本实用新型属于集成电路静电放电(esd-electrostaticdischarge)保护领域，具体为一种单向esd保护器件。
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三个方面的问题：一是esd保护器件要能够泄放大电流；二是esd保护器件具有特定的触发电压及低保持电压。三是esd防护器件需要超低的寄生电容。
现有常规的单向esd保护器件结构如图1所示，包括n 衬底材料102，在n 衬底材料102上设p-缓冲层110，在p-缓冲层110中形成p 埋层区103，在p-外延层区105中形成p 扩散区108、n 扩散区106。金属层107、金属层101分别表示单向esd保护器件的两个电极端口，即为阳极、阴极。该结构的二极管单元由n 衬底材料102、p-缓冲层110、p-外延层105、p 扩散区108组成，三极管单元由n 衬底材料102、p 埋层区103、p-外延层105、n 扩散区106组成，三极管单元的电压主要取决于n 衬底材料102与p 埋层区103的浓度，二极管单元的电压主要取决于n 衬底材料102与p-缓冲层110的浓度，由于p 埋层区103的浓度高于p-缓冲层110的浓度，所以该结构的电压由三极管单元决定。p 埋层区103是在p-缓冲层110中注入高剂量的硼，并通过高温（一般为1100-1200℃）长时间（一般为120-240分钟）的扩散形成的。在p-外延层105生长过程中，p 埋层103由于其浓度高于p-外延层105，因此其向p-外延层105反扩的尺寸较大（一般为3-5um），这样就需要更厚的p-外延层105。因此该结构在制造难度与成本方面均提出了较高的要求。p 埋层103向p-外延层105反扩的尺寸会对p 埋层103的浓度分布形成较大的影响，三极管单元的电压也将产生较大的变化。由于三极管单元的电压主要取决于n 衬底材料102与p 埋层区103的浓度，因此该结构在参数一致性方面也形成了一定的加工难度。
技术实现要素：
为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种单向esd保护器件，包含n 衬底材料区，n 衬底材料区上方设p-外延层一区和p-调整区；p-外延层一区上方设p-外延层二区ⅰ，p-调整区上方设p-外延层二区ⅱ；p-外延层二区ⅰ顶部设n 扩散区，p-外延层二区ⅱ顶部设p 扩散区；p-外延层二区ⅰ和p-外延层二区ⅱ上方分开设表面钝化层，使n 扩散区和p 扩散区顶面的中间部位露出；n 扩散区、p 扩散区中间露出的部位和表面钝化层上方设金属层ⅰ；n 衬底材料区底部设金属层ⅱ；n 衬底材料区上设槽区；槽区向上直线延伸，经p-外延层一区和p-调整区之间的空隙，直至p-外延层二区ⅰ顶部边沿。金属层ⅰ、金属层ⅱ分别表示单向esd保护器件的两个电极端口，即为阳极、阴极。表面钝化层起到介质隔离的作用。
进一步的，p 扩散区、p-外延层二区ⅱ、p-调整区、n 衬底材料区组成diode单元；n 扩散区、p-外延层二区ⅰ、p-外延层一区、n 衬底材料区组成npn单元；diode单元与npn单元的电学隔离由槽区形成。
进一步的，p-调整区通过引入磷注入退火的补偿工艺，使p-调整区的浓度低于p-外延层一区，保证当金属层ⅱ接高电位，金属层ⅰ接低电位时，电流通过npn单元，表现为三极管的浅回扫击穿特性。
本实用新型解决了现有的单向esd保护器件在制造上的难度和参数一致性的问题。
附图说明
图1是常规的单向esd保护器件的结构剖面示意图。
图2是本实用新型单向esd保护器件的结构剖面示意图。
图3是本实用新型专利的单向esd保护器件的等效电路示意图。
图4是本实用新型专利的单向esd保护器件的伏安特性曲线示意图。
图中，201.金属层ⅱ，202.n 衬底材料区，203.p-外延层一区，204.槽区，205.p-外延层二区ⅰ，206.n 扩散区，207.金属层ⅰ，208.p 扩散区，209.p-调整区，210.表面钝化层，211.p-外延层二区ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
如图2所示，一种高通流能力的单向esd保护器件，包含n 衬底材料区202，位于n 衬底材料区上方的是p-外延层一区203、p-调整区209。p-外延层一区203上方设p-外延层二区ⅰ205，p-调整区209上方设p-外延层二区ⅱ211；p-外延层二区ⅰ205顶部设n 扩散区206，p-外延层二区ⅱ211顶部设p 扩散区208；p-外延层二区ⅰ205和p-外延层二区ⅱ211上方分开设表面钝化层210，使n 扩散区206和p 扩散区208顶面的中间部位露出；n 扩散区206、p 扩散区208中间露出的部位和表面钝化层210上方设金属层ⅰ207；n 衬底材料区202底部设金属层ⅱ201；n 衬底材料区202上设槽区204；槽区204向上直线延伸，经p-外延层一区203和p-调整区209之间，直至p-外延层二区ⅰ205顶部边沿。金属层ⅰ207、金属层ⅱ201分别表示单向esd保护器件的两个电极端口，即为阳极、阴极。表面钝化层210起到介质隔离的作用。
本实用新型等效电路图如图3所示，diode单元由p 扩散区208、p-外延层二区ⅱ211、p-调整区209、n 衬底材料区202组成，npn单元由n 扩散区206、p-外延层二区ⅰ205、p-外延层一区203、n 衬底材料区202组成。diode单元与npn单元的电学隔离由槽区204形成。
本实用新型伏安特性曲线图如图4所示，当金属层ⅰ207接高电位，金属层ⅱ201接低电位时，电流通过diode单元，表现为二极管的正向导通特性，当金属层ⅱ201接高电位，金属层ⅰ207接低电位时，电流通过npn单元，表现为三极管的浅回扫击穿特性。本实用新型esd保护器件保护结构为bjt三极管，相比于二极管结构，三极管结构可以引入更强的电导调制效应，同时该三极管为纵向结构，击穿电压取决于p-外延层一区203与n 衬底材料区201的浓度分布，击穿点发生在体内，从而相比于一般的二极管结构，可以获得高通流能力。
本实用新型的三极管单元电压主要取决于n 衬底材料202与p-外延层一区203的浓度，二极管单元的电压主要取决于n 衬底材料202与p-调整区209的浓度。p-调整区是在p-外延一区203中通过注入一定剂量的磷，并通过低温(一般为950-1050℃)短时间（一般为30-90min）的扩散补偿形成的。对于常规的单向esd保护器件而言，p 埋层区103的浓度通过高剂量的硼注入扩散形成，浓度分布呈现高斯分布。由于p-外延一区203的浓度是通过外延加工形成，浓度分布一致，其与p-外延二区205的浓度梯度相较于常规结构明显减小，减少成本，解决了制造困难的问题。因此，在p-外延二区205的生长过程中，p-外延一区203向p-外延层二区ⅰ205反扩的尺寸较小（一般为1-2um）。p-外延一区203的浓度分布一致稳定，使三极管单元的电压在参数一致性方面得到了提升。
最后说明的是，以上实例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
1.一种单向esd保护器件，其特征在于：包含n 衬底材料区（202），n 衬底材料区（202）上方设p-外延层一区（203）和p-调整区（209）；所述p-外延层一区（203）上方设p-外延层二区ⅰ（205），p-调整区（209）上方设p-外延层二区ⅱ（211）；所述p-外延层二区ⅰ（205）顶部设n 扩散区（206），p-外延层二区ⅱ（211）顶部设p 扩散区（208）；所述p-外延层二区ⅰ（205）和p-外延层二区ⅱ（211）上方分开设表面钝化层（210），将n 扩散区（206）和p 扩散区（208）顶面的中间部位露出；所述n 扩散区（206）、p 扩散区（208）中间露出的部位和表面钝化层（210）上方设金属层ⅰ（207）；所述n 衬底材料区（202）底部设金属层ⅱ（201）；所述n 衬底材料区（202）上设槽区（204），槽区（204）向上直线延伸，经p-外延层一区（203）和p-调整区（209）之间，直至p-外延层二区ⅰ（205）顶部边沿。
2.按照权利要求1所述的一种单向esd保护器件，其特征在于：所述p 扩散区（208）、p-外延层二区ⅱ（211）、p-调整区（209）、n 衬底材料区（202）组成diode单元。
3.按照权利要求1所述的一种单向esd保护器件，其特征在于：所述n 扩散区（206）、p-外延层二区ⅰ（205）、p-外延层一区（203）、n 衬底材料区（202）组成npn单元。
4.按照权利要求2所述的一种单向esd保护器件，其特征在于：所述diode单元与npn单元的电学隔离由槽区（204）形成。
5.按照权利要求1所述的一种单向esd保护器件，其特征在于：所述p-调整区(209)通过引入磷注入退火的补偿工艺，使p-调整区（209）的浓度低于p-外延层一区（203），保证当金属层ⅱ（201）接高电位，金属层ⅰ（207）接低电位时，电流通过npn单元。
技术总结