[發明專利]一種新型降低正向殘壓的單向保護器件

在審

• 申請號: 201910966061.6
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110600469A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 呂海鳳;趙德益;蘇海偉;王允;趙志方;霍田佳
• 申請（專利權）人: 上海長園維安微電子有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 31298 上海諾衣知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 衣然

本發明公開了一種新型的降低正向殘壓的單向保護器件，其特征在于，包括N型襯底硅片，在N型襯底片正面有推結較深的P型擴散區和推結較深的N型擴散區，在推結較深的P型擴散區有推結較淺的N型雜質擴散區和P型雜質擴散區，推結較深的N型擴散區通過金屬與P型雜質擴散區相連，N型雜質擴散區通過氧化層開孔蒸發金屬作為整個器件陰極引出；器件背面有推結較深的N型擴散區和推結較淺的P型雜質擴散區，兩個擴區通過金屬相連形成器件陽極引出。本發明通過在單向負阻結構中增加PNPN器件，并且將PNPN器件的門極通過電阻短路到陽極，從而實現了一種新型的降低正向殘壓的單向保護器件。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，涉及半導體集成芯片的浪涌和ESD 防護設計技術，尤其涉及一種新型的降低正向殘壓的單向保護器件。

背景技術

隨著電子系統和網絡線路的普及，電子產品在使用中經常會遭遇意外的電壓瞬變和浪涌，這種瞬變干擾無處不在，會嚴重危害電子系統安全工作，表現為擊穿或燒毀電子產品中的半導體器件，包括二極管、三極管和場效應管等。為了避免浪涌電壓損害電子設備，在系統中的關鍵部位要采用浪涌防護器件，使瞬時浪涌電流旁路入地，達到削弱和消除過電壓、過電流的目的，從而起到保護電子設備安全運行的作用。

這種浪涌防護器件有安全工作區，以器件的觸發電壓和啟動工作時的殘壓兩個參數來衡量，兩者必須都介于后級電路的工作電壓和被擊穿電壓之間，一旦超出這個范圍要么在沒有啟動時燒毀被保護電路，要么在啟動之后燒毀被保護電路。目前單向的ESD防護器件主要有兩種，一種是傳統的PN結構(如圖1A所示)，襯底外延片上采用注入或擴散異型雜質形成，這種器件結構簡單易實現，但是存在殘壓高，浪涌能力有限的缺點，在高壓ESD保護器件時尤為突出。目前使用較多的是改進型的單向結構，如圖1B所示，本文將這種稱為單向負阻器件，這種結構將雙向器件與單向器件并聯，集成了兩種器件的優點，擊穿方向具有雙向器件的驟回特性，極大的降低了導通電阻和殘壓，同時提高了浪涌能力，另一方向為單向二極管的正向特性。在相同面積內，由于改進型的單向結構正向只有部分區域是P型雜質區，因此其單向器件的有效面積小于傳統的PN 結單向器件，導致其正向殘壓較普通的單向器件要高，這不利于對后級電路的保護。

發明內容

為了解決改進型單向器件結構正向殘壓高的問題，獲得一種在同等面積條件下，能降低正向殘壓的方法，通過對結構進行創新設計獲得了本發明。

本發明采用以下技術方案來解決上述技術問題：

一種新型的降低正向殘壓的單向保護器件，包括N型襯底硅片，在N型襯底片正面有推結較深的P型擴散區和推結較深的N型擴散區，在推結較深的P型擴散區有推結較淺的N型雜質擴散區和P型雜質擴散區，推結較深的N型擴散區通過金屬與P型雜質擴散區相連， N型雜質擴散區通過氧化層開孔蒸發金屬作為整個器件陰極引出；器件背面有推結較深的N型擴散區和推結較淺的P型雜質擴散區，兩個擴區通過金屬相連形成器件陽極引出。

所述N型襯底片電阻率為0.01～10Ω·CM，厚度180-220um，在襯底上采用臺面工藝進行雙面擴散。

所述推結較深的P型擴散區結深大于P型雜質擴散區，采用長時間退火，結深范圍為15-30μm。

所述推結較淺的N型雜質擴散區和P型雜質擴散區，其結深范圍為2-5μm。

所述推結較深的N型雜質擴散區與推結較深的N型雜質擴散區、推結較淺的N型雜質擴散區采用相同工藝；所述推結較深的N型雜質擴散區與推結較深的N型雜質擴散區采用長時間高溫退火，結深范圍為20-35μm。

所述正面陰極電極和互連金屬材質為Al，采用蒸發工藝形成；背面陽極電極材質為Ti-Ni-Ag，采用蒸發工藝形成。

內部集成了PNPN結構器件，由所述推結較淺的P型雜質擴散區、 N型襯底區、推結較深的P型擴散區、N型擴散區構成；并且推結較淺的P型雜質擴散區、N型襯底區通過背面金屬相連，形成陽極短路的PNPN結構。