一种低残压低容值的ESD器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低容值低残压ESD保护器件，由两个低容二极管(D1、D2)、一个SCR管和一个穿通型钳位TVS构成三端器件，第一降容管D1的阳极与SCR管的阴极相连，D1管的阴极与D2的阴极相连形成第一端口IO1，T1的阳极与TVS管的阴极形成第二端口IO2，TVS的阳极与D2的阳极构成第三端口GND。本实用新型专利技术通过将SCR管结构与降容管的集成，实现了低容低残压保护，器件结构上利用SCR管的半骤回特性有效降低了器件的残压，并通过高阻外延层降低了器件的结电容。

【技术实现步骤摘要】
一种低残压低容值的ESD器件
本技术属于半导体器件
，涉及一种低残压低容值的ESD器件。
技术介绍
随着特征尺寸的进一步降低，IC对ESD(静电阻抗器)更加敏感，而且耐压也大幅降低。当前大部分ESD保护产品一般采用R2R+Zener的方式来实现低容ESD保护，然而由于残压问题导致IC过早的被静电打坏，使得ESD防护无法达到测试要求。特别是针对TypeC接口，既要求容值要低，又要求ESD保护产品的残压也要非常低。目前HDMI2.0、TypeC接口保护一般都采用差共模方式进行保护，具有骤回特性的产品会更容易通过ESD测试，IO-GND之间的骤回电压太低(低于工作电压)容易形成续流烧而将保护器件烧坏，因此在低残压和维持电压(VH)之间折中就尤为重要。因此，现有的产品中电容满足要求，而残压无法达到保护要求，又或者残压降低了电容无法满足。
技术实现思路
本技术解决的技术问题在于提供一种低残压低容值的ESD器件，通过结构创新有效解决低容结构中残压问题，克服高速接口ESD保护难以通过的缺陷。本技术是通过以下技术方案来实现：一种低容值低残压的ESD器件，包括N衬底、埋层和P-外延，其中N衬底背面设有背面金属层，在P-外延上形成两个低容二极管D1、D2、一个SCR管T1和一个穿通型钳位TVS管T2；其中，第一低容二极管D1的阳极与SCR管T1的阴极相连接，第一低容二极管D1的阴极与第二低容二极管D2的阴极相连接形成第一端口IO1；SCR管T1的阳极与穿通型钳位TVS管T2的阴极相连接形成第二端口IO2；穿通型钳位TVS管T2的阳极与第二低容二极管D2的阳极通过封装打线与背面金属层连接构成第三端口GND。所述的SCR管T1为低残压器件，差模电流泄放由第二端口IO2经过SCR管T1与第一低容管D1到达第一端口IO1；所述的穿通型钳位TVS管T2为钳位型低容器件，共模保护由第二端口IO2端口经穿通型钳位TVS管T2到达第三端口GND，实现低容钳位保护。所述P-外延上分别设有Nwell层、NPlus层和PPlus层；Nwell层包括第一Nwell层、第二Nwell层和第三Nwell层；NPlus层包括第一NPlus层、第二NPlus层、第三NPlus层和第四NPlus层；PPlus层包括第一PPlus层、第二PPlus层和第三PPlus层；其中，第一PPlus层为SCR管T1的阳极，第二NPlus层为SCR管T1的阴极；第二PPlus层为第一低容二极管D1的阳极，第三NPlus层为第一低容二极管D1的阴极；第一Nwell层、P-外延与N+衬底共同构成低残压TVS管T2；第三PPlus层为第二低容二极管D2的阳极，第三NPlus层为第二低容二极管D2的阴极。所述的第二NPlus层与第二PPlus层通过第二金属电极相连接；第四NPlus层通过第四金属电极与第三PPlus层相连接；第四NPlus层、第三Nwell层通过封装打线连接于N+衬底；由所述第一PPlus层形成第一个P区，由第一Nwell层、第一NPlus层形成第一个N区，P-外延形成第二个P区，第二NPlus层形成第二个N区，构成IO-IO之间的PNPN结构；由所述第一Nwell层、P-外延和N+衬底构成IO-GND之间的NPN结构。进一步的，还将ESD器件通过结构扩展形成IO-IO对称的器件：将第一ESD器件的IO1端口与第二ESD器件的IO2端口相连，第一ESD器件的IO2端口与第二ESD器件的IO1端口相连，共用衬底和GND，形成对称器件结构第三端口。所述的第一PPlus层位于第一Nwell层内，第三NPlus层位于第二Nwell层内，第四NPlus层位于第三Nwell层内；第二PPlus层位于第一Nwell层与第二Nwell层之间，第三PPlus层位于第二Nwell层与第三Nwell层之间；第二NPlus层位于第一Nwell层与第二PPlus层之间，第一NPlus层位于第一PPlus层与第二NPlus层之间。所述N+埋层与P+埋层的埋层厚度为0.7～3um，两者之间相距l，l>6um；所述P-外延的外延厚度为3.5～15um。所述Nwell层的结深为1～3um，NPlus层的结深为0.5～1um，PPlus层的结深为0.5～1um。与现有技术相比，本技术具有以下有益的技术效果：本技术提供的低容值低残压的ESD器件采用高阻外延(P外延)结构，实现了低容管二极管D1、D2，再与PNPN结构的SCR管T1串联，通过低容管二极管D1、D2的降容，实现了低容低残压结构；同时利用低压穿通击穿特点(NPN结构的TVS可以实现低于雪崩击穿点的穿通特性)实现了IO-GND之间低压击穿特性，从而实现了对地低残压保护；同时，通过SCR管结构实现半骤回结构PNPN结构器件特性，由PPlus204形成第一个P区，第一Nwell层201、第一NPlus层205形成第一个N区，P-外延形成第二个P区，第二NPlus层206形成第二个N区，从而降低了IO-IO之间的残压；还通过第一Nwell层201、外延P区和衬底形成的NPN结构实现IO-GND之间的穿通击穿，从而实现了2.5V、3.3V击穿特性。本技术能够有效解决原有低容产品残压偏高问题，并提供Vcc到GND低压钳位保护，解决了当前HDMI2.0、TypeC等高速接口电路保护ESD难以通过那题，通过结构创新有效解决低容结构中残压问题。与R2R+Zener结构相比较，该产品可实现1.8V、2.5V、3.3V等低压保护；与SCR结构对比，可实现IO-GND之间的低压钳位保护；而且本技术通过产品的组合封装，可以实现多路ESD保护。附图说明图1为本技术的电气原理示意图；图2为N+埋层和P+埋层形成示意图；图3为P-外延形成示意图；图4为Nwell层形成示意图；图5为NPlus层和PPlus层形成示意图；图6为本技术的完整器件形成及结构示意图；图7为双器件扩展结构示意图；图8为本技术器件的I-V特性示意图；图9本技术器件的TLP测试曲线；具体实施方式下面结合实施例对本技术做进一步详细描述，所述是对本技术的解释而不是限定。本技术提供的一种低容值低残压的ESD器件，通过将采用SCR管结构与降容管的集成，实现了低容低残压保护，器件结构上利用SCR管的半骤回特性有效降低了器件的残压，并通过高阻外延层降低了器件的结电容。参见图1-图6，一种低容值低残压的ESD器件，包括N衬底、埋层和P-外延，其中N衬底背面设有背面金属层，在P-外延上形成两个低容二极管D1、D2、一个SCR管T1和一个穿通型钳位TVS管T2；其中，第一低容二极管D1的阳极与SC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低容值低残压的ESD器件，其特征在于，包括N衬底、埋层和P-外延，其中N衬底背面设有背面金属层，在P-外延上形成两个低容二极管(D1、D2)、一个SCR管(T1)和一个穿通型钳位TVS管(T2)；/n其中，第一低容二极管(D1)的阳极与SCR管(T1)的阴极相连接，第一低容二极管(D1)的阴极与第二低容二极管(D2)的阴极相连接形成第一端口IO1；SCR管(T1)的阳极与穿通型钳位TVS管(T2)的阴极相连接形成第二端口IO2；穿通型钳位TVS管(T2)的阳极与第二低容二极管(D2)的阳极通过封装打线与背面金属层连接构成第三端口GND。/n

【技术特征摘要】
1.一种低容值低残压的ESD器件，其特征在于，包括N衬底、埋层和P-外延，其中N衬底背面设有背面金属层，在P-外延上形成两个低容二极管(D1、D2)、一个SCR管(T1)和一个穿通型钳位TVS管(T2)；
其中，第一低容二极管(D1)的阳极与SCR管(T1)的阴极相连接，第一低容二极管(D1)的阴极与第二低容二极管(D2)的阴极相连接形成第一端口IO1；SCR管(T1)的阳极与穿通型钳位TVS管(T2)的阴极相连接形成第二端口IO2；穿通型钳位TVS管(T2)的阳极与第二低容二极管(D2)的阳极通过封装打线与背面金属层连接构成第三端口GND。


2.如权利要求1所述的低容值低残压的ESD器件，其特征在于，所述的SCR管(T1)为PNPN结构的低残压器件，差模电流泄放由第二端口IO2经过SCR管(T1)与第一低容管D1到达第一端口IO1；
所述的穿通型钳位TVS管(T2)为NPN结构的钳位型低容器件，共模保护由第二端口IO2端口经穿通型钳位TVS管(T2)到达第三端口GND，实现低容钳位保护。


3.如权利要求1所述的低容值低残压的ESD器件，其特征在于，所述P-外延上分别设有Nwell层、NPlus层和PPlus层；
Nwell层包括第一Nwell层(201)、第二Nwell层(202)和第三Nwell层(203)；NPlus层包括第一NPlus层(205)、第二NPlus层(206)、第三NPlus层(208)和第四NPlus层(210)；
PPlus层包括第一PPlus层(204)、第二PPlus层(207)和第三PPlus层(209)；
其中，第一PPlus层(204)为SCR管(T1)的阳极，第二NPlus层(206)为SCR管(T1)的阴极；
第二PPlus层(207)为第一低容二极管(D1)的阳极，第三NPlus层(208)为第一低容二极管(D1)的阴极；
第一Nwell层(201)、P-外延(103)与N+衬底(100)共同构成低残压TVS管(T2)；
第三PPlus层(209)为第二低容二极管(D2)的阳极，第三NPlus层(208)为第二低容二极管(D2)的阴极。


4.如权利要求3所述的低容值低残压的ESD器件，其特征在于，所述的第二NPlus层(206)与第二PP...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，
申请(专利权)人：欧跃半导体西安有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61