[发明专利]一种低电容的单向ESD保护器件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种低电容的单向ESD保护器件，其P型材料正面设置P型倒掺杂区，P+扩散区，N+扩散区；N+扩散区上设置深能级杂质掺杂区；相邻两P+扩散区之间，以及相邻两N+扩散区之间，各设置介质层。介质层上分别设置阳极、阴极金属层。一种低电容的单向ESD保护器件的制造方法，包括以下步骤：一、制备P型材料。二、生长牺牲氧化层，正面设置P型倒掺杂区。三、正面设置P+扩散区，N+扩散区。四、正面光刻形成深能级掺杂区。五、去掉牺牲氧化层，淀积介质层，正面光刻形成阴极及阳极的接触孔区。六、正面光刻形成阳极金属层、阴极金属层。本申请实现低电容满足高速接口的需求，避免表面电压的提前击穿及电流泄放时的提前失效。

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，具体为一种低电容的单向ESD保护器件及其制造方法。

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着关键作用。通常，ESD保护器件设计需要考虑：电压、电容、泄放能力这三个基本参数。在高速接口保护中，就需要在保证低电容的情况下，实现电压、泄放电流、高可靠性等其他特性。

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深回扫电压在2V左右，明显低于3.3V、5V等常见电源电压，从而使得SCR结构在部分应用中，会产生闩锁，无法在ESD脉冲泄放后恢复到阻断状态，使得SCR结构器件应用场景受限。因此，BJT结构为大多数应用场景下的较优选择。

对于应用在高速接口中的BJT结构的单向ESD保护器件而言，一般采用带短接区的横向NPN结构。这是由于NPN具有更大的放大系数，性能更优其结构如图2所示，在P型材料101上形成P+扩散区103，N+扩散区104，表面钝化层113起到介质隔离的作用。阳极金属层107、阴极金属层108分别为ESD保护器件的阳极、阴极。

图2所示的带短接区的横向NPN结构为二极管结构及BJT结构的并联，其NPN的基极及发射极存在基区串联电阻。其I-V特性曲线及等效电路图如图3所示，当阳极金属层107接高电位，阴极金属层108接低电位时，电流通过回路中P+扩散区103，P型材料101，N+扩散区104，表现为二极管的正向导通特性。当阴极金属层108接高电位，阳极金属层107接低电位时，首先N+扩散区104与P型材料101组成的二极管先发生雪崩击穿，雪崩电流先通过P+扩散区103到阳极。当基区电阻上的压降大于0.7V时，BJT导通，从而表现为如图所示的浅回扫击穿特性。如图2所示的单向ESD保护器件的保护结构为带短接区的横向NPN结构，相较二极管结构具有更低的电容，更强的泄放能力。由于击穿电压由反偏二极管决定，低击穿电压对应的P型材料101的掺杂浓度很高，对应的结电容也很大。所以图2所示的结构还无法满足的高速接口的低电容、强泄放能力等需求。

CN111370408A公开的一种低残压低电容单向ESD保护器件及其制作方法，包括N型单晶，N型单晶顶面设置三个隔离介质层，相邻两个隔离介质层之间设置正面金属区，N型单晶内，顶部一侧设有P型扩散区，另一侧设置相连的N型接触区、P型接触区，P型扩散区底部为N型调整区，顶部设相连的N型接触区与P型接触区，P型扩散区顶部的N型接触区、P型接触区和N型单晶内顶部另一侧的N型接触区、P型接触区分别设于N型单晶顶面的两个正面金属区下方降低了残压。但是其为SCR可控硅整流器，只引入N型调整区，由于N型单晶区表面浓度与注入形成的N型调整区的浓度差异过大，导致I-V特性呈现异常的分段回扫。

发明内容