[发明专利]一种可增强通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种可增强通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法，包括P型单晶材料、N+扩散区、P+扩散区、P扩散区、表面钝化层、金属层Ⅰ、金属层Ⅱ，其中P扩散区在金属层Ⅰ下方N+扩散区至金属层Ⅱ下方N+扩散区之间浓度逐渐降低，本发明在P扩散区光刻窗口的设计中，窗口的尺寸依次可以命名为：L1、L2、L3、L4、L5，窗口间距的尺寸依次可以命名为：D1、D2、D3、D4，L5L4L3L2L1，D1D2D3D4，从而获P扩散区，从N+扩散区（金属层Ⅱ下方）到N+扩散区（金属层Ⅰ下方），P扩散区的浓度逐渐降低，形成由左至右的内建电场，从而可以获得更高的通流能力，通过合理设计P扩散区的光刻窗口尺寸，与常规结构相比，本发明的通流能力可以比常规结构提高20‑40%。

技术领域

本发明涉及电子科学与技术领域，特别涉及一种可增强通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法。

背景技术

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。因此，研究高性能、高可靠性的ESD防护器件对提高集成电路的成品率和可靠性具有至关重要的作用。通常，ESD保护器件的设计需要考虑以下三个方面的问题：一是ESD保护器件要能够泄放大电流；二是ESD保护器件具有特定的触发电压及低保持电压。三是ESD防护器件需要超低的寄生电容。

通常用作ESD保护的器件有二极管、BJT(三极管)、SCR(可控硅)等。BJT结构由于引入注入调制效应，获得浅回扫特性。SCR结构通过PNPN的正反馈机制，实现了深回扫特性。因此，从残压参数上，SCR结构最低，BJT结构次之，二极管结构最高。由于SCR结构深回扫后的电压只有2V左右，明显低于3.3V、5V等常见电源电压，从而使得SCR结构器件一直处于闩锁效应，无法在ESD脉冲泄放后恢复到阻断状态，使得SCR结构器件在应用时受到了一些限制。因此，综合考量来看，BJT结构是相对合理的选择，残压参数得到降低，同时应用场景限制相对较小。对于BJT结构的单向ESD保护器件而言，一般采用的结构为，在P型单晶材料101上形成N+扩散区102，P+扩散区103，P扩散区104，表面钝化层105起到介质隔离的作用，金属层107、金属层106分别表示单向ESD保护器件的两个电极端口，即为阳极、阴极，通流能力较低。

现有技术公开了一种高通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法（公开号CN111599805A），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。制备步骤：制备N型衬底材料，生长一层N型外延层；在N型外延层上生长一层牺牲氧化层，获得高低不同的深浅PN结；正面硼注入，形成P型扩散区；正面淀积隔离介质层，正面光刻形成接触孔区；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，但可引入的电导调制效应不强，通流能力也有待优化加强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以在芯片面积不变、芯片加工工序不变的条件下可增强通流能力的单向ESD保护器件及其制作方法。

本发明采用的技术方案是：

一种可增强通流能力的单向ESD保护器件，包括P型单晶材料、N+扩散区、P+扩散区、P扩散区、表面钝化层、金属层Ⅰ、金属层Ⅱ，所述P型单晶材料内顶部依次设为N+扩散区、P扩散区、N+扩散区、P+扩散区，P型单晶材料顶面设有金属层Ⅰ、金属层Ⅱ，所述金属层Ⅰ与N+扩散区边缘、P扩散区与N+扩散区交界之间分别设有表面钝化区，金属层Ⅱ在N+扩散区与P扩散区交界、N+扩散区与P+扩散区交界、P+扩散区边缘分别设表面钝化区，所述P扩散区在金属层Ⅰ下方N+扩散区至金属层Ⅱ下方N+扩散区之间浓度逐渐降低。

一种可增强通流能力的单向ESD保护器件的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：制备P型单晶材料，晶向为100，电阻率为5-50Ω.cm；