專利名稱：一種硅控整流器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及一種硅控整流器及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工藝制程的日益先進(jìn)，在IC設(shè)計中，靜電放電(ESD)的防護(hù)受到越來越多設(shè)計者的關(guān)注。組成ESD防護(hù)電路的元器件包括電阻(Resistor) ，二極管(Diode)，三極管(Bipolar)，柵極接地金氧半場效應(yīng)晶體管(GGMOSFET)，柵極耦合金氧半場效應(yīng)晶體管(GCMOSFET)，硅控整流器(SCR)等等。 在眾多的ESD防護(hù)器件中，硅控整流器(SCR)由于其較低的維持電壓(holdingvoltage)，使得在相同的面積下，具有最好的ESD防護(hù)能力。但是SCR結(jié)構(gòu)作為ESD防護(hù)器件時，具有較高的觸發(fā)電壓值(Vtl)，使得整個電路的ESD防護(hù)效果并不如預(yù)期的理想。為了降低SCR結(jié)構(gòu)過高的觸發(fā)電壓值(trigger voltage)，設(shè)計者研發(fā)出了多種經(jīng)改善的SCR結(jié)構(gòu)，例如低觸發(fā)電壓的硅控整流器(LVTSCR :low voltage triggering SCR)，改善的橫向硅控整流器(MLSCR :modif ied lateral SCR)等等。但是這些改進(jìn)的SCR結(jié)構(gòu)，對于降低其觸發(fā)電壓是有一定限制的，而且其觸發(fā)電壓值較難控制，從而增加了設(shè)計者的設(shè)計難度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，希望提出一種硅控整流器及該硅控整流器的制造方法，可以在節(jié)約成本的同時盡可能的降低觸發(fā)電壓，最好是控制觸發(fā)電壓值。
因此，本發(fā)明提出了一種硅控整流器，包括
半導(dǎo)體襯底， 該半導(dǎo)體襯底上方的N阱和P阱； 形成于N阱中的第一 P+摻雜區(qū)和第一 N+摻雜區(qū)； 形成于P阱中的第二 P+摻雜區(qū)和第二 N+摻雜區(qū)； 形成于上述N阱與P阱相接合的位置的第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)；以及
該第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)下方的N阱或P阱中的第四N-摻雜區(qū)或第四P-摻雜區(qū)。 作為優(yōu)選，上述第四N-摻雜區(qū)或第四P-摻雜區(qū)通過植入的方式形成，其植入的能量和劑量根據(jù)所需的觸發(fā)電壓值決定。 作為優(yōu)選，上述各P+摻雜區(qū)和N+摻雜區(qū)之間具有隔離結(jié)構(gòu)，第三P+摻雜區(qū)或第
三N+摻雜區(qū)與其相鄰的摻雜區(qū)之間具有隔離結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明還提出了一種形成所述的硅控整流器的方法，包括 提供半導(dǎo)體襯底， 在上述半導(dǎo)體襯底上方形成多個阱區(qū)，該多個阱區(qū)包括N阱和P阱；
在上述多個阱區(qū)中進(jìn)行淺槽隔離結(jié)構(gòu)； 在上述多個阱區(qū)中的至少一個中形成由淺槽隔離結(jié)構(gòu)分隔的至少一個第一P+摻雜區(qū)和至少一個第一N+摻雜區(qū)，以及在上述多個阱區(qū)中的至少一個中形成由淺槽隔離結(jié)
構(gòu)分隔的至少一個第二 P+摻雜區(qū)和至少一個第二 N+摻雜區(qū)； 在上述N阱與P阱相接合的位置形成第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)，該第三P+
摻雜區(qū)或該第三N+摻雜區(qū)與相鄰的摻雜區(qū)之間由淺槽隔離結(jié)構(gòu)隔離；以及 在該第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)下方的N阱或P阱中形成第四N-摻雜區(qū)或
第四P-摻雜區(qū)。 本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的硅控整流器可以大大降低SCR結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓值，進(jìn)而提高其ESD的整體防護(hù)能力；可以根據(jù)設(shè)計者的不同需求調(diào)節(jié)新的SCR結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓值，在不同的電路設(shè)計中，使其發(fā)揮最優(yōu)的ESD防護(hù)能力；在相同的ESD防護(hù)需求下，能更節(jié)省面積，進(jìn)而降低設(shè)計成本。并且，使用本發(fā)明提出的方法，僅增加了一道工序，但卻使得所得到的器件的ESD防護(hù)能力大大提高。 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。對于所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，從對本發(fā)明的詳細(xì)說明中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的LSCR結(jié)構(gòu)剖面圖。 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的MLSCR結(jié)構(gòu)剖面圖。 圖3是相同面積下LSCR結(jié)構(gòu)和MLSCR結(jié)構(gòu)的驟回特性曲線。 圖4是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的SCR結(jié)構(gòu)剖面圖。 圖5是相同面積下本發(fā)明的SCR結(jié)構(gòu)、LSCR結(jié)構(gòu)和MLSCR結(jié)構(gòu)的驟回特性曲線。 圖6是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的SCR結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明所述的一種硅控整流器作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。 如圖1、2和3所示，為例如0. 18iim某制程中傳統(tǒng)的橫向硅控整流器LSCR結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的橫向硅控整流器MLSCR (Modified LSCR)，以其為例，由于傳統(tǒng)的LSCR具有較高的觸發(fā)電壓值，參見圖3中的Vtl，該觸發(fā)電壓值與N阱Nwell/P阱Pwell的擊穿電壓值相關(guān)，Vtl約為25V，這樣的觸發(fā)電壓使得硅控整流器在ESD放電過程中，不能及時開啟進(jìn)而有效地保護(hù)內(nèi)部電路，無法良好地起到保護(hù)器件的作用。同時，其二次擊穿電流值為約7A左右，該電流值是較高的。 為了降低觸發(fā)電壓，設(shè)計者對其進(jìn)行了改進(jìn)，在一個固定的制程中，由于^/ 恥11的擊穿電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Nwell/Pwell的擊穿電壓值，所以MLSCR能夠有效地降低其觸發(fā)電壓，觸發(fā)電壓值Vtl降至16V左右。但是由于結(jié)構(gòu)的改變，使得相同面積下的MLSCR結(jié)構(gòu)，其二次擊穿電流卻大大的下降，二次擊穿電流值It2降至不到2A，從而使得整個ESD電路保護(hù)效果不佳。因而，圖2所示的MLSCR結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓值Vtl雖然較圖1所示的LSCR結(jié)構(gòu)降低了很多，但是其二次擊穿電流值It2卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于圖1所示的LSCR結(jié)構(gòu)。
為了克服MLSCR結(jié)構(gòu)的以上缺陷，提出一種新的SCR結(jié)構(gòu)及其制造方法，此新結(jié)構(gòu)
4不僅可以根據(jù)設(shè)計者的不同需求改變其觸發(fā)電壓值(Vtl)，而且其二次擊穿電流值(It2) 也會大大提高，從而改善整個SCR結(jié)構(gòu)的ESD防護(hù)能力。 本發(fā)明一較佳實(shí)施例的SCR結(jié)果如圖4所示，該SCR結(jié)構(gòu)是在MLSCR結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ) 上增加一道P-植入，其中P-植入的能量和劑量可以根據(jù)設(shè)計者對于觸發(fā)電壓值的不同要 求做相應(yīng)的改變。 這種新的SCR的結(jié)構(gòu)具體為包括半導(dǎo)體襯底，在該實(shí)施例中為P襯底，該半導(dǎo)體襯
底上方的N阱和P阱；形成于N阱中的利用例如淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)或場氧化區(qū)形成的隔離結(jié)
構(gòu)的第一P+摻雜區(qū)和第一N+摻雜區(qū)，用作陽極；形成于P阱中的利用例如淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)
或場氧化區(qū)形成的隔離結(jié)構(gòu)相互隔開的第二P+摻雜區(qū)和第二N+摻雜區(qū)，用作陰極；形成于
上述N阱與P阱相接合的位置的第三N+摻雜區(qū)，利用例如淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)或場氧化區(qū)形成
的隔離結(jié)構(gòu)隔開第三N+摻雜區(qū)與第一 P+摻雜區(qū)和第二 N+摻雜區(qū)，第三N+摻雜區(qū)例如通
過觸發(fā)擴(kuò)散的方式形成；以及該第三N+摻雜區(qū)下方的P阱中的第四P-摻雜區(qū)，第四P-摻
雜區(qū)例如通過植入的方式形成，其植入的能量和劑量根據(jù)所需的觸發(fā)電壓值決定。 新的SCR結(jié)構(gòu)的驟回特性曲線如圖5所示，同圖1與圖2的SCR結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)
的觸發(fā)電壓值為Vtl為8-9V，二次擊穿電流值Itl達(dá)到約8. 65A，因而其不但具有較低的觸
發(fā)電壓值，而且具有較高的二次擊穿電流值，使其ESD防護(hù)能力大大提高。 本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的SCR結(jié)構(gòu)剖面圖如圖6所示，其中P襯底、N阱、P阱、第
一 P+摻雜區(qū)、第一 N+摻雜區(qū)、第二 P+摻雜區(qū)和第二 N+摻雜區(qū)與圖4所示的SCR結(jié)構(gòu)相
同，不同之處在于上述N阱與P阱相接合的位置形成第三P+摻雜區(qū)，利用隔離結(jié)構(gòu)隔開第
三P+摻雜區(qū)與第一 P+摻雜區(qū)和第二 N+摻雜區(qū)，該第三P+摻雜區(qū)例如通過觸發(fā)擴(kuò)散的方
式形成；以及該第三P+摻雜區(qū)下方的N阱中的第四N-摻雜區(qū)，第四N-摻雜區(qū)例如通過植
入的方式形成，其植入的能量和劑量根據(jù)所需的觸發(fā)電壓值決定。 本發(fā)明一較佳實(shí)施例的形成所述的硅控整流器的方法，包括 提供半導(dǎo)體襯底， 在上述半導(dǎo)體襯底上方形成多個阱區(qū)，該多個阱區(qū)包括N阱和P阱；
在上述多個阱區(qū)中進(jìn)行淺槽隔離結(jié)構(gòu)； 在上述N阱中形成由淺槽隔離結(jié)構(gòu)分隔的至少一個第一 P+摻雜區(qū)和至少一個第
一 N+摻雜區(qū)； 在上述P阱中形成由淺槽隔離結(jié)構(gòu)分隔的至少一個第二 P+摻雜區(qū)和至少一個第
二 N+摻雜區(qū)； 在上述N阱與P阱相接合的位置形成第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)，該第三P+
摻雜區(qū)或該第三N+摻雜區(qū)與相鄰的摻雜區(qū)之間由淺槽隔離結(jié)構(gòu)隔離；以及 在該第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)下方的N阱或P阱中形成第四N-摻雜區(qū)或
第四P-摻雜區(qū)。 其中，以上第一 P+摻雜區(qū)和第一 N+摻雜區(qū)、第二 P+摻雜區(qū)和第二 N+摻雜區(qū)、第 三P+摻雜區(qū)和第三N+摻雜區(qū)的形成次序可以是任意次序，或者以上摻雜區(qū)是同時形成的， 不受上述實(shí)施例中的次序的限制。而第四N-摻雜區(qū)或第四P-摻雜區(qū)在形成上述摻雜區(qū)之 后形成。 其中圖3與圖5所示的不同SCR結(jié)構(gòu)的驟回特性曲線均為實(shí)驗(yàn)測得的結(jié)果。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；如果不脫 離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換的，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要 求的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種硅控整流器，其特征在于包括半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底上方的N阱和P阱；形成于N阱中的第一P+摻雜區(qū)和第一N+摻雜區(qū)；形成于P阱中的第二P+摻雜區(qū)和第二N+摻雜區(qū)；形成于上述N阱與P阱相接合的位置的第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)；以及該第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)下方的N阱或P阱中的第四N-摻雜區(qū)或第四P-摻雜區(qū)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅控整流器，其特征在于上述第四N-摻雜區(qū)或第四P-摻雜區(qū)通過植入的方式形成，其植入的能量和劑量根據(jù)所需的觸發(fā)電壓值決定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅控整流器，其特征在于各P+摻雜區(qū)和N+摻雜區(qū)之間具有隔離結(jié)構(gòu)，第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)與其相鄰的摻雜區(qū)之間具有隔離結(jié)構(gòu)。
4. 一種形成如權(quán)利要求1所述的硅控整流器的方法，其特征在于包括提供半導(dǎo)體襯底，在上述半導(dǎo)體襯底上方形成多個阱區(qū)，該多個阱區(qū)包括N阱和P阱；在上述多個阱區(qū)中進(jìn)行淺槽隔離結(jié)構(gòu)；在上述多個阱區(qū)中的至少一個中形成由淺槽隔離結(jié)構(gòu)分隔的至少一個第一 P+摻雜區(qū)和至少一個第一N+摻雜區(qū)，以及上述多個阱區(qū)中的至少一個中形成由淺槽隔離結(jié)構(gòu)分隔的至少一個第二 P+摻雜區(qū)和至少一個第二 N+摻雜區(qū)；在上述N阱與P阱相接合的位置形成第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)，該第三P+摻雜區(qū)或該第三N+摻雜區(qū)與相鄰的摻雜區(qū)之間由淺槽隔離結(jié)構(gòu)隔離；以及在該第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)下方的N阱或P阱中形成第四N-摻雜區(qū)或第四P-摻雜區(qū)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于上述第四N-摻雜區(qū)或第四P-摻雜區(qū)通過植入的方式形成，其植入的能量和劑量根據(jù)所需的觸發(fā)電壓值決定。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種硅控整流器及其制造方法，該硅控整流器包括半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底上方的N阱和P阱；形成于N阱中的第一P+摻雜區(qū)和第一N+摻雜區(qū)；形成于P阱中的第二P+摻雜區(qū)和第二N+摻雜區(qū)；形成于上述N阱與P阱相接合的位置的第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)；以及該第三P+摻雜區(qū)或第三N+摻雜區(qū)下方的N阱或P阱中的第四N-摻雜區(qū)或第四P-摻雜區(qū)。本發(fā)明的有益效果在于可以大大降低SCR結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓值，進(jìn)而提高其ESD的整體防護(hù)能力；可以根據(jù)設(shè)計者的不同需求調(diào)節(jié)新的SCR結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓值，在不同的電路設(shè)計中，使其發(fā)揮最優(yōu)的ESD防護(hù)能力；在相同的ESD防護(hù)需求下，能更節(jié)省面積，進(jìn)而降低設(shè)計成本。
文檔編號H01L29/74GK101728428SQ200810168280
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者夏洪旭, 石俊 申請人:和艦科技(蘇州)有限公司