[发明专利]一种双向低压ESD倒装二极管结构及其制备方法

说明书

一种双向低压ESD倒装二极管，器件设有两个相同的二极管，第一个二极管的阳极与第二个二极管的阴极相连作为器件的输入端in，第一个二极管的阴极与第二个二极管的阳极相连作为器件的输出端out，同时保证两个二极管的正向击穿电压比反向击穿电压要低。器件通过匹配同一芯片的两个相同的二极管结构的阳极与阴极互连的方式实现正反向电压对称的工作。该结构既实现了双向都工作在低压状态，又实现了倒装焊工艺，减小了RC延迟，有效地提高了电性能，使器件满足集成电路对低压高速且小型化高性能的需求。

技术领域

本发明涉及电子器件制造领域，更具体地说，涉及一种双向低压ESD倒装二极管结构及其制造方法。

背景技术

静电放电(ESD)电路是为了保护敏感的集成电路免遭电压尖峰的电路。随着集成电路的技术不断更新进步，器件变得越来越小，工作电压越来越低，一般要求击穿电压为5V以下。同时，器件变得越来越快，工作频率越来越高。因此，ESD保护器件必须具有低的击穿电压和低电容以及更小的尺寸来满足集成电路对低压高速的需求。

常规双向ESD保护电路通常包括齐纳二极管和较高击穿电压的雪崩二极管的组合。利用齐纳二极管和雪崩二极管的常规组合的缺点有，正反向击穿电压较高(通常大于5V)且两个方向的击穿电压不一致，一个方向要比另一个方向的击穿电压高，而且漏电较大，功耗较高，不能很好地对双向低压线路进行保护；只能采用常规引线健合和载带自动健合的封装，RC延迟严重，电性能较差，且封装尺寸较大，不能满足当代产品小型化高性能的要求；电容不能做得很小，限制了器件对于高频高速的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明所要解决的技术问题是，提供一种超低电容的，正反向击穿电压小于5V的，且可用于倒装焊工艺的双向低压ESD倒装二极管结构，来满足集成电路对低压高速且小型化高性能的需求。

本发明的目的通过以下技术方案实现，一种双向低压ESD倒装二极管，其特征是器件设有两个相同的二极管，第一个二极管的阳极与第二个二极管的阴极相连作为器件的输入端in，第一个二极管的阴极与第二个二极管的阳极相连作为器件的输出端out，同时保证两个二极管的正向击穿电压比反向击穿电压要低。

器件包括p+衬底层1，设在p+衬底层1上的n+外延层2以及设在制备两个并列的二极管；每个二极管的结构是，n+外延层2设有n-外延层3，在n-外延层3上设有p+基区6，在p+基区6上设有n+发射区7；以及在n+外延层2上设有穿通n-外延层3且位于n+发射区7、p+ 基区6一侧的n+扩散区5；设有周边与中央隔离沟槽4，周边隔离沟槽4位于n+发射区7、 p+基区6、n-外延层3和n+扩散区5的外围，且穿透n+外延层2并延伸至硅片衬底1。中央隔离沟槽位于两二极管之间亦穿透n+外延层2并延伸至硅片衬底1；n+发射区7及n+扩散区 5上引出金属，即n+发射区上的金属阳极9和n+扩散区上的金属阴极9，金属阳极9和金属阴极周围的硅片表面钝化层8为二氧化硅层，金属阳极和阴极上设有钝化层10，钝化层为二氧化硅和/或氮化硅钝化层。

n+扩散区5的浓度与n+外延层2的浓度相当，器件工作时不会引入额外的电阻和正向压降。位于两个二极管100和200中间的隔离沟槽4，沟槽的宽度为1-5um，深度为15-30um。

本发明还提供了可用于倒装焊工艺的二极管结构的方法，提供了所述的二极管结构形成具有超低电容的方法。形成超低电容的方法是通过所述n-外延层来实现的；p+硅衬底区域顶部表面上依次生长n+外延层和n-外延层；n+外延层厚度为3μm-15μm，n-外延层厚度为 6μm-15μm，n+外延层的电阻率在0.002ohm.cm～0.02ohm.cm，n-外延层电阻率在10.0ohm.cm～100.0ohm.cm；

在n-外延层上光刻衬底接触区并做n+扩散层：预沉积温度1050±50℃，时间3±1h；(光刻衬底指光刻窗口，指在n-外延层3上光刻，光刻n+扩散区并做浓磷扩散)；