專利名稱：硅控整流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及低觸發(fā)電壓的硅控整流器。
背景技術(shù)：
在集成電路(IC)的制造與使用中，靜電放電(ESD)是一個(gè)需要考量的問題。隨著對(duì)高速運(yùn)算和寬帶無線通信產(chǎn)品IC的需求日益增加，加之目前的IC工藝正快速地進(jìn)入80 納米甚至65納米以下，IC的內(nèi)部元件都非常微小，所以很容易受到瞬間靜電放電的破壞。 因此，ESD對(duì)IC的質(zhì)量有極大的影響，且隨著IC制造工藝的不斷進(jìn)步，ESD問題的重要性也
與日俱增。目前商用IC在ESD防護(hù)能力的國際標(biāo)準(zhǔn)基本規(guī)格包括以下幾個(gè)項(xiàng)目，分別規(guī)范 IC要能夠承受來自人體、機(jī)器設(shè)備、充電元件的靜電放電能力。來自人體的ESD測試要達(dá)到2000伏以上；機(jī)器設(shè)備；MM)的ESD測試要達(dá)到200伏以上；充電元件的ESD測試要達(dá)到 1000伏以上。通常，ESD發(fā)生于一瞬間，約介于10納秒到100納秒之間，因此亟需一種直接構(gòu)造于芯片上的片上(On-Chip)ESD防護(hù)裝置或電路，以防止ESD對(duì)芯片造成損壞。近來，硅控整流器(SCR)已成為一種重要的ESD防護(hù)裝置。業(yè)界一般使用雙極形硅控整流器，其通常使用標(biāo)準(zhǔn)的MOS工藝制造。當(dāng)ESD事件產(chǎn)生時(shí)，硅控整流器立即將其阻抗降低，且從關(guān)閉狀態(tài)啟動(dòng)為開啟狀態(tài)，并分擔(dān)大部分的電流，因而可對(duì)芯片提供一種可靠的片上保護(hù)。圖1示出了一種現(xiàn)有的硅控整流器。然而，隨著半導(dǎo)體制造工藝的演進(jìn)，IC元件的擊穿電壓也隨之越來越低，硅控整流器的觸發(fā)電壓要比柵極氧化物的擊穿電壓高得多，因此較弱的靜電放電效應(yīng)也能對(duì)由一般的硅控整流器所防護(hù)的IC器件造成損壞。可見，大觸發(fā)電壓的傳統(tǒng)硅控整流器在深亞微米集成電路中不能對(duì)低壓器件形成有效的保護(hù)。為了有效防護(hù)IC元件避免遭受ESD的損壞，于是具有低觸發(fā)電壓的硅控整流器 (LVTSCR)被開發(fā)出來，以降低NMOS器件的回掃(snapkick)擊穿電壓，如圖2所示。這種改進(jìn)型硅控整流器降低了觸發(fā)電壓，通過N+/P阱二極管的反向擊穿來觸發(fā)。然而，這種LVTSCR并不適用于高電壓耐受的IO應(yīng)用。舉例來說，在5V耐受的IO 設(shè)計(jì)中，使用3. 3V的IO器件需要接受5V的輸入信號(hào)。當(dāng)使用這種LVTSCR時(shí)，3. 3VNM0S的柵極氧化物應(yīng)高電壓而過載，并且可能造成可靠性的問題。此外，Shan等人提出了在硅控整流器中使用與P+區(qū)域結(jié)合在一起的PLDD/NHAL0 摻雜來降低觸發(fā)電壓的設(shè)計(jì)(PLDD/NHALO-assisted low-trigger SCR for high-voltage toIerantESD protection in foundry CMOS process without extra mask, Electronics Letters, Vol. 45，No. 1，p40_42，2009)，如圖3所示。在這一設(shè)計(jì)中，使用由P形輕摻雜漏極(PLDD)和N形HALO注入(NHALO)構(gòu)成的節(jié)來降低觸發(fā)電壓。在相同的偏置電壓下，這一 PLDD/NHAL0結(jié)的耗盡深度比P+/N阱結(jié)的耗盡深度淺的多，因此PLDD/NHAL0結(jié)的擊穿電壓小于P+/N阱結(jié)的擊穿電壓。與現(xiàn)有的LVTSCR相比，這種硅控整流器的觸發(fā)電壓低至7伏，并且更適用于高電壓耐受的應(yīng)用而不會(huì)帶來柵極氧化物。此外，在現(xiàn)今的半導(dǎo)體制造中，PLDD/NHALO這一組合一般用于克服熱載流子穩(wěn)定性問題和短溝道效應(yīng)，因此不需再添加新的掩膜。然而，隨著半導(dǎo)體工藝的演進(jìn)，需要進(jìn)一步降低硅控整流器的觸發(fā)電壓。因此，需要提出一種改進(jìn)的低觸發(fā)電壓硅控整流器。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)中低硅控整流器的觸發(fā)電壓較大這一缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種改進(jìn)的低觸發(fā)電壓硅控整流器。本發(fā)明提供了一種硅控整流器，其包括半導(dǎo)體襯底；形成在所述半導(dǎo)體襯底上方的N阱和P阱；形成在所述N阱中的第一 P型注入?yún)^(qū)和第一 N型注入?yún)^(qū)；形成在所述P阱中的第二 P型注入?yún)^(qū)和第二 N型注入?yún)^(qū)；形成在所述N阱與所述P阱相接合之位置的第三注入?yún)^(qū)；以及形成在所述第三注入?yún)^(qū)側(cè)方的由輕摻雜漏區(qū)LDD和暈環(huán)注入?yún)^(qū)HALO形成的結(jié)。一些實(shí)施例中，所述第三注入?yún)^(qū)為高濃度注入?yún)^(qū)。一些實(shí)施例中，所述第三注入?yún)^(qū)為第三N型注入?yún)^(qū)，并且所述結(jié)由P型輕摻雜漏區(qū) PLDD和N型暈環(huán)注入?yún)^(qū)NHALO形成，即PLDD/NHALO結(jié)。一些實(shí)施例中，所述PLDD/NHALO結(jié)中，所述P型輕摻雜漏區(qū)PLDD在所述N型暈環(huán)注入?yún)^(qū)NHALO的上方。一些實(shí)施例中，所述第三注入?yún)^(qū)為第三P型注入?yún)^(qū)，并且所述結(jié)由N型輕摻雜漏區(qū) NLDD和P型暈環(huán)注入?yún)^(qū)PHALO形成，即NLDD/PHAL0結(jié)。一些實(shí)施例中，所述NLDD/PHAL0結(jié)中，所述N型輕摻雜漏區(qū)NLDD在所述P型暈環(huán)注入?yún)^(qū)PHALO的上方。一些實(shí)施例中，所述輕摻雜漏區(qū)的深度和濃度小于所述P型注入?yún)^(qū)或所述N型注入?yún)^(qū)的深度和濃度。一些實(shí)施例中，所述的第一 P型注入?yún)^(qū)、第一 N型注入?yún)^(qū)、第二 P型注入?yún)^(qū)、第二 N 型注入?yún)^(qū)和第三注入?yún)^(qū)之間由淺溝槽隔離區(qū)進(jìn)行隔離。本發(fā)明的硅控整流器中，由輕摻雜區(qū)和暈環(huán)注入?yún)^(qū)形成的結(jié)與高濃度注入?yún)^(qū)相結(jié)合以在陽極和陰極電路之間形成等效三極管(NPN型和PNP型)，由此，擊穿點(diǎn)就位于高濃度注入?yún)^(qū)與輕摻雜區(qū)之間。由于輕摻雜區(qū)位于暈環(huán)注入?yún)^(qū)的上方，因此所述等效三極管的擊穿點(diǎn)更靠近器件表面。由此，本發(fā)明硅控整流器的觸發(fā)電壓得以減小。本發(fā)明的硅控整流器中，由高濃度的注入?yún)^(qū)與低濃度的輕摻雜區(qū)形成PN結(jié)，從而該P(yáng)N結(jié)之間的濃度差較大。由此，本發(fā)明硅控整流器的觸發(fā)電壓得以減小。


結(jié)合附圖，通過下文的述詳細(xì)說明，可更清楚地理解本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的硅控整流器；圖2示出了現(xiàn)有的低觸發(fā)電壓的硅控整流器；圖3示出了現(xiàn)有的帶有PLDD/NHALO結(jié)的低觸發(fā)電壓硅控整流器；圖4示出了本發(fā)明的硅控整流器；
圖5為圖4所示硅控整流器的局部示意圖；圖6示出了本發(fā)明的另一硅控整流器；圖7為圖6所示硅控整流器的局部示意圖。
具體實(shí)施例方式參見示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。相反，提出這些實(shí)施例是為了達(dá)成充分及完整公開，并且使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對(duì)尺寸。應(yīng)理解，當(dāng)將元件或?qū)臃Q為在另一元件或?qū)印吧稀被颉斑B接至”另一元件或?qū)又畷r(shí)， 其可為直接在另一元件或?qū)由匣蛑苯舆B接至其它元件或?qū)?，或者存在居于其間的元件或?qū)?。與此相反，當(dāng)將元件稱為“直接在另一元件或?qū)由稀?、或“直接連接至”或另一元件或?qū)又畷r(shí)，并不存在居于其間的元件或?qū)?。整份說明書中相同標(biāo)號(hào)是指相同的元件。如本文中所使用的，用語“及/或”包括一或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任何或所有組合。除非另行詳細(xì)說明，本文所使用的所有術(shù)語(包括科技術(shù)語)的意思與本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所通常理解的一致。還應(yīng)理解，諸如一般字典中所定義的術(shù)語應(yīng)解釋為與相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的意思一致，并且不應(yīng)解釋為理想化的或過度刻板的含義，除非在文中另有明確定義。對(duì)于SCR的基本結(jié)構(gòu)的工作原理，其觸發(fā)條件在于連接陽極的N阱與連接陰極的P 阱之間形成反向擊穿導(dǎo)通，提供足夠大的電流觸發(fā)寄生的NPN和PNP的基極與發(fā)射極正向?qū)ǎM(jìn)入正向電流放大狀態(tài)，共同瀉放靜電電流。在進(jìn)行靜電荷放電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需考慮所使用的結(jié)構(gòu)要滿足合適的觸發(fā)電壓。觸發(fā)電壓一般需高于正常工作電壓，且須低于內(nèi)部電路所能承受的最高電壓。圖4為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的低觸發(fā)電壓硅控整流器的示意圖。如圖4所示，本發(fā)明的硅控整流器包括P形硅襯底，其上并列分布有P阱注入?yún)^(qū)和 N阱注入?yún)^(qū)。P阱注入?yún)^(qū)內(nèi)靠近襯底表面分布有P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)。所述P型注入?yún)^(qū)和 N型注入?yún)^(qū)分別連至陰極。P阱注入?yún)^(qū)內(nèi)的P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)之間及其兩端分別有淺溝槽隔離區(qū)STI進(jìn)行隔離。N阱注入?yún)^(qū)內(nèi)靠近襯底表面也分布有P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)。所述P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)分別連至陽極。N阱注入?yún)^(qū)內(nèi)的P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)間及其兩端也分別有淺溝槽隔離區(qū)STI進(jìn)行隔離。所述P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)在圖中標(biāo)識(shí)為P+和N+，以標(biāo)識(shí)其為高濃度摻雜區(qū)域。由此，本發(fā)明的硅控整流器的等效電路就為，在陽極和陰極電路之間包括兩個(gè)等效三極管(NPN型和PNP型)和兩個(gè)等效電阻(P阱電阻Rpwell和N阱電阻Rnwell)。再參考圖4，在P阱注入?yún)^(qū)的N型注入?yún)^(qū)和N阱注入?yún)^(qū)的P型注入?yún)^(qū)的相接合處還設(shè)有第三N型注入?yún)^(qū)，其通過淺溝槽隔離區(qū)STI以分別與P阱注入?yún)^(qū)中的N型注入?yún)^(qū)與N 阱注入?yún)^(qū)的P型注入?yún)^(qū)隔離。如圖4所示，所述第三N型注入?yún)^(qū)的側(cè)方形成有PLDD/NHAL0
5結(jié)，即P型輕摻雜漏區(qū)PLDD和N型暈環(huán)注入?yún)^(qū)NHALO形成的結(jié)，從而形成一 NPN結(jié)。所述 PLDD/NHAL0結(jié)中，所述 P型輕摻雜漏區(qū)PLDD位于所述N型暈環(huán)注入?yún)^(qū)NHALO的上方。此外，所述PLDD的深度和濃度都小于所述P型注入?yún)^(qū)P+或所述N型注入?yún)^(qū)N+的深度和濃度。圖6示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的低觸發(fā)電壓硅控整流器的示意圖。本實(shí)施例中的低觸發(fā)電壓硅控整流器與第一實(shí)施例中的低觸發(fā)電壓硅控整流器類似，其不同之處在于，在P阱注入?yún)^(qū)的N型注入?yún)^(qū)和N阱注入?yún)^(qū)的P型注入?yún)^(qū)的相接合處還設(shè)有第三P型注入?yún)^(qū)，其通過淺溝槽隔離區(qū)STI以分別與P阱注入?yún)^(qū)中的N型注入?yún)^(qū)與 N阱注入?yún)^(qū)的P型注入?yún)^(qū)隔離。在第三P型注入?yún)^(qū)中的側(cè)方形成NLDD/PHAL0結(jié)，即N型輕摻雜漏區(qū)NLDD和P型暈環(huán)注入?yún)^(qū)PHALO形成的結(jié)，從而形成一 PNP結(jié)，來代替第一實(shí)施例中的NPN結(jié)?，F(xiàn)參考圖3和圖4說明本發(fā)明硅控整流器的觸發(fā)電壓得以進(jìn)一步下降的原理。一般地，觸發(fā)電壓的大小與擊穿點(diǎn)(PN結(jié)之間的銳角摻雜分布)離器件表面的位置以及N型注入?yún)^(qū)與P型注入?yún)^(qū)之間的濃度差有關(guān)。具體地，擊穿點(diǎn)離器件表面越近，觸發(fā)電壓越小。N型注入?yún)^(qū)與P型注入?yún)^(qū)之間的濃度差越大，擊穿電壓越小。下文就這兩點(diǎn)進(jìn)行分析。如圖3所示，PLDD/NHAL0結(jié)與P型注入?yún)^(qū)相結(jié)合，由此實(shí)際形成的結(jié)為P型注入?yún)^(qū)與NHALO之間的PN結(jié)，因此擊穿點(diǎn)就位于P型注入?yún)^(qū)與NHAL0。然而，如圖5所示，在本發(fā)明的硅控整流器中，PLDD/NHAL0結(jié)與N型注入?yún)^(qū)相結(jié)合以形成NPN結(jié)，由此，擊穿點(diǎn)就位于N型注入?yún)^(qū)與PLDD之間。由于PLDD位于NHALO的上方，因此所述NPN結(jié)的擊穿點(diǎn)更靠近器件表面。由此，本發(fā)明硅控整流器的觸發(fā)電壓得以減小?；蛘撸鐖D7所示，在本發(fā)明的硅控整流器中，NLDD/PHAL0結(jié)與P型注入?yún)^(qū)相結(jié)合以形成PNP結(jié)，由此，擊穿點(diǎn)就位于P 型注入?yún)^(qū)與NLDD之間。由于NLDD位于PHALO的上方，因此所述PNP結(jié)的擊穿點(diǎn)更靠近器件表面。此外，如圖3所示，現(xiàn)有硅控整流器中，P型注入?yún)^(qū)為高濃度區(qū)域，而NHALO注入?yún)^(qū)的濃度也為高。然而，如圖5所示，本發(fā)明的硅控整流器中，由高濃度的N型注入?yún)^(qū)與低濃度的PLDD注入?yún)^(qū)形成PN結(jié)，從而該P(yáng)N結(jié)之間的濃度差較大。由此，本發(fā)明硅控整流器的觸發(fā)電壓得以減小。類似地，本發(fā)明的第二實(shí)施例也能說明上述問題。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)(1)在本發(fā)明的硅控整流器中，由輕摻雜區(qū)和HALO注入?yún)^(qū)形成的結(jié)與高濃度注入?yún)^(qū)相結(jié)合以在陽極和陰極電路之間形成等效三極管(NPN型和PNP型)，由此，擊穿點(diǎn)就位于高濃度注入?yún)^(qū)與輕摻雜區(qū)之間。由于輕摻雜區(qū)位于HALO注入?yún)^(qū)的上方，因此所述等效三極管的擊穿點(diǎn)更靠近器件表面。由此，本發(fā)明硅控整流器的觸發(fā)電壓得以減小。(2)本發(fā)明的硅控整流器中，由高濃度的注入?yún)^(qū)與低濃度的輕摻雜區(qū)形成PN結(jié)， 從而該P(yáng)N結(jié)之間的濃度差較大。由此，本發(fā)明硅控整流器的觸發(fā)電壓得以減小。(3)在現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造中，在ESD器件中添加P型注入?yún)^(qū)與PLDD/NHAL0的結(jié)，不需再添加新的掩膜，從而降低了生產(chǎn)成本。因本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明可以以許多其他具體形式實(shí)現(xiàn)而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。盡管業(yè)已描述了本發(fā)明的實(shí)施例，應(yīng)理解本發(fā)明不應(yīng)限制為這些實(shí)施例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可如所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)作出變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種硅控整流器，其特征在于，包括半導(dǎo)體襯底；形成在所述半導(dǎo)體襯底上方的N阱和P阱；形成在所述N阱中的第一 P型注入?yún)^(qū)和第一 N型注入?yún)^(qū)；形成在所述P阱中的第二 P型注入?yún)^(qū)和第二 N型注入?yún)^(qū)；形成在所述N阱與所述P阱相接合之位置的第三注入?yún)^(qū)；以及形成在所述第三注入?yún)^(qū)側(cè)方的由輕摻雜漏區(qū)LDD和暈環(huán)注入?yún)^(qū)HALO形成的結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的硅控整流器，其特征在于，所述第三注入?yún)^(qū)為高濃度注入?yún)^(qū)。
3.如權(quán)利要求2所述的硅控整流器，其特征在于，所述第三注入?yún)^(qū)為第三N型注入?yún)^(qū)， 且所述結(jié)由P型輕摻雜漏區(qū)PLDD和N型暈環(huán)注入?yún)^(qū)NHALO形成。
4.如權(quán)利要求3所述的硅控整流器，其特征在于，所述P型輕摻雜漏區(qū)PLDD在所述N 型暈環(huán)注入?yún)^(qū)NHALO的上方。
5.如權(quán)利要求2所述的硅控整流器，其特征在于，所述第三注入?yún)^(qū)為第三P型注入?yún)^(qū)， 且所述結(jié)由N型輕摻雜漏區(qū)NLDD和P型暈環(huán)注入?yún)^(qū)PHALO形成。
6.如權(quán)利要求5所述的硅控整流器，其特征在于，所述N型輕摻雜漏區(qū)NLDD在所述P 型暈環(huán)注入?yún)^(qū)PHALO的上方。
7.如權(quán)利要求1所述的硅控整流器，其特征在于，所述輕摻雜漏區(qū)的深度和濃度小于所述P型注入?yún)^(qū)或所述N型注入?yún)^(qū)的深度和濃度。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的硅控整流器，其特征在于，所述的第一P型注入?yún)^(qū)、 第一 N型注入?yún)^(qū)、第二 P型注入?yún)^(qū)、第二 N型注入?yún)^(qū)和第三注入?yún)^(qū)之間由淺溝槽隔離區(qū)進(jìn)行隔1 °
全文摘要
一種硅控整流器，其包括半導(dǎo)體襯底；形成在所述半導(dǎo)體襯底上方的N阱和P阱；形成在所述N阱中的第一P型注入?yún)^(qū)和第一N型注入?yún)^(qū)；形成在所述P阱中的第二P型注入?yún)^(qū)和第二N型注入?yún)^(qū)；形成在所述N阱與所述P阱相接合之位置的第三注入?yún)^(qū)；以及形成在所述第三N型注入?yún)^(qū)側(cè)方的由輕摻雜區(qū)和HALO注入?yún)^(qū)形成的結(jié)。本發(fā)明的硅控整流器中，由輕摻雜區(qū)和HALO注入?yún)^(qū)形成的結(jié)與高濃度注入?yún)^(qū)相結(jié)合以在陽極和陰極電路之間形成等效三極管(NPN型和PNP型)，由此，擊穿點(diǎn)就位于高濃度注入?yún)^(qū)與輕摻雜區(qū)之間。由于輕摻雜區(qū)位于HALO注入?yún)^(qū)的上方，因此所述等效三極管的擊穿點(diǎn)更靠近器件表面。由此，本發(fā)明硅控整流器的觸發(fā)電壓得以減小。
文檔編號(hào)H01L27/02GK102157519SQ201110031959
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者高超 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司