单向ESD保护器件、相应的电路系统及该器件的制备方法技术方案

本发明专利技术公开了单向ESD保护器件，包括：N+衬底；N

【技术实现步骤摘要】
单向ESD保护器件、相应的电路系统及该器件的制备方法


[0001]本专利技术涉及电路保护领域，特别涉及单向ESD保护器件、具有单向ESD保护器件的电路系统及单向ESD保护器件的制备方法。

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，研究高性能的ESD防护器件对提高集成电路的成品率和可靠性具有极为重要的作用。
[0003]通常用作ESD保护的器件有二极管、BJT(三极管)、SCR(可控硅)等。二极管是最典型，也是最常用的ESD器件结构，利用其反向击穿特性将ESD浪涌脉冲钳位到一个较低的电压水平进行泄放，从而有效的保护后端产品。
[0004]对于二极管结构的ESD保护器件而言，一般采用如图1所示的结构。在N+衬底101'上外延形成N
‑
外延层102'，正面进行光刻、硼注入、推进，形成P
‑
扩散区104'；正面进行光刻、磷注入、推进，形成N+扩散区103'；正面光刻、硼注入、推进，形成P+扩散区105'。表面钝化层106'起到介质隔离的作用。第一金属层107'、第二金属层108'分别表示ESD保护器件的两个电极端口，即为阳极、阴极。
[0005]图2展示了图1所示的ESD保护器件的伏安特性曲线，当第二金属层108'接高电位，第一金属层107'接低电位时，电流依次通过N+衬底101'、N
‑
外延层102'、P
‑
扩散区104'、P+扩散区105'(第一金属层107'下方)，表现为二极管的反向击穿特性。当第一金属层107'接高电位，第二金属层108'接低电位时，电流依次通过P+扩散区105'(第一金属层107'下方)、P
‑
扩散区104'、N
‑
外延层102'、N+衬底101'，表现为二极管的正向导通特性。
[0006]一般来讲，ESD保护器件的设计需要考虑以下的问题：一是ESD保护器件要有足够的ESD抗干扰能力；二是ESD保护器件要能够泄放大电流；三是ESD保护器件需要较低的寄生电容。
[0007]在图1所示的二极管结构中，P
‑
扩散区、N
‑
外延层的浓度均比较低，可以获得低电容。N+扩散区103'与P+扩散区105'形成低电压触发区，因为高的掺杂浓度可以获得较低的击穿电压，从而获得低击穿电压、低电容的参数特性。不过由于由N+扩散区103'与P+扩散区105'组成的触发区接近器件表面，受到ESD脉冲冲击容易损坏失效，从而只有有限的ESD抗干扰能力，一般只有8
‑
15kV(Contact Mode)。另外，二极管在反向击穿触发后的电流流通路径较长，从N+衬底101'、N
‑
外延层102'、N+扩散区103'、P
‑
扩散区104'、P+扩散区105'(第一金属层107'下方)。主要由于N
‑
外延层102'的杂质浓度低，对应的瞬态电阻较大，因此对应较高的钳位电压，从而只有有限的泄放电流能力。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术的至少一个技术问题，本专利技术提供一种单向ESD保护器件、具有单
向ESD保护器件的电路系统以及单向ESD保护器件的制备方法。
[0009]单向ESD保护器件，包括：
[0010]N+衬底；
[0011]N
‑
外延层，形成在N+衬底表面；
[0012]P
‑
扩散区，设置在N
‑
外延层的表面，并在N
‑
外延层表面中间位置留出至少一片不具有P
‑
扩散区的第一区域，P
‑
扩散区与N
‑
外延层形成第一PN结；
[0013]N+扩散区，自第一区域表面沿纵向向着N
‑
外延层内延伸；
[0014]P+扩散区，覆盖在P
‑
扩散区和N+扩散区上，P+扩散区与N+扩散区形成第二PN结；
[0015]第一金属层，设置在P+扩散区的正面；以及
[0016]第二金属层，设置在N+衬底的背面。
[0017]在一些实施方式中，单向ESD保护器件正面的未覆盖第一金属层的区域还设有表面钝化层；N+衬底的背面被第二金属层完全覆盖。
[0018]在一些实施方式中，N+衬底的晶向为<111，掺杂元素为砷，电阻率为0.002
‑
0.005Ω.cm；N
‑
外延层的掺杂元素为磷，电阻率为0.1
‑
0.5Ω.cm，厚度为5
‑
15μm。
[0019]在一些实施方式中，第一金属层的材质为铝或铝铜或铝硅铜，厚度为2
‑
4μm；第二金属层的材质为Ti/Ni/Ag，厚度为1000
‑
/2000
‑
/10000
‑
。
[0020]具有单向ESD保护器件的电路系统，包括核心电路和单向ESD保护器件，核心电路连接到第一节点和第二节点，单向ESD保护器件的第二金属层连接第一节点，单向ESD保护器件的第一金属层连接第二节点，第一节点连接到正电压，且第二节点连接到接地或者低于第一节点处的电压的电压。
[0021]单向ESD保护器件的制备方法，包括以下步骤：
[0022]在N+衬底表面生长一层N
‑
外延层；
[0023]在N
‑
外延层的正面生长一层牺牲氧化层，在正面中间形成重掺杂磷的N+扩散区；
[0024]在正面N+扩散区的周围形成P
‑
扩散区；
[0025]从正面光刻形成P+扩散区图形，再从正面硼注入和硼推进，形成P+扩散区；
[0026]在正面淀积隔离介质层；
[0027]正面光刻形成接触孔区；
[0028]正面溅射或蒸发金属或合金；
[0029]背面减薄，背面蒸发金属。
[0030]在一些实施方式中，N+衬底为晶向为<111>，杂质为砷，电阻率为0.002
‑
0.005Ω.cm；N
‑
外延层的杂质为磷，电阻率为0.1
‑
0.5Ω.cm，厚度为5
‑
15μm。
[0031]在一些实施方式中，先在正面中间光刻形成N+扩散区图形，然后从正面磷注入和磷推进，形成N+扩散区；P
‑
扩散区的硼注入剂量为1
×
10
12
‑5×
10
12
cm
‑2，能量为60
‑
120KeV；硼推进的温度条件为1000
‑
1100℃，时间为120...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.单向ESD保护器件，其特征在于，包括：N+衬底；N
‑
外延层，形成在所述N+衬底表面；P
‑
扩散区，设置在所述N
‑
外延层的表面，并在所述N
‑
外延层表面中间位置留出至少一片不具有P
‑
扩散区的第一区域，所述P
‑
扩散区与所述N
‑
外延层形成第一PN结；N+扩散区，自所述第一区域表面沿纵向向着所述N
‑
外延层内延伸；P+扩散区，覆盖在所述P
‑
扩散区和所述N+扩散区上，所述P+扩散区与所述N+扩散区形成第二PN结；第一金属层，设置在所述P+扩散区的正面；以及第二金属层，设置在所述N+衬底的背面。2.根据权利要求1所述的单向ESD保护器件，其特征在于，单向ESD保护器件正面的未覆盖所述第一金属层的区域还设有表面钝化层；所述N+衬底的背面被所述第二金属层完全覆盖。3.根据权利要求1所述的单向ESD保护器件，其特征在于，所述N+衬底的晶向为<111，掺杂元素为砷，电阻率为0.002
‑
0.005Ω.cm；所述N
‑
外延层的掺杂元素为磷，电阻率为0.1
‑
0.5Ω.cm，厚度为5
‑
15μm。4.根据权利要求1所述的单向ESD保护器件，其特征在于，所述第一金属层的材质为铝或铝铜或铝硅铜，厚度为2
‑
4μm；所述第二金属层的材质为Ti/Ni/Ag，厚度为5.具有单向ESD保护件的电路系统，其特征在于，包括核心电路和权利要求1至4任意一项所述的单向ESD保护器件，所述核心电路连接到第一节点和第二节点，所述单向ESD保护器件的第二金属层连接第一节点，所述单向ESD保护器件的第一金属层连接所述第二节点，所述第一节点连接到正电压，且所述第二节点连接到接地或者低于所述第一节点处的电压的电压。6.单向ESD保护器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在N+衬底表面生长一层N
‑
外延层；在N
‑
外延层的正面生长一层牺牲氧化层，在正面中间形成重掺杂磷的N+扩散区；在正面N+扩散区的周围形成P
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文龙，张鹏，杨珏琳，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：