基于iii族氮化物的esd保护器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及静电放电(ESD)保护，具体涉及对具有低使用电压的电子电路的ESD保护。
【背景技术】
[0002]现代电子部件的使用电压倾向于减小。例如，新的数据传送系统，诸如与USB(通用串行总线)版本3.0兼容的数据传送系统，要求2V的最大使用电压。同时，现代电子部件正在使用更高的工作频率。用于这样低的电压等级的更高工作频率电子部件的合适ESD(静电放电)保护器件必须具有较低的触发电压，例如，大约3.5V的触发电压。即，ESD保护器件必须将电子部件的使用电压箝位在较低的电平，诸如大约3.5V，以保护电子部件免受过压条件。
[0003]在常规上，通过将TVS (瞬态电压抑制)二极管与低电容p-1-n 二极管串联，来为低电压等级的电子部件，诸如与USB版本3.0兼容的器件，提供ESD保护。p-1-n 二极管是在P型半导体区域与n型半导体区域之间具有宽本征半导体区域的二极管。P型和η型区域通常被重掺杂，供用作欧姆接触。与P-1-n 二极管串联的大TVS 二极管吸收ESD事件的能量。TVS 二极管是设计为保护敏感半导体免受瞬态电压的破坏性影响的固态pn结器件。TVS 二极管的浪涌功率和浪涌电流能力与二极管的结面积成正比。在正常工作条件下，TVS二极管对被保护电路呈现出高阻抗。理想地，TVS 二极管表现为开路(open circuit)，虽然存在泄漏电流。当例如由于ESD事件的影响而超出被保护电路的正常工作电压时，TVS 二极管结在击穿条件下雪崩并且为瞬态电流提供低阻抗路径。结果，将瞬态电流从被保护部件转移走并且通过TVS 二极管使其分流。
[0004]通常使用廉价的硅来制备TVS 二极管。硅TVS 二极管是单向的，并且具有大约5V的最低的合理击穿电压。使击穿电压低于5V所需的掺杂等级非常高，导致发生带带(band-to-band)遂穿，带带遂穿甚至是在2V下也会产生数μΑ范围内的高泄漏电流。TVS二极管的这类击穿响应对于许多应用，诸如由电池供电的移动系统，是不可接受的。晶闸管也可以用于ESD保护。然而，从基于晶闸管的保护系统受到ESD事件攻击到可以重新发挥作用之前，晶闸管需要I μ s以上的长反向恢复时间。
【发明内容】
[0005]根据ESD (静电放电)保护器件的一个实施例，ESD保护器件包括第一 III族氮化物p-1-n 二极管和按反并联布置连接至第一 III族氮化物p-1-n 二极管的第二 III族氮化物p-1-n 二极管，该反并联布置配置为对于在正向和反向两个方向上的瞬态电流都在第一或者第二 III族氮化物p-1-n 二极管的正向偏置下提供5V或者更小的电压箝位。
[0006]根据用于制造ESD保护器件的方法的一个实施例，该方法包括:在半导体衬底上形成第一 III族氮化物p-1-n 二极管；在半导体衬底上形成第二 III族氮化物p_i_n 二极管；以及按反并联布置将第二 III族氮化物P-1-n 二极管连接至第一 III族氮化物p-1-n二极管，以便对于在正向和反向两个方向上的瞬态电流都在第一或者第二 III族氮化物P-1-n 二极管的正向偏置下提供5V或者更小的电压箝位。
[0007]根据ESD保护器件的另一实施例，ESD保护器件包括第一 III族氮化物p_i_n 二极管和按反并联布置连接至第一 III族氮化物p-1-n 二极管的第二 III族氮化物P-1-n 二极管。第一和第二 III族氮化物p-1-n 二极管之间的每个连接点都形成ESD保护器件的端子，当第一或者第二 III族氮化物P-1-n 二极管在正向偏置下时，流过端子的电压被限制在5V或者更小。
[0008]通过阅读以下详细说明，并且通过查阅附图，本领域的技术人员将认识到附加的特征和优点。
【附图说明】
[0009]图中的元件不一定相对于彼此按比例绘制。相同的附图标记表示相应的相似部分。可以将各个说明性实施例的特征进行组合，除非这些说明性实施例彼此排斥。在图中描绘了实施例，并且在随后的说明书中对实施例进行了详细描述。
[0010]图1图示了与电子部件并联耦合的基于III族氮化物的ESD保护器件的一个实施例的电路图。
[0011]图2图示了基于III族氮化物的ESD保护器件的实施例的截面图。
[0012]图3图示了图1的基于III族氮化物的ESD保护器件的自顶向下的平面图。
[0013]图4包括图4A至图4F，图示了根据一个实施例的基于III族氮化物的ESD保护器件在不同制造阶段中的截面图。
[0014]图5图示了基于III族氮化物的ESD保护器件的另一实施例的截面图。
[0015]图6图示了图5的基于III族氮化物的ESD保护器件的自顶向下的平面图。
【具体实施方式】
[0016]根据在本文中描述的实施例，ESD保护设置在低于2.5V下有足够的泄漏电流抑制，并且设置有5V或者更小的触发电压。在本文中描述的基于III族氮化物的ESD保护器件的特征在于低欧姆行为和低电容。基于III族氮化物的ESD保护器件包括按反并联布置连接在一起的一对III族氮化物P-1-n 二极管，该反并联布置对于在正向和反向两个方向上的瞬态电流都在P-1-n 二极管中的任一的正向偏置下提供5V或者更小的电压箝位。
[0017]图1图示了与电子部件110并联耦合的基于III族氮化物的ESD保护器件100的一个实施例的示意图，该电子部件110可以包括低电压等级器件，诸如与USB版本3.0兼容的器件。当例如响应于ESD事件而超出III族氮化物的ESD保护器件100的正向偏置(触发)电压时，基于III族氮化物的ESD保护器件100为瞬态电流提供低阻抗路径，从而将瞬态电流从被保护电路110转移至接地。
[0018]更加详细地说，基于III族氮化物的ESD保护器件100包括第一 III族氮化物P-1-n 二极管102和按反并联布置连接至第一 III族氮化物p-1-n 二极管102的第二 III族氮化物P-1-n 二极管104。在电子学中，两个反并联或者反向并联的器件是并联连接的，但是它们的极性相反。基于III族氮化物的ESD保护器件100的III族氮化物p_i_n 二极管102,104的反并联布置，对于在正向和反向两个方向上的瞬态电流都允许在p-1-n 二极管102,104中的任一的正向偏置下电压箝位在5V或者更小。S卩，p-1-n 二极管102/104中的一个正向偏置并且对于在一个方向上的瞬态电流提供在5V或者更小的电压箝位，而p-1-n二极管104/102中的另一个正向偏置并且对于在相反方向上的瞬态电流提供在5V或者更小的电压箝位。在III族氮化物p-1-n 二极管102、104之间的每个连接点形成ESD保护器件100的端子106、108，当III族氮化物p-1_n 二极管102、104中的任一在正向偏置下时，流过端子106、108的电压被限制在5V或者更小。这种配置保护电子部件110免受过压条件。
[0019]III族氮化物p-1-n 二极管102、104针对由ESD事件引起的高瞬态电流的鲁棒性可以被假设为在正向方向上特别高，但是在反向方向上则不是特别高。如此，按反并联布置将III族氮化物p-1-n 二极管102、104连接在一起，使得ESD保护器件100能够经受住在两个方向(即，正向(正)和反向(负))上的高瞬态电流。同样，在III族氮化物半导体诸如GaN中的载流子的高迀移性，使得器件能够响应于ESD事件而具有低的串联电阻和低的箝位电压。III族氮化物p-1-n 二极管102、104的本征区域在低电流区域中产生较低的电容。这就允许在高频信号应用中使用。
[0020]在