一种维持电压可调的多端口ESD保护器件及其制作方法与流程

专利检索2026-06-13  0


本发明属于电子科学与,主要涉及到集成电路静电放电(esd-electrostatic discharge)保护领域,具体为一种维持电压可调的多端口esd保护器件及其制作方法。


背景技术:

1、随着信息时代的发展,电子设备逐渐向同时具有多个通信端口进行数据传输的方向演变,而热插拔式的通信端口由于人体的触碰极易受到静电放电的损伤,因此对多个通信端口的静电放电保护是必不可少的。

2、对于静电放电保护器件而言,其关键参数主要有击穿电压、触发电压、触发电流、维持电压、维持电流、二次失效电流以及电容和静电放电保护能力。通常情况下,esd保护器件的击穿电压被要求大于被保护系统的工作电压,以免导致误触发的现象。而高速通信端口的传输速率非常快,低电容是其esd保护器件的重要指标,对于被保护的系统而言,不能因为静电放电保护器件而引入过大的寄生电容,这会对高速通信端口的传输速率造成影响。

3、常用于esd保护的基本器件有二极管、三极管(bjt)和可控硅(scr)。这几类基本器件中,bjt具有放大系数,使得其具有动态导通电阻小、esd保护能力强、维持电压合适的优点,因此相比其他几类器件,bjt在esd保护器件中使用频率较高。另一常用于esd保护的器件为scr,尽管scr电流泄放能力强,但其维持电压过低,容易引起闩锁问题。

4、图1是常规的通信接口的esd保护器件的结构剖面示意图。n型衬底201上设有p阱1区202,p阱1区202上设有p阱2区203,p阱2区203上设有p+扩散区204、n+扩散区205,p阱1区202上设有p+扩散区204、n+扩散区205,n型衬底201上设有p+扩散区204、n+扩散区205。图中共包含三个结构单元,其中正偏二极管单元由n+扩散区205、p+扩散区204构成,反偏二极管单元由p阱1区202、n+扩散区205、p+扩散区204构成,npn单元由p阱1区202、p阱2区203、n+扩散区205、p+扩散区204构成。在各单元之间和各n+扩散区、p+扩散区之间设有绝缘介质层206。阳极金属208设在n+扩散区和p+扩散区204上,作为阳极接触电极。阴极金属209设在p+扩散区204、n+扩散区205上,作为阴极接触电极。集电极金属207设在正偏二极管的n+扩散区205和npn单元的n+扩散区205上,集电极金属207不接电位,但走电流。

5、上述结构中,存在部分缺陷,一方面,存在严重的寄生效应,各单元之间通过pn结隔离使得面积比较大,造成电容大;另一方面,p阱2区的掺杂浓度不易过高,不仅限制了该结构的应用场景而且限制了npn三极管的esd保护能力。


技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种维持电压可调的多端口esd保护器件及其制作方法,以针对高速通信接口,解决esd保护器件的维持电压低、电容大、esd保护能力不足、寄生效应等问题。

2、为实现上述目的,本发明提供一种维持电压可调的多端口esd保护器件,包括soi衬底,所述soi衬底由n型衬底层、中间埋氧层及顶部n型半导体层叠加而成;所述顶部n型半导体层上形成有三个结构单元,分别为正偏二极管单元、反偏二极管单元和npn三极管单元,其中npn三极管单元包括设置于顶部n型半导体层上的p型阱区以及设置在p型阱区上的p+扩散1区、p+扩散2区和n+扩散区,p+扩散2区的注入位置或者注入浓度可根据需要调整,且p+扩散2区上还设置有n+扩散区。

3、优选的,所述沟槽的刻蚀深度的范围为4µm~6µm,刻蚀宽度为1µm。

4、优选的,正偏二极管单元包括设置于顶部n型半导体层上的p+扩散1区和n+扩散区;反偏二极管单元包括设置于顶部n型半导体层上的p型阱区以及设置在p型阱区上的p+扩散1区和n+扩散区;

5、各结构单元之间、反偏二极管单元的n+扩散区和p+扩散1区之间、npn三极管单元的p+扩散1区和n+扩散区之间均存在有locos隔离区;顶部n型半导体层上设置有沟槽于各结构单元之间;正偏二极管单元n+扩散区和p+扩散1区之间、npn三极管单元的n+扩散区和p+扩散2区之间、npn三极管单元的p+扩散2区上的n+扩散区淀积有绝缘介质层;

6、正偏二极管单元和npn三极管单元共有集电极金属,正偏二极管单元和反偏二极管单元共有阳极金属,反偏二极管单元和npn三极管单元共有阴极金属。

7、同时本发明提供上述esd保护器件的制作方法,包括如下步骤:

8、步骤01,准备soi衬底,所述soi衬底由n型衬底层、中间埋氧层及顶部n型半导体层叠加而成;

9、步骤02,在顶部n型半导体层上,生长牺牲氧化层,光刻后注入低浓度的杂质硼,再进行高温推进,形成p型阱区;

10、步骤03,用淀积氮化物膜si3n4作为氧化阻挡层,刻蚀图形后,热氧化,再去除氮化物,即制作硅的局部氧化locos,起器件电学参数隔离作用;

11、步骤04,光刻注入杂质硼,去除光刻胶,形成p+扩散1区;光刻注入杂质硼,去除光刻胶,形成p+扩散2区;再光刻注入杂质磷,去除光刻胶,形成n+扩散区;之后,一起退火;

12、步骤05,光刻形成沟槽,并淀积绝缘介质层;

13、步骤06,光刻刻蚀接触孔,溅射金属,金属光刻,合金,背面减薄。

14、优选的,步骤02中,高温退火温度为1150℃,退火时间为360分钟。

15、优选的,步骤03中,热氧化形成2000å的氧化物。

16、优选的,步骤04中,退火温度为950℃,退火时间为30分钟;通过调整p+扩散2区的注入位置或者注入浓度,以调节维持电压。

17、优选的,步骤05中,使用干法刻蚀沟槽并生长氧化层,再使用lpteos淀积介质层以填充沟槽;继续淀积一层usg隔离介质层,形成绝缘介质层,最后通过致密回流来去掉潮气并增加膜密度

18、本发明的有益效果在于:

19、1、本发明的p+扩散2区可以调节esd保护器件的维持电压,防止静电放电的瞬时高压、大电流来临时esd保护器件的维持电压低于被保护系统的工作电压,从而提供可靠的esd保护。

20、2、本发明制造的维持电压可调的多端口esd保护器件的方法,与现有的类似功能的器件相比,寄生电容减小了20%,并且由于soi的引入,解决了npn的寄生问题。同时,维持电压可调功能是通过p+扩散2区实现,避免了高温推结过程,减少了制造过程中的热预算。

21、3、本发明制造的维持电压可调的多端口esd保护器件,可以实现多端口的esd保护,并且esd能力大于30kv,8/20µs下允许通过的峰值电流达到13a,为高速通信接口的esd保护提供一种解决方案。



技术特征:

1.一种维持电压可调的多端口esd保护器件,其特征在于:包括soi衬底,所述soi衬底由n型衬底层、中间埋氧层及顶部n型半导体层叠加而成;所述顶部n型半导体层上形成有三个结构单元,分别为正偏二极管单元、反偏二极管单元和npn三极管单元,其中npn三极管单元包括设置于顶部n型半导体层上的p型阱区以及设置在p型阱区上的p+扩散1区、p+扩散2区和n+扩散区,p+扩散2区的注入位置或者注入浓度可根据需要调整,且p+扩散2区上还设置有n+扩散区。

2.根据权利要求1所述的esd保护器件,其特征在于:所述沟槽的刻蚀深度的范围为4µm~6µm,刻蚀宽度为1µm。

3.根据权利要求1所述的esd保护器件,其特征在于:正偏二极管单元包括设置于顶部n型半导体层上的p+扩散1区和n+扩散区;反偏二极管单元包括设置于顶部n型半导体层上的p型阱区以及设置在p型阱区上的p+扩散1区和n+扩散区;

4.一种维持电压可调的多端口esd保护器件的制作方法,其特征在于:通过如下步骤,制成如权利要求3所述的esd保护器件,

5.根据权利要求4所述的制作方法,其特征在于:步骤02中,高温退火温度为1150℃,退火时间为360分钟。

6.根据权利要求4所述的制作方法,其特征在于:步骤03中,热氧化形成2000å的氧化物。

7.根据权利要求4所述的制作方法,其特征在于:步骤04中,退火温度为950℃,退火时间为30分钟;通过调整p+扩散2区的注入位置或者注入浓度,以调节维持电压。

8.根据权利要求4所述的制作方法,其特征在于:步骤05中,使用干法刻蚀沟槽并生长氧化层,再使用lpteos淀积介质层以填充沟槽;继续淀积一层usg隔离介质层,形成绝缘介质层,最后通过致密回流来去掉潮气并增加膜密度。


技术总结
本发明涉及电子科学与技术领域,具体为一种维持电压可调的多端口ESD保护器件,包括SOI衬底,所述SOI衬底由N型衬底层、中间埋氧层及顶部N型半导体层叠加而成;所述顶部N型半导体层上形成有三个结构单元,分别为正偏二极管单元、反偏二极管单元和NPN三极管单元,其中NPN三极管单元包括设置于顶部N型半导体层上的P型阱区以及设置在P型阱区上的P+扩散1区、P+扩散2区和N+扩散区,P+扩散2区的注入位置或者注入浓度可根据需要调整,且P+扩散2区上还设置有N+扩散区。同时公开了该ESD保护器件的制作方法,以实现本发明的有益效果:寄生电容减小了20%,SOI的引入解决了NPN的寄生问题;维持电压可调功能是通过P+扩散2区实现,避免了高温推结过程,减少了制造过程中的热预算;可以实现多端口的ESD保护,ESD能力大于30KV,8/20µs下允许通过的峰值电流达到13A,为高速通信接口的ESD保护提供一种解决方案。

技术研发人员:刘湘,张鹏,杨珏林,宋文龙,张春生,陈城
受保护的技术使用者:江苏吉莱微电子股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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