一种双向触发异质结型esd防护器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术，特别涉及一种双向触发的异质结型ESD防护器件。
【背景技术】
[0002]静电(static electricity)可以说无处不在，任何两个不同材质的物体摩擦，都有可能产生静电。当带有静电的物体，例如人体，接触到IC的金属接脚时所产生的瞬间高压放电，会经由金属接脚影响内部(internal circuit)，经由静电放电所引起的损害，很可能造成电子系统的失效；静电放电的模式主要有四种:人体放电模式(HBM)、机械放电模式(MM)、器件充电模式(CDM)以及电场感应模式(FIM)；
[0003]静电放电保护电路的主要功能是当有静电放电发生时，在静电放电的脉冲(pulse)未达到内部电路之前先行启动，以迅速地消除过高的电压，进而减少静电放电现象所导致的破坏，同时该保护电路也必须能承受静电放电脉冲的能量而不会对保护电路构成损害，双向触发ESD保护电路是常用的静电放电保护电路，常规的双向触发的ESD电路是由硅、碳化硅等材料制成，不仅击穿电压低，而且在高温高场强环境下工作性能不稳定，存在容易失效的缺点。
[0004]目前报道过的基于GaN材料的ESD防护器件，也仅是集成在GaN基LED中的ESD防护器件，且工作原理是通过P掺杂或η掺杂实现ESD防护，不具备有双向触发的功能；而在高功率器件和智能IC领域里，尚未发现有基于异质结的ESD防护器件报告。
【发明内容】
[0005]本发明的目的，就是针对上述传统ESD电路中存在的问题，提出一种在高温高压高场强环境下仍能正常工作，能在异质结型HEMTs中集成且工艺兼容性好，电压控制方位广且具有超低漏电电流的ESD防护器件。
[0006]本发明的技术方案:如图1所示，一种双向触发异质结型ESD电路，包括从下往上依次设置的第一类半导体衬底110、第二类半导体薄膜120和第三类半导体薄膜130，所述第二类半导体薄膜120和第三类半导体薄膜130的连接处形成异质结；所述第三类半导体薄膜130的两端分别设置有第一欧姆接触131和第二欧姆接触134 ;所述第三类半导体薄膜130中靠近第一欧姆接触131处设置有第一金属区，所述第一金属区与第二类半导体薄膜120之间的第三类半导体薄膜130形成用于控制其正下方势皇区夹断与导通的第一金半接触132，所述第一金半接触132的电极通过第一金属线141与第一欧姆接触131的电极连接；所述第三类半导体薄膜130中靠近第二欧姆接触134处设置有第二金属区，所述第二金属区与第二类半导体薄膜120之间的第三类半导体薄膜130形成用于控制其正下方势皇区夹断与导通的第二金半接触133，所述第二金半接触133的电极通过第二金属线142与第二欧姆接触134的电极连接。
[0007]根据权利要求1所述的一种双向触发异质结型ESD防护器件，其特征在于，所述第一类半导体衬底110为蓝宝石、硅和碳化硅中的一种，所述第二类半导体薄膜120和第三类半导体薄膜130为三族-五族化合物，且在第二类半导体和第三类半导体接触界面处能形成异质结。
[0008]进一步的，所述第一金属区和第二金属区中设置有功函数大于4.0eV的金属。
[0009]具有较高功函数的金属在本发明中具有更好的性能。
[0010]更进一步的是，所述第一金属区和第二金属区中设置的金属为T1、N1、Ti和Au中的一种或几种构成的合金。
[0011]进一步的，所述第一金半接触132具有能使第一势皇区122耗尽的半导体势皇层；所述第二金半接触133具有能使第二势皇区124耗尽的半导体势皇层；所述第一金半接触132的半导体势皇层和第二金半接触的半导体势皇层的厚度为I?10纳米。
[0012]本方案中，提出通过金半接触的势皇层来控制沟道的耗尽，因此具备可通过控制势皇层的厚度来实现控制沟道耗尽的优点。
[0013]更进一步的，所述第一金半接触132的半导体势皇层中掺杂有能使第一势皇区122的二维电子气耗尽的F离子或Cl离子；所述第二金半接触133的半导体势皇层中掺杂有能使第二势皇区124的二维电子气耗尽的F离子或Cl离子；所述F离子或Cl离子的浓度为 112?12Vcm3O
[0014]本方案中，采用势皇层加上F离子或Cl离子的方式，共同控制沟道耗尽，因此具备可通过控制势皇层中离子浓度来实现控制沟道耗尽的优点。
[0015]进一步的，所述第一势皇区122正下方的第二类半导体薄膜120中具有能使第一势皇区122的二维电子气耗尽的镁离子；所述第二势皇区124正下方的第二类半导体薄膜120中有能使第二势皇区124的二维电子气耗尽的镁离子；所述镁离子浓度为112?102°/
3
cm ο
[0016]本方案中，提出通过在沟道上的半导体薄膜中加入镁离子的方式控制沟道耗尽，可通过镁离子的浓度调节耗尽条件，因此具备可通过控制沟道上的半导体薄膜中镁离子浓度来实现控制沟道耗尽的优点。
[0017]进一步的，所述第一金半接触132具有半导体势皇层以及所述第一势皇区122正下方的第二类半导体薄膜120中掺杂有镁离子，用于使第一势皇区122的二维电子气耗尽的；所述第二金半接触133具有半导体势皇层以及所述第二势皇区124正下方的第二类半导体薄膜120中掺杂有镁离子，用于使第二势皇区124的二维电子气耗尽；所述的第一金半接触132的半导体势皇层和第二金半接触133的半导体势皇层厚度为I?30纳米，所述镁离子浓度为112?10 2°/cm3。
[0018]本方案中，提出通过采用金半接触势皇层和沟道上半导体中镁离子共同控制沟道耗尽，因此具备可通过控制金半接触势皇层厚度和沟道上半导体中镁离子浓度实现控制沟道耗尽的优点。
[0019]进一步的，所述第一金半接触132具有半导体势皇层，同时在第一金半接触132的半导体势皇层中掺杂有F离子或Cl离子，用于使第一势皇区122的二维电子气耗尽；所述第二金半接触具有半导体势皇层，同时在第二金半接触133的半导体势皇层中掺杂的F离子或Cl离子，用于使第二势皇区124的二维电子气耗尽；所述的第一金半接触的半导体势皇层和第二金半接触的半导体势皇层厚度为I?30纳米，所述的F离子或Cl离子的浓度为 112?12Vcm3O
[0020]本方案中，提出通过采用金半接触势皇层和采用金半接触势皇层中的F离子和Cl离子共同控制沟道耗尽，因此具备可通过控制金半接触势皇层的厚度以及金半接触势皇层中F离子和Cl离子浓度来控制沟道耗尽的优点。
[0021 ] 进一步的，所述第一金半接触132的半导体势皇层中掺杂有F离子或Cl离子以及所述第一势皇区122正下方的第二类半导体薄膜120中掺杂有镁离子，用于使第一势皇区122的二维电子气耗尽；所述第二金半接触133的半导体势皇层中掺杂有的F离子或Cl离子以及所述第二势皇区124正下方的第二类半导体薄膜120中掺杂有镁离子，用于使第二势皇区124的二维电子气耗尽；所述的F离子或Cl离子和所述的镁离子浓度为112?102°/
3
cm ο
[0022]本方案中，提出通过采用金半接触势皇层中的F离子和Cl离子以及沟道上半导体中的镁离子共同控制沟道耗尽，因此具备可通过控制金半接触势皇层中F离子和Cl离子浓度和沟道上半导体中镁离子浓度实现控制沟道耗尽的优点。
[0023]本发明的方案中，采用的第二类半导体和第三类半导体通常是能在异质结界面形成高浓度二维电子气(2DEG)的三五族化合物，如AlxGahN异质结，其具有禁带宽度大、临界击穿电场高、饱和电子漂移速度高、热导率大、抗辐射能力强以及良好的化学稳定性等特点。本发明的ESD电路主要通过控制金半接触正下方的沟道二维电子气耗尽与产生使得沟道夹断与导通，从而实现电路的双向触发；器件在未加电压时，可通过控制金半接触正下方沟道的耗尽长短及漂移区沟道的长短控制触发的阈值电压。
[0024]本发明的有益效果为，器件具有双向触发且阈值电压可控，在高温高场强环境下性能稳定，还具有电路耐压值可控的优点。
【附图说明】
[0025]图1是本发明的双向触发异质结型ESD防护器件结构示意图；
[0026]图2是本发明的双向触发异质结型ESD防护器件应用方式