[发明专利]高通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法

说明书

本发明公开一种高通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法，包括N型衬底材料，N型衬底材料正面外延有N型外延层，N型外延层内设有带高低不同的深浅PN结的P型扩散区，N型外延层上淀积隔离介质层，隔离介质层和P型扩散区外正面溅射或蒸发正面金属区，N型衬底材料背面减薄并金属化形成背面金属区。步骤1）制备N型衬底材料，生长一层N型外延层；步骤2）在N型外延层102上生长一层牺牲氧化层，获得高低不同的深浅PN结；步骤3）正面硼注入，形成P型扩散区；步骤4）：正面淀积隔离介质层，正面光刻形成接触孔区；步骤5）正面溅射或蒸发金属；形成正面金属区和背面金属区。形成结深不同的深浅结，进而获得更高的通流能力。

技术领域

本发明属于电子科学与技术领域，主要涉及到集成电路静电放电(ESD-Electrostatic Discharge)保护领域，具体是涉及到一种低压低电容单向ESD保护器件。

背景技术

静电放电(ESD)现象广泛存在于日常环境中，它对于精密的集成电路来讲确实致命的威胁，是造成集成电路产品损伤甚至失效的重要原因之一。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。

随着半导体器件的工艺尺寸不断缩小，电路的应用环境日趋复杂，集成电路面临静电放电（ESD，Electrostatic Discharge）的频率与冲击随之加强。在消费电子应用的接口端，诸如，DVI（数字视频接口，Digital Visual Interface）、VGA（视频图形阵列接口，Video Graphics Array Interface）、USB（通用串行总线，Universal Serial Bus）、HDMI(高清数字接口，High Definition Multimedia Interface)等经常受到ESD的冲击。随着数据传输速度要求的不断提高，静电放电过程中的冲击电流越来越高，因此对于ESD保护器件的要求越来越高。这就要求ESD保护器件具有可以承受大电流冲击的能力。

对于ESD保护器件而言，在使用时一般是与被保护器件进行并联。一方面，ESD保护器件对被保护器件的正常工作不产生影响，另一方面，当被保护器件的端口出现大电流的瞬态脉冲，ESD保护器件进入钳位模式，进行瞬态脉冲的大电流的泄放。以常规的单向ESD保护器件为例，其结构如图3所示，它包括：N型衬底材料101，N型外延层102，P型扩散区103，隔离介质层104，正面金属区105，背面金属区106。其IV特性示意图如图2所示，当背面金属区106加高电位，正面金属区105加负电位时，ESD保护器件雪崩击穿，呈现PN结反向击穿的钳位保护特性。当背面金属区106加低电位，正面金属区105加高电位时，ESD保护器件正向导通，呈现PN结正向导通的典型特性。对于常规的单向ESD保护器件，由P型扩散区103与N型外延层102组成的PN结的结面积决定这种结构的通流能力。PN结的结面积越大，通流能力越强。但是这意味着芯片的面积增大，芯片的制造成本更高。因此常规的单向ESD保护器件目前在使用中出现如下的问题：在芯片面积一定的情况下，其通流能力难以满足更高的产品要求。

发明内容

本发明提供了一种新的技术方案，可以提供一种高通流能力的单向ESD保护器件，可以在芯片面积不变、芯片加工工序不变的条件下，获得更高的通流能力。

本发明的技术方案为：高通流能力的单向ESD保护器件，包括N型衬底材料，N型衬底材料正面外延有N型外延层，N型外延层内设有带高低不同的深浅PN结的P型扩散区，N型外延层上淀积隔离介质层，隔离介质层和P型扩散区外正面溅射或蒸发正面金属区，N型衬底材料背面减薄并金属化形成背面金属区。

进一步地，当背面金属区加高电位，正面金属区加负电位时，ESD保护器件雪崩击穿，呈现PN结反向击穿的钳位保护特性，当背面金属区加低电位，正面金属区加高电位时，ESD保护器件正向导通，呈现PN结正向导通的典型特性。

单向ESD保护器件的制作方法，包括下列步骤：