[發明專利]低電容低電壓半導體過壓保護器件

在審

• 申請號: 201610176392.6
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105720108A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 趙海
• 申請（專利權）人: 昆山海芯電子科技有限公司
• 主分類號: H01L29/87
• 分類號: H01L29/87;H01L29/10;H01L21/329
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;丁浩秋

技術領域

本發明涉及一種低電容過壓保護器件，具體地涉及一種低電容低電壓半導體過壓保護器件。

背景技術

隨著通訊/通信技術的日新月異，高清視頻、高速網絡的發展日趨迅猛，相關設備信號接口對低壓過壓保護器件的電容要求越來越高。

目前主流固體放電管的縱向設計結構，如圖1所示，一般包括雙面硼擴散和雙面磷擴散兩個工藝。其中結電容為P基區與N型襯底以及邊緣低級穿區交界處所寄生。由于低壓產品需要PN結兩端擴散都達到很高濃度，根據結電容計算公式：常規低壓過壓保護器件寄生電容會非常大，通常在100PF以上，但是這個數量級的結電容在高速通訊/通信領域無法滿足數據傳輸的要求。

中國專利文獻CN1851927公開了一種低電容過壓保護器件，其電容要求在30pF以下。該裝置由發射結、集電結、引腳及引線框架的半導體器件等組成，該芯片由三個P-N結組成雙端四層雙向對稱結構，每一組自上而下依次分別摻雜為N₂、P₂、N₁、P₁四層。其雖然也能滿足結電容要求在30pF以下，但是結構還是比較復雜，制作工藝復雜，制作成本相對來說比較高。

發明內容

針對上述存在的技術問題，本發明目的是：提供一種低電容低電壓半導體過壓保護器件，將基區擴散分為兩次，實現變摻雜基區，P1基區為高濃度P型摻雜擴散，P2基區為低濃度P型摻雜擴散，從而使得PN結兩側高濃度區域面積大大縮小，保證低壓以及過壓保護功能的同時，大大減小了該PN結的寄生結電容，實現了低電容設計目標，工藝簡單，成本低廉。

本發明的技術方案是：

一種低電容低電壓半導體過壓保護器件，芯片層包括N型襯底、在N型襯底上方和下方對稱擴散有P2基區和N型區以及發射極N型摻雜區，其特征在于，在發射極N型摻雜區與P2基區擴散有P1基區，所述P1基區和P2基區為P型變摻雜基區。

優選的，所述P1基區為高濃度P型摻雜基區，所述P2基區為低濃度P型摻雜基區。

優選的，芯片層表面為金屬化電極區。

優選的，所述金屬化電極區包括四層，分別為鋁、鈦、鎳和銀。

本發明還公開了一種低電容低電壓半導體過壓保護器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S01：在晶圓表面擴散形成雙面P1基區，所述P1基區為高濃度P型雜質區域；

S02：擴散形成P2基區與P1基區重疊，所述P2基區為低濃度P型雜質區域；

S03：N1磷區擴散，與P1基區形成低擊穿的PN結，并同時形成發射極N型摻雜。

優選的，具體包括以下步驟：

S11：晶圓表面一次氧化，形成場氧阻擋層：爐溫1100℃、氧氣4L/min、氫氣5L/min，形成的目標氧化層厚度為1.5μm±10％；

S12：擴散形成P1基區：在爐溫1000℃、氧氣2L/min、氮氣3L/min下進行硼源淀積，淀積時間為30min；在爐溫1200℃、氧氣2L/min、氮氣3L/min下進行硼源推進，推進時間為200min，使用四探針測試擴散方塊電阻為15Ω±10％，結深為23μm±10％；

S13：擴散形成P2基區：在爐溫950℃、氧氣2L/min、氮氣3L/min下進行硼源淀積，淀積時間為18min；在爐溫1200℃、氧氣2L/min、氮氣3L/min下進行硼源推進，推進時間為500min，使用四探針測試擴散方塊電阻為50Ω±10％，結深20μm±10％；

S14：N1磷區擴散：在爐溫1050℃、氧氣2L/min、氮氣3L/min、攜源氮氣1L/min下進行磷源淀積，淀積時間為18min；在爐溫1100℃、氧氣2L/min、氮氣3L/min下進行磷源推進，推進時間為260min，使用四探針測試擴散方塊電阻為1Ω±10％，結深10μm±10％；

S15：淀積金屬化層：通過離子束金屬化蒸發臺工藝淀積金屬化層。

優選的，所述步驟S15的金屬化層為四層，依次分別為鋁1μm、鈦0.3μm、鎳0.7μm、銀0.5μm。

與現有技術相比，本發明的優點是：

1.將基區擴散分為兩次，實現變摻雜基區，P1基區為高濃度P型摻雜擴散，P2基區為低濃度P型摻雜擴散，從而使得PN結兩側高濃度區域面積大大縮小，保證低壓以及過壓保護功能的同時，大大減小了該PN結的寄生結電容，實現了低電容設計目標。可以廣泛應用在高清安防設備中，具有良好的應用前景。