一种低电容的单向ESD保护器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种低电容的单向ESD保护器件，其P型材料正面设置P型倒掺杂区，P+扩散区，N+扩散区；N+扩散区上设置深能级杂质掺杂区；相邻两P+扩散区之间，以及相邻两N+扩散区之间，各设置介质层。介质层上分别设置阳极、阴极金属层。一种低电容的单向ESD保护器件的制造方法，包括以下步骤：一、制备P型材料。二、生长牺牲氧化层，正面设置P型倒掺杂区。三、正面设置P+扩散区，N+扩散区。四、正面光刻形成深能级掺杂区。五、去掉牺牲氧化层，淀积介质层，正面光刻形成阴极及阳极的接触孔区。六、正面光刻形成阳极金属层、阴极金属层。本申请实现低电容满足高速接口的需求，避免表面电压的提前击穿及电流泄放时的提前失效。穿及电流泄放时的提前失效。穿及电流泄放时的提前失效。

【技术实现步骤摘要】
一种低电容的单向ESD保护器件及其制造方法


[0001]本专利技术属于电子科学与
，主要涉及到集成电路静电放电(ESD
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Electrostatic Discharge)保护领域，具体为一种低电容的单向ESD保护器件及其制造方法。

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着关键作用。通常，ESD保护器件设计需要考虑：电压、电容、泄放能力这三个基本参数。在高速接口保护中，就需要在保证低电容的情况下，实现电压、泄放电流、高可靠性等其他特性。
[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深回扫电压在2V左右，明显低于3.3V、5V等常见电源电压，从而使得SCR结构在部分应用中，会产生闩锁，无法在ESD脉冲泄放后恢复到阻断状态，使得SCR结构器件应用场景受限。因此，BJT结构为大多数应用场景下的较优选择。
[0004]对于应用在高速接口中的BJT结构的单向ESD保护器件而言，一般采用带短接区的横向NPN结构。这是由于NPN具有更大的放大系数，性能更优其结构如图2所示，在P型材料101上形成P+扩散区103，N+扩散区104，表面钝化层113起到介质隔离的作用。阳极金属层107、阴极金属层108分别为ESD保护器件的阳极、阴极。
[0005]图2所示的带短接区的横向NPN结构为二极管结构及BJT结构的并联，其NPN的基极及发射极存在基区串联电阻。其I
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V特性曲线及等效电路图如图3所示，当阳极金属层107接高电位，阴极金属层108接低电位时，电流通过回路中P+扩散区103，P型材料101，N+扩散区104，表现为二极管的正向导通特性。当阴极金属层108接高电位，阳极金属层107接低电位时，首先N+扩散区104与P型材料101组成的二极管先发生雪崩击穿，雪崩电流先通过P+扩散区103到阳极。当基区电阻上的压降大于0.7V时，BJT导通，从而表现为如图所示的浅回扫击穿特性。如图2所示的单向ESD保护器件的保护结构为带短接区的横向NPN结构，相较二极管结构具有更低的电容，更强的泄放能力。由于击穿电压由反偏二极管决定，低击穿电压对应的P型材料101的掺杂浓度很高，对应的结电容也很大。所以图2所示的结构还无法满足的高速接口的低电容、强泄放能力等需求。
[0006]CN111370408A公开的一种低残压低电容单向ESD保护器件及其制作方法，包括N型单晶，N型单晶顶面设置三个隔离介质层，相邻两个隔离介质层之间设置正面金属区，N型单晶内，顶部一侧设有P型扩散区，另一侧设置相连的N型接触区、P型接触区，P型扩散区底部为N型调整区，顶部设相连的N型接触区与P型接触区，P型扩散区顶部的N型接触区、P型接触区和N型单晶内顶部另一侧的N型接触区、P型接触区分别设于N型单晶顶面的两个正面金属
区下方降低了残压。但是其为SCR可控硅整流器，只引入N型调整区，由于N型单晶区表面浓度与注入形成的N型调整区的浓度差异过大，导致I
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V特性呈现异常的分段回扫。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种降低结电容50~90%，实现低电容满足高速接口应用需求，避免I
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V特性异常，提高可靠性的低电容的单向ESD保护器件及其制造方法。
[0008]为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种低电容的单向ESD保护器件，包括：P型材料、P+扩散区，阳极金属层、阴极金属层；P型材料正面设置P型倒掺杂区，P+扩散区，N+扩散区；N+扩散区上光刻设置深能级杂质掺杂区；相邻两P+扩散区之间，以及相邻两N+扩散区之间，各设置表面介质层。介质层上分别设置阳极金属层、阴极金属层。
[0009]通过采用上述技术方案，当阳极金属层接高电位，阴极金属层接低电位时，特性表现为二极管的正向导通特性，当阴极金属层接高电位，阳极金属层接低电位时，特性表现为三极管的浅回扫击穿特性。
[0010]进一步的，该器件结构为左右对称，并串联连接形成的双向结构；其中两侧P+扩散区的间距>100um。
[0011]通过采用上述技术方案，防止横向寄生器件的开启。
[0012]进一步的，将P型材料替换成绝缘体上硅SOI，绝缘体上硅包含N+衬底材料，隔离槽，氧化层及P型材料。N+衬底材料通过氧化层设置P型材料，N+衬底材料、氧化层、P型材料上间隔设置隔离槽。
[0013]通过采用上述技术方案，更换材料后该双向结构的芯片面积在原有基础上减小30~50%。
[0014]一种低电容的单向ESD保护器件的制造方法，包括以下步骤：步骤一、制备P型材料。
[0015]步骤二、生长一层牺牲氧化层，正面光刻注入硼B，形成P型倒掺杂区。
[0016]步骤三、正面光刻注入浓硼B，扩散后形成P+扩散区，正面光刻注入浓磷P，扩散后形成N+扩散区。
[0017]步骤四、正面光刻注入深能级杂质铟In、铊TI、钴Co、或镍Ni，激活后形成深能级掺杂区。
[0018]步骤五、去掉牺牲氧化层，淀积介质层，正面光刻形成阴极及阳极的接触孔区。
[0019]步骤六、正面溅射或蒸发金属，合金完成后正面光刻形成阳极金属层、阴极金属层。
[0020]通过采用上述技术方案，P型倒掺杂区的引入，使得P型材料掺杂浓度只有原来的0.1%~1%，可以降低结电容50~90%，实现低电容满足高速接口的需求。P型倒掺杂区的引入，可以将击穿电压及泄放电流有表面引入体内。并且，表面深能级掺杂区的引入，实现更高的电阻，进一步避免了此处电流的趋边效应，避免了表面电压的提前击穿及电流泄放时的提前失效。通过此区域的合理设计，与常规结构相比，本专利技术的通流能力提高10
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30%。
[0021]进一步的，步骤一中的P型材料的晶向为<100>，电阻率为50~200Ω.cm。
[0022]通过采用上述技术方案，采用100晶向，50
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200欧姆电阻率的P型材料，相较<110>晶向及<111>晶向，表面缺陷最少，可以获得最低的漏电流及最高的可靠性。50~200Ω.cm可
以在保证得到极地电容的同时，避免由于高电阻率带来的表面漏电问题，提高了工艺的稳定性，降低了稳定量产的难度。
[0023]进一步的，步骤二中的牺牲氧化层的厚度为300
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1000
Å
。P型倒掺杂区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低电容的单向ESD保护器件，包括：P型材料（101）、P+扩散区（103），阳极金属层（107）、阴极金属层（108）；其特征在于：P型材料（101）正面设置P型倒掺杂区（102），P+扩散区（103），N+扩散区（104）；N+扩散区（104）上光刻设置深能级杂质掺杂区（105）；相邻两P+扩散区（103）之间，以及相邻两N+扩散区（104）之间，各设置介质层（106）；介质层（106）上分别设置阳极金属层（107）、阴极金属层（108）。2.按照权利要求1所述的一种低电容的单向ESD保护器件，其特征在于：该器件结构为左右对称，并串联连接形成的双向结构；其中两侧P+扩散区（103）的间距>100um。3.按照权利要求2所述的一种低电容的单向ESD保护器件，其特征在于：将P型材料（101）替换成绝缘体上硅SOI，绝缘体上硅包含N+衬底材料（110），隔离槽（111），氧化层（112）及P型材料（101）；N+衬底材料（110）通过氧化层（112）设置P型材料（101），N+衬底材料（110）、氧化层（112）、P型材料（101）上间隔设置隔离槽（111）。4.一种低电容的单向ESD保护器件的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、制备P型材料（101）；步骤二、生长一层牺牲氧化层（109），正面光刻注入硼B，形成P型倒掺杂区（102）；步骤三、正面光刻注入浓硼B，扩散后形成P+扩散区（103），正面光刻注入浓磷P，扩散后形成N+扩散区（104）；步骤四、正面光刻注入深能级杂质铟In、铊TI、钴Co、或镍Ni，激活后形成深能级掺杂区（105）；步骤五、去掉牺牲氧化层（109），淀积介质层（106），正面光刻形成阴极及阳极的接触孔区；步骤六、正面溅射或蒸发金属，合金完成后正面光刻形成阳极金属层（107）、阴极金属层（108）。5.按照权利要求4所述的一种低电容的单向ESD保护器件的制造方法，其特征在于：步骤一中的P型材料（101）的晶向为<100>，电阻率为50~200Ω.cm。6.按照权利要求4所述的一种低电容的单向ESD保护器...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨珏琳，宋文龙，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：