[发明专利]一种可增强ESD抗干扰能力的单向ESD保护器及制作方法

说明书

本发明公开一种可增强ESD抗干扰能力的单向ESD保护器及制作方法，本发明在P扩散区的光刻工艺中，通过调整光刻窗口至N+扩散区区域内，同时引入高能量的硼注入、硼推结，使得P扩散区处于N+扩散区下方。P扩散区光刻窗口的尺寸略小于N+扩散区的窗口尺寸，由于该结构的击穿区域由常规结构的表面区域转移至体内区域，同时击穿的触发区域得到有效的增大。当进行ESD接触放电试验时，ESD脉冲依次经过第一N+扩散区、P扩散区104、P型单晶材料区、第二N+扩散区，从而可以获得更高的ESD抗干扰能力。通过合理设计P型扩散区的光刻窗口尺寸以及有效深度，与常规结构相比，本发明的ESD抗干扰能力可以比常规结构提高50‑100%。

技术领域

本发明属于电子科学与技术领域，主要涉及到集成电路静电放电(ESD-Electrostatic Discharge)保护领域，具体是涉及到一种可增强ESD抗干扰能力的单向ESD保护器件及制作方法。

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四个方面的问题：一是ESD保护器件要有足够的ESD抗干扰能力；二是ESD保护器件要能够泄放大电流；三是ESD保护器件具有特定的触发电压及低保持电压；四是ESD保护器件需要超低的寄生电容。

ESD抗干扰能力是衡量ESD保护器件的一个重要参数。根据国际电工委员会IEC61000-4-2的标准，通过接触放电、空气放电的试验方法进行ESD抗干扰能力的测试，接触放电是优先选择的试验方法，空气放电则是应用在不能使用接触放电的场合中。ESD抗干扰能力共分为4个等级，Level 1是接触放电过2kV，空气放电过2kV，Level 2是接触放电过4kV，空气放电过4kV，Level 3是接触放电过6kV，空气放电过8kV，Level 4是接触放电过8kV，空气放电过15kV。目前将Level 4作为衡量ESD抗干扰能力的一般性要求。针对不同的应用场景，需要更高的ESD抗干扰能力。

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。

对于BJT结构的单向ESD保护器件而言，一般采用如图3的结构。在P型单晶材料101上形成第一N+扩散区1021、第二N+扩散区1022、P+扩散区103、P扩散区104。表面钝化层105起到介质隔离的作用。第二金属层107、第一金属层106分别表示单向ESD保护器件的两个电极端口，即为阳极、阴极。