[发明专利]一种低电容低残压的双向ESD保护器件及其制作方法

说明书

本发明公开一种低电容低残压的双向ESD保护器件及其制作方法，包括N型衬底材料、P型外延层、正面金属区和背面金属区，P型外延层顶部设有N型扩散区b，N型扩散区b之间设有P型扩散区，最外侧的N型扩散区b外侧设有N型扩散区a，P型外延层顶部设有隔离介质层。外延工艺在N型衬底材料生长一层P型外延层，生长一层牺牲氧化层，光刻形成N型扩散区图形，磷注入，磷推进，形成N型扩散区，光刻形成P型扩散区图形，硼注入，硼推进，形成P型扩散区，光刻形成N型扩散区图形，磷注入，磷推进，形成N型扩散区，正面淀积隔离介质层，光刻形成接触孔区，正面金属化，背面金属化。在背面金属接触基板的的时候，有利于散热，保证产品的性能。

技术领域

本发明涉及电子科学与技术领域，具体是一种低电容低残压的双向ESD保护器件及其制作方法。

背景技术

静电放电(ESD)现象广泛存在于日常环境中，它对于精密的集成电路来讲确实致命的威胁，是造成集成电路产品损伤甚至失效的重要原因之一。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。

随着半导体器件的工艺尺寸不断缩小，电路的应用环境日趋复杂，集成电路面临静电放电（ESD，Electrostatic Discharge）的频率与冲击随之加强。在消费电子应用的接口端，诸如，DVI（数字视频接口，Digital Visual Interface）、VGA（视频图形阵列接口，Video Graphics Array Interface）、USB（通用串行总线，Universal Serial Bus）、HDMI(高清数字接口，High Definition Multimedia Interface)等经常受到ESD的冲击。随着数据传输速度要求的不断提高，对于ESD保护器件的要求越来越高。这就要求ESD保护器件具有对应数据传输速度的低电容值，以避免数据丢包影响数据传输质量。

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结构深回扫后的电压只有2V左右，明显低于3.3V、5V等常见电源电压，从而使得SCR结构器件一直处于闩锁效应，无法在ESD脉冲泄放后恢复到阻断状态，使得SCR结构器件在应用时受到了一些限制。因此，综合考量来看，BJT结构是相对合理的选择，残压参数得到降低，同时应用场景限制相对较小。

在已经公开的文件CN201410439235-一种基于横向PNP结构的双向ESD保护器件中，要由P型衬底，第一N型阱，第二N型阱，第 一P+注入区，第二P+注入区，第一N+注入区，第二 N+注入区，第三P+注入区，第四P+注入区和若干 场氧隔离区构成；该类型保护器件在正向或负向 ESD脉冲作用下，内部横向PNP结构的反向PN结被 触发导通，同时另一个N阱中的正向PN结导通，会产生由一个横向PNP晶体管以及一个正向二极管 串联构成的ESD电流泄放路径。此种电流为横向的转运路线，器件底部没有金属区，在对其进行封装的时候，需要在底部打上绝缘胶，防止其通电，比较的麻烦并且在一侧的话，散热性能较差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种低电容低残压的双向ESD保护器件及其制作方法，在背面金属接触基板的的时候，有利于散热，保证产品的性能，提高其可靠性。

本发明的技术方案为：一种低电容低残压的双向ESD保护器件，包括N型衬底材料、P型外延层、正面金属区和背面金属区， P型外延层顶部设有N型扩散区b，N型扩散区b之间设有P型扩散区，最外侧的N型扩散区b外侧设有N型扩散区a，P型外延层顶部设有隔离介质层。

进一步地，N型衬底材料上外延有一层P型外延层，N型衬底材料背面设有背面金属区，隔离介质层上方设有正面金属区。

进一步地，N型扩散区a位于P型外延层和N型衬底材料上部两侧，N型扩散区a和N型扩散区b之间有重叠。