[实用新型]一种单向ESD保护器件

说明书

一种单向ESD保护器件，包含上方设P‑外延层一区和P‑调整区的N+衬底材料区；P‑外延层一区和P‑调整区上方各设P‑外延层二区Ⅰ、P‑外延层二区Ⅱ；P‑外延层二区Ⅰ、P‑外延层二区Ⅱ顶部各设N+扩散区、P+扩散区；P‑外延层二区Ⅰ和P‑外延层二区Ⅱ上方分开设表面钝化层，使N+扩散区和P+扩散区顶面中间露出。该中间露出的部位和表面钝化层上方设金属层Ⅰ；N+衬底材料区底部设金属层Ⅱ；N+衬底材料区上设槽区；槽区向上直线延伸，经P‑外延层一区和P‑调整区之间，直至P‑外延层二区顶部边沿。本实用新型可以有效地解决现有的单向ESD保护器件在制造上的难度和参数一致性的问题。

技术领域

本实用新型属于集成电路静电放电(ESD-Electrostatic Discharge)保护领域，具体为一种单向ESD保护器件。

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。

现有常规的单向ESD保护器件结构如图1所示，包括N+衬底材料102，在N+衬底材料102上设P-缓冲层110，在P-缓冲层110中形成P+埋层区103，在P-外延层区105中形成P+扩散区108、N+扩散区106。金属层107、金属层101分别表示单向ESD保护器件的两个电极端口，即为阳极、阴极。该结构的二极管单元由N+衬底材料102、P-缓冲层110、P-外延层105、P+扩散区108组成，三极管单元由N+衬底材料102、P+埋层区103、P-外延层105、N+扩散区106组成，三极管单元的电压主要取决于N+衬底材料102与P+埋层区103的浓度，二极管单元的电压主要取决于N+衬底材料102与P-缓冲层110的浓度，由于P+埋层区103的浓度高于P-缓冲层110的浓度，所以该结构的电压由三极管单元决定。P+埋层区103是在P-缓冲层110中注入高剂量的硼，并通过高温（一般为1100-1200℃）长时间（一般为120-240分钟）的扩散形成的。在P-外延层105生长过程中，P+埋层103由于其浓度高于P-外延层105，因此其向P-外延层105反扩的尺寸较大（一般为3-5um），这样就需要更厚的P-外延层105。因此该结构在制造难度与成本方面均提出了较高的要求。P+埋层103向P-外延层105反扩的尺寸会对P+埋层103的浓度分布形成较大的影响，三极管单元的电压也将产生较大的变化。由于三极管单元的电压主要取决于N+衬底材料102与P+埋层区103的浓度，因此该结构在参数一致性方面也形成了一定的加工难度。

实用新型内容

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种单向ESD保护器件，包含N+衬底材料区，N+衬底材料区上方设P-外延层一区和P-调整区；P-外延层一区上方设P-外延层二区Ⅰ，P-调整区上方设P-外延层二区Ⅱ；P-外延层二区Ⅰ顶部设N+扩散区，P-外延层二区Ⅱ顶部设P+扩散区；P-外延层二区Ⅰ和P-外延层二区Ⅱ上方分开设表面钝化层，使N+扩散区和P+扩散区顶面的中间部位露出；N+扩散区、P+扩散区中间露出的部位和表面钝化层上方设金属层Ⅰ；N+衬底材料区底部设金属层Ⅱ；N+衬底材料区上设槽区；槽区向上直线延伸，经P-外延层一区和P-调整区之间的空隙，直至P-外延层二区Ⅰ顶部边沿。金属层Ⅰ、金属层Ⅱ分别表示单向ESD保护器件的两个电极端口，即为阳极、阴极。表面钝化层起到介质隔离的作用。

进一步的，P+扩散区、P-外延层二区Ⅱ、P-调整区、N+衬底材料区组成DIODE单元；N+扩散区、P-外延层二区Ⅰ、P-外延层一区、N+衬底材料区组成NPN单元；DIODE单元与NPN单元的电学隔离由槽区形成。