[发明专利]低电容低电压半导体过压保护器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种低电容过压保护器件，具体地涉及一种低电容低电压半导体过压保护器件。

背景技术

随着通讯/通信技术的日新月异，高清视频、高速网络的发展日趋迅猛，相关设备信号接口对低压过压保护器件的电容要求越来越高。

目前主流固体放电管的纵向设计结构，如图1所示，一般包括双面硼扩散和双面磷扩散两个工艺。其中结电容为P基区与N型衬底以及边缘低级穿区交界处所寄生。由于低压产品需要PN结两端扩散都达到很高浓度，根据结电容计算公式：常规低压过压保护器件寄生电容会非常大，通常在100PF以上，但是这个数量级的结电容在高速通讯/通信领域无法满足数据传输的要求。

中国专利文献CN1851927公开了一种低电容过压保护器件，其电容要求在30pF以下。该装置由发射结、集电结、引脚及引线框架的半导体器件等组成，该芯片由三个P-N结组成双端四层双向对称结构，每一组自上而下依次分别掺杂为N₂、P₂、N₁、P₁四层。其虽然也能满足结电容要求在30pF以下，但是结构还是比较复杂，制作工艺复杂，制作成本相对来说比较高。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明目的是：提供一种低电容低电压半导体过压保护器件，将基区扩散分为两次，实现变掺杂基区，P1基区为高浓度P型掺杂扩散，P2基区为低浓度P型掺杂扩散，从而使得PN结两侧高浓度区域面积大大缩小，保证低压以及过压保护功能的同时，大大减小了该PN结的寄生结电容，实现了低电容设计目标，工艺简单，成本低廉。

本发明的技术方案是：

一种低电容低电压半导体过压保护器件，芯片层包括N型衬底、在N型衬底上方和下方对称扩散有P2基区和N型区以及发射极N型掺杂区，其特征在于，在发射极N型掺杂区与P2基区扩散有P1基区，所述P1基区和P2基区为P型变掺杂基区。

优选的，所述P1基区为高浓度P型掺杂基区，所述P2基区为低浓度P型掺杂基区。

优选的，芯片层表面为金属化电极区。

优选的，所述金属化电极区包括四层，分别为铝、钛、镍和银。

本发明还公开了一种低电容低电压半导体过压保护器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01：在晶圆表面扩散形成双面P1基区，所述P1基区为高浓度P型杂质区域；

S02：扩散形成P2基区与P1基区重叠，所述P2基区为低浓度P型杂质区域；

S03：N1磷区扩散，与P1基区形成低击穿的PN结，并同时形成发射极N型掺杂。

优选的，具体包括以下步骤：

S11：晶圆表面一次氧化，形成场氧阻挡层：炉温1100℃、氧气4L/min、氢气5L/min，形成的目标氧化层厚度为1.5μm±10％；

S12：扩散形成P1基区：在炉温1000℃、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源淀积，淀积时间为30min；在炉温1200℃、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源推进，推进时间为200min，使用四探针测试扩散方块电阻为15Ω±10％，结深为23μm±10％；

S13：扩散形成P2基区：在炉温950℃、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源淀积，淀积时间为18min；在炉温1200℃、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源推进，推进时间为500min，使用四探针测试扩散方块电阻为50Ω±10％，结深20μm±10％；

S14：N1磷区扩散：在炉温1050℃、氧气2L/min、氮气3L/min、携源氮气1L/min下进行磷源淀积，淀积时间为18min；在炉温1100℃、氧气2L/min、氮气3L/min下进行磷源推进，推进时间为260min，使用四探针测试扩散方块电阻为1Ω±10％，结深10μm±10％；

S15：淀积金属化层：通过离子束金属化蒸发台工艺淀积金属化层。

优选的，所述步骤S15的金属化层为四层，依次分别为铝1μm、钛0.3μm、镍0.7μm、银0.5μm。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1.将基区扩散分为两次，实现变掺杂基区，P1基区为高浓度P型掺杂扩散，P2基区为低浓度P型掺杂扩散，从而使得PN结两侧高浓度区域面积大大缩小，保证低压以及过压保护功能的同时，大大减小了该PN结的寄生结电容，实现了低电容设计目标。可以广泛应用在高清安防设备中，具有良好的应用前景。