低电容低电压半导体过压保护器件的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种低电容低电压半导体过压保护器件，芯片层包括N型衬底、在N型衬底上方和下方对称扩散有P2基区和N型区以及发射极N型掺杂区，在发射极N型掺杂区与P2基区扩散有P1基区，所述P1基区和P2基区为P型变掺杂基区。将基区扩散分为两次，实现变掺杂基区，P1基区为高浓度P型掺杂扩散，P2基区为低浓度P型掺杂扩散，从而使得PN结两侧高浓度区域面积大大缩小，保证低压以及过压保护功能的同时，大大减小了该PN结的寄生结电容，实现了低电容设计目标，工艺简单，成本低廉。
【专利说明】
低电容低电压半导体过压保护器件
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种低电容过压保护器件，具体地涉及一种低电容低电压半导体 过压保护器件。
【背景技术】
[0002] 随着通讯/通信技术的日新月异，高清视频、高速网络的发展日趋迅猛，相关设备 信号接口对低压过压保护器件的电容要求越来越高。
[0003] 目前主流固体放电管的纵向设计结构，如图1所示，一般包括双面硼扩散和双面磷 扩散两个工艺。其中结电容为P基区与N型衬底以及边缘低级穿区交界处所寄生。由于低压 产品需要PN结两端扩散都达到很高浓度，根据结电容计算公式：
，常规低压过压保护 器件寄生电容会非常大，通常在100PF以上，但是这个数量级的结电容在高速通讯/通信领 域无法满足数据传输的要求。
[0004] 中国专利文献CN 1851927公开了一种低电容过压保护器件，其电容要求在30pF 以下。该装置由发射结、集电结、引脚及引线框架的半导体器件等组成，该芯片由三个P-N 结组成双端四层双向对称结构，每一组自上而下依次分别掺杂为他、？2、见、？1四层。其虽然 也能满足结电容要求在30pF以下，但是结构还是比较复杂，制作工艺复杂，制作成本相对来 说比$父尚。 【实用新型内容】
[0005] 针对上述存在的技术问题，本实用新型目的是:提供一种低电容低电压半导体过 压保护器件，将基区扩散分为两次，实现变掺杂基区，P1基区为高浓度P型掺杂扩散，P2基区 为低浓度P型掺杂扩散，从而使得PN结两侧高浓度区域面积大大缩小，保证低压以及过压保 护功能的同时，大大减小了该PN结的寄生结电容，实现了低电容设计目标，工艺简单，成本 低廉。
[0006] 本实用新型的技术方案是：
[0007] -种低电容低电压半导体过压保护器件，芯片层包括N型衬底、在N型衬底上方和 下方对称扩散有P2基区和N型区以及发射极N型掺杂区，其特征在于，在发射极N型掺杂区与 P2基区扩散有P1基区，所述P1基区和P2基区为P型变掺杂基区。
[0008] 优选的，所述P1基区为高浓度P型掺杂基区，所述P2基区为低浓度P型掺杂基区。
[0009] 优选的，芯片层表面为金属化电极区。
[0010] 优选的，所述金属化电极区包括四层，分别为铝、钛、镍和银。
[0011] 与现有技术相比，本实用新型的优点是：
[0012] 1.将基区扩散分为两次，实现变掺杂基区，P1基区为高浓度P型掺杂扩散，P2基区 为低浓度P型掺杂扩散，从而使得PN结两侧高浓度区域面积大大缩小，保证低压以及过压保 护功能的同时，大大减小了该PN结的寄生结电容，实现了低电容设计目标。可以广泛应用在 高清安防设备中，具有良好的应用前景。
[0013] 该低电容低电压半导体过压保护器件，结构简单，实现工艺简单，大大降低了成 本。
【附图说明】
[0014] 下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
[0015] 图1为现有低电压过压保护器件的纵向结构示意图；
[0016] 图2为本实用新型低电容低电压半导体过压保护器件的纵向结构示意图；
[0017] 图3为本实用新型低电容低电压半导体过压保护器件的制备方法流程图；
[0018] 图4为本实用新型P1基区的扩散范围示意图；
[0019] 图5为本实用新型P2基区的扩散范围示意图；
[0020] 图6为本实用新型N1基区的扩散范围示意图；
[0021 ]图7为本实用新型金属化电极区的扩散范围示意图。
【具体实施方式】
[0022]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】 并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要 限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不 必要地混淆本实用新型的概念。
[0023] 实施例：
[0024] 如图2所示，一种低电容低电压半导体过压保护器件，芯片层包括N型衬底1、在N型 衬底1上方和下方对称扩散有P2基区2和N型区3以及发射极N型掺杂区4,在发射极N型掺杂 区4与P2基区2扩散有P1基区5，P1基区5为高浓度P型掺杂基区，P2基区2为低浓度P型掺杂基 区。芯片层表面为金属化电极区6。金属化电极区6包括四层，铝lwii、钛0.3_、镍0.7_、银 0?5um〇
[0025] 如图3所示，本实用新型的一种低电容低电压半导体过压保护器件的制备方法，包 括以下步骤：
[0026] S01:在晶圆表面扩散形成双面P1基区，所述P1基区为高浓度P型杂质区域，该区域 电容值为CP1;
[0027] S02:扩散形成P2基区与P1基区重叠，所述P2基区为低浓度P型杂质区域，该区域总 电容值约为CP1+CP2;
[0028] S03: N1磷区扩散，与P1基区形成低击穿的PN结，并同时形成发射极N型掺杂。
[0029]本实用新型的过压保护器件由扩散炉制成，使用的晶圆参数为：电阻率40~50 Q/ cm 厚度220wn±10%;
[0030]具体包括以下步骤：
[0031 ] S11:晶圆表面一次氧化，形成场氧阻挡层:炉温1100°C、氧气4L/min、氢气5L/min， 形成的目标氧化层厚度为1 ? 5wii± 10%;
[0032] S12:扩散形成P1基区：在炉温1000°C、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源淀积， 淀积时间为30min;在炉温1200°C、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源推进，推进时间为 200min，使用四探针测试扩散方块电阻为15 Q ± 10%，结深为23mi± 10%;扩散范围如图4所 不。
[0033]:扩散形成P2基区：在炉温950°C、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源淀积，淀积 时间为18min;在炉温1200°C、氧气2L/min、氮气3L/min下进行硼源推进，推进时间为 500min，使用四探针测试扩散方块电阻为50 Q ± 10%，结深20mi ± 10%;扩散范围如图5所示。
[0034] :N1磷区扩散:在炉温1050°C、氧气2L/min、氮气3L/min、携源氮气lL/min下进行磷 源淀积，淀积时间为18min;在炉温1100 °C、氧气2L/min、氮气3L/min下进行磷源推进，推进 时间为260min，使用四探针测试扩散方块电阻为1 Q ± 10%，结深1 Own ± 10%;扩散范围如图6 所示。
[0035] :淀积金属化层:通过离子束金属化蒸发台工艺淀积金属化层。金属化层为四层， 依次分别为铝lwn、钛〇. 3wn、镍0.7wn、银0.5mi。扩散范围如图7所示。
[0036] 下表为使用该设计后所制样品的参数对比：
[0037]由上表可见，本实用新型在保证原产品功能及参数的基础上，将寄生结电容缩小 为原来的20%左右，可以实现结电容目标值小于30PF。
[0038]应当理解的是，本实用新型的上述【具体实施方式】仅仅用于示例性说明或解释本实 用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的 情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外， 本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的 等同形式内的全部变化和修改例。
【主权项】
1. 一种低电容低电压半导体过压保护器件，芯片层包括N型衬底、在N型衬底上方和下 方对称扩散有P2基区和N型区以及发射极N型掺杂区，其特征在于，在发射极N型掺杂区与P2 基区扩散有P1基区，所述P1基区和P2基区为P型变掺杂基区。2. 根据权利要求1所述的低电容低电压半导体过压保护器件，其特征在于，所述P1基区 为高浓度P型掺杂基区，所述P2基区为低浓度P型掺杂基区。3. 根据权利要求1所述的低电容低电压半导体过压保护器件，其特征在于，芯片层表面 为金属化电极区。4. 根据权利要求3所述的低电容低电压半导体过压保护器件，其特征在于，所述金属化 电极区包括四层，分别为铝、钛、镍和银。
【文档编号】H01L21/329GK205452296SQ201620237509
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】璧垫捣, 赵海
【申请人】昆山海芯电子科技有限公司