1，D1>D2>D3>D4，从而获P扩散区，从N+扩散区（金属层Ⅱ下方）到N+扩散区（金属层Ⅰ下方），P扩散区的浓度逐渐降低，形成由左至右的内建电场，从而可以获得更高的通流能力，通过合理设计P扩散区的光刻窗口尺寸，与常规结构相比，本专利技术的通流能力可以比常规结构提高20
‑
40%。
附图说明
[0013]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细叙述。
[0014]图1为本专利技术的剖面结构图；图2为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可增强通流能力的单向ESD保护器件，包括P型单晶材料、N+扩散区、P+扩散区、P扩散区、表面钝化层、金属层Ⅰ、金属层Ⅱ，其特征在于：所述P型单晶材料内顶部依次设为N+扩散区、P扩散区、N+扩散区、P+扩散区，P型单晶材料顶面设有金属层Ⅰ、金属层Ⅱ，所述金属层Ⅰ与N+扩散区边缘、P扩散区与N+扩散区交界之间分别设有表面钝化区，金属层Ⅱ在N+扩散区与P扩散区交界、N+扩散区与P+扩散区交界、P+扩散区边缘分别设表面钝化区，所述P扩散区在金属层Ⅰ下方N+扩散区至金属层Ⅱ下方N+扩散区之间浓度逐渐降低。2.一种根据权利要求1所述的可增强通流能力的单向ESD保护器件的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：制备P型单晶材料，晶向为<100>，电阻率为5
‑
50Ω.cm；步骤2：正面生长一层牺牲氧化层，牺牲氧化层的厚度为680
‑
1000
Å
，正面光刻形成N+扩散区图形，正面磷注入，磷注入剂量为3E15
‑
8E15cm
‑2，能量为80
‑
120KeV；步骤3：正面光刻形成P+扩散区图形，正面硼注入，硼推进，形成N+扩散区、P+扩散区，硼注入剂量为1E15
‑
3E15cm
‑2，能量为30
‑
80KeV，硼推进的温度为1050
‑
1150℃，时间为60
‑
180min，形成P+扩散区、N+扩散区；步骤4：正面光刻形成P扩散区图形，形成P扩散区光刻图形；步骤5：正...

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