[实用新型]一种新型降低正向残压的单向保护器件

说明书

本实用新型公开了一种新型降低正向残压的单向保护器件，包括N型衬底硅片，在N型衬底片正面有推结较深的P型扩散区和推结较深的N型扩散区，在推结较深的P型扩散区有推结较浅的N型杂质扩散区和推结较浅的P型杂质扩散区，推结较深的N型扩散区通过金属与推结较浅的P型杂质扩散区相连，推结较浅的N型杂质扩散区通过氧化层开孔蒸发金属作为整个器件阴极引出；器件背面有推结较深的N型扩散区和推结较浅的P型杂质扩散区，两个扩区通过金属相连形成器件阳极引出。本实用新型通过在单向负阻结构中增加PNPN器件，并且将PNPN器件的门极通过电阻短路到阳极，从而实现了一种新型降低正向残压的单向保护器件。

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，涉及半导体集成芯片的浪涌和 ESD防护设计技术，尤其涉及一种新型的降低正向残压的单向保护器件。

背景技术

随着电子系统和网络线路的普及，电子产品在使用中经常会遭遇意外的电压瞬变和浪涌，这种瞬变干扰无处不在，会严重危害电子系统安全工作，表现为击穿或烧毁电子产品中的半导体器件，包括二极管、三极管和场效应管等。为了避免浪涌电压损害电子设备，在系统中的关键部位要采用浪涌防护器件，使瞬时浪涌电流旁路入地，达到削弱和消除过电压、过电流的目的，从而起到保护电子设备安全运行的作用。

这种浪涌防护器件有安全工作区，以器件的触发电压和启动工作时的残压两个参数来衡量，两者必须都介于后级电路的工作电压和被击穿电压之间，一旦超出这个范围要么在没有启动时烧毁被保护电路，要么在启动之后烧毁被保护电路。目前单向的ESD防护器件主要有两种，一种是传统的PN结构(如图1中A所示)，衬底外延片上采用注入或扩散异型杂质形成，这种器件结构简单易实现，但是存在残压高，浪涌能力有限的缺点，在高压ESD保护器件时尤为突出。目前使用较多的是改进型的单向结构，如图1中B所示，本文将这种称为单向负阻器件，这种结构将双向器件与单向器件并联，集成了两种器件的优点，击穿方向具有双向器件的骤回特性，极大的降低了导通电阻和残压，同时提高了浪涌能力，另一方向为单向二极管的正向特性。在相同面积内，由于改进型的单向结构正向只有部分区域是P型杂质区，因此其单向器件的有效面积小于传统的PN结单向器件，导致其正向残压较普通的单向器件要高，这不利于对后级电路的保护。

实用新型内容

为了解决改进型单向器件结构正向残压高的问题，获得一种在同等面积条件下，能降低正向残压的方法，通过对结构进行创新设计获得了本实用新型。

本实用新型采用以下技术方案来解决上述技术问题：一种新型降低正向残压的单向保护器件，包括N型衬底硅片，在N型衬底片正面有推结较深的P型扩散区和推结较深的N型扩散区，在推结较深的P型扩散区有推结较浅的N型杂质扩散区和P型杂质扩散区，推结较深的N型扩散区通过金属与P型杂质扩散区相连，推结较浅的N型杂质扩散区通过氧化层开孔蒸发金属作为整个器件阴极引出；器件背面有推结较深的N型扩散区和推结较浅的P型杂质扩散区，两个扩区通过金属相连形成器件阳极引出。

所述N型衬底硅片电阻率为0.01～10Ω·CM，厚度180-220um，在衬底上采用台面工艺进行双面扩散。

所述推结较深的P型扩散区结深大于P型杂质扩散区，推结较深的P型扩散区采用长时间退火，结深范围为15-30μm。

所述推结较浅的N型杂质扩散区和P型杂质扩散区，其结深范围为2-5μm。

正面的推结较深的N型杂质扩散区与背面的推结较深的N型杂质扩散区、推结较浅的N型杂质扩散区采用相同工艺；正面的推结较深的N型杂质扩散区与背面的推结较深的N型杂质扩散区采用长时间高温退火，结深范围为20-35μm。

所述正面阴极电极和互连金属材质为Al，采用蒸发工艺形成；背面阳极电极材质为Ti-Ni-Ag，采用蒸发工艺形成。