專利名稱：Esd保護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，特別涉及一種CDM(Charged Device Model)模式的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近些年隨著集成電路工藝的快速發(fā)展，MOS管的線寬越來越窄，結(jié)深越來越淺，柵氧層的厚度也越來越薄，這些都加速了電路設(shè)計(jì)對(duì)靜電防護(hù)(ESD)的需求。當(dāng)線寬為Ium 時(shí)，ESD 對(duì)電路的影響很小；當(dāng)進(jìn)入 0. 35um、0. 18um 時(shí)代，ESD (Electrostatic discharge, 靜電釋放)成為了刻不容緩的問題。通用的ESD 分為 HBM (Human body model)模式，MM (machine model)模式和 CDM(Charged device model)模式。HBM模式和MM模式是外部對(duì)芯片進(jìn)行放電，而CDM模式是芯片內(nèi)部的電荷通過引腳迅速對(duì)外放電。與HBM和MM模式相比較，CDM模式的放電電流更大，放電時(shí)間更短，更容易損傷芯片，造成芯片功能的失效。所以針對(duì)CDM模式，需要更可靠更全面的靜電保護(hù)。傳統(tǒng)的針對(duì)CDM模式的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，通常采用一個(gè)二極管或二極管連接的MOS 管，跨接在MOS管的輸入端和襯底之間，形成一反向二極管，且該二極管或二極管連接的 MOS管需要在單獨(dú)設(shè)置在襯底上，故額外的DRC規(guī)則是需要的。

圖1為在一具體的反相器中增加ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)后的電路示意圖，其中晶體管Ml和M2構(gòu)成反相器，Vdd為外加電源， gnd為接地端，Dl為位于反相器輸入端和地端的反向二極管。當(dāng)發(fā)生CDM放電時(shí)，此反向二極管Dl會(huì)正向?qū)ǎ瑥亩鴮OS柵極和襯底之間的電壓差鉗住，而不會(huì)擊穿MOS管的柵氧層，從而保護(hù)了電路。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，該保護(hù)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，但防護(hù)效果更加全面。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，包括至少一個(gè)制備在P型襯底上的 MOS管，在所述P型襯底上設(shè)有獨(dú)立與所述MOS管的N型擴(kuò)散區(qū)，所述MOS管的柵極與所述 N型擴(kuò)散區(qū)相連接作為輸入端，所述P型襯底接地，使所述N型擴(kuò)散區(qū)和所述P型襯底形成反向二極管。所述MOS管為N型MOS管和/或P型MOS管。所述MOS管的柵極通過接觸孔和金屬連線與所述N型擴(kuò)散區(qū)相連接。所述P型襯底上包括一組柵極相連的MOS管，所述MOS管的柵極與所述N型擴(kuò)散區(qū)相連接。在本發(fā)明的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)中，不需要額外添加MOS器件，只需要設(shè)置一獨(dú)立與器件的N型擴(kuò)散區(qū)，并在版圖中打接觸孔使得器件的柵極通過接觸孔連接到N型擴(kuò)散區(qū)(即N+ 區(qū)域)，和P型襯底形成一反向二極管，從而能有效的防護(hù)ESD事件。對(duì)電路來說，無需增加任何器件，對(duì)版圖來說，也沒有增加器件。以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1為應(yīng)用于CMOS反相器上的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)的電路示意圖；圖2為一本發(fā)明的具體實(shí)施例中ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)的截面示意圖；圖3為圖2所示的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)的具體版圖設(shè)計(jì)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，基于在電路中無需添加器件的目的，在P型襯底上設(shè)置獨(dú)立于器件的N型擴(kuò)散區(qū)，而后將每個(gè)MOS管的柵極和N型擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行連接作為輸入端，同時(shí) P型襯底也接地。柵極的連接可通過在柵極連接的金屬層下(例如Ml)打接觸孔連接到N 型擴(kuò)散區(qū)來實(shí)現(xiàn)，最終使得在柵極和襯底之間形成一反向二極管。圖2和圖3為本發(fā)明的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)在CMOS反相器中的一個(gè)具體實(shí)例，其實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中獨(dú)立于MOS管的N型擴(kuò)散區(qū)具體設(shè)為N+區(qū)域，與MOS 管中的N+區(qū)域的相同，并共用一個(gè)形成工藝。圖2來看，將CMOS反相器的柵極通過接觸孔連接到N+區(qū)域即可。從圖3的版圖設(shè)計(jì)來看，只需要將柵極或者和柵極相連的金屬通過接觸孔連接到N+區(qū)域，即柵極的金屬ml通過接觸孔和N+區(qū)域進(jìn)行連接。在實(shí)際電路中，等效于在CMOS器件中增加一個(gè)反向連接的二極管，跨接在柵極和襯底之間，和傳統(tǒng)的CDM模式的保護(hù)結(jié)構(gòu)一致。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，按現(xiàn)有的工藝，如果每組柵極都附加一個(gè)二極管連接的MOS 管，不僅浪費(fèi)面積而且工程量巨大。如果在芯片中，電路上只有一兩個(gè)反向二極管來防護(hù) CDM放電，固然也可以保護(hù)MOS管，但是如果放電所在區(qū)域的MOS管的柵極沒有設(shè)置反向二極管，仍然會(huì)由于CDM放電過快的特點(diǎn)而擊穿所在區(qū)域MOS管的柵氧層。而采用本發(fā)明的 ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，完全可以將每組柵極的金屬線通過接觸孔連接到N+區(qū)域，易于實(shí)現(xiàn)且不占用芯片面積。且采用本發(fā)明的ESD保護(hù)電路，可以很方便的實(shí)現(xiàn)每組柵極都有反向的二極管通向襯底，更好的應(yīng)對(duì)CDM放電。上述的每組柵極，是指柵極連接在一起的MOS管，這樣的一組柵極只需要一個(gè)反向二極管保護(hù)即可，當(dāng)然也可以設(shè)置為每個(gè)MOS管的柵極都有反向二極管來保護(hù)。當(dāng)芯片發(fā)生CDM放電時(shí)，此時(shí)電流可以通過輸入/輸出端(input and output block)的ESD來泄放，但是可能距離1/0較遠(yuǎn)，會(huì)由于來不及放電而使得MOS管柵極和襯底形成大的電壓差，這樣就會(huì)擊穿MOS管的柵氧層。如果在柵極附近加一反向二極管，當(dāng)發(fā)生 CDM放電時(shí)，二極管就會(huì)導(dǎo)通，從而就鉗住了柵極和襯底的電壓差，而不會(huì)擊穿柵氧。在本發(fā)明的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，就實(shí)現(xiàn)了柵極附近連接反向二極管的結(jié)構(gòu)，而且可以將每組柵極通過接觸孔連接到n+，這樣在實(shí)際芯片中就形成了很多組反向二極管，一旦發(fā)生CDM放電，所有反向二極管就會(huì)導(dǎo)通，從而將相應(yīng)MOS管的柵極和襯底的電壓差鉗住，保護(hù)了相對(duì)應(yīng)MOS管的柵氧，由于二極管數(shù)量較多，不會(huì)由于來不及放電而擊穿柵氧，所以能有效的提升ESD性能。同時(shí)在芯片的制造過程中，和柵極相連的金屬層容易積累電荷，當(dāng)積累電荷較多時(shí)，可以通過本發(fā)明的結(jié)構(gòu)順利釋放電荷，不會(huì)對(duì)柵氧造成損傷。而傳統(tǒng)的保護(hù)結(jié)構(gòu)，無法保護(hù)每組柵氧，也增加了芯片制造的風(fēng)險(xiǎn)。因此，本發(fā)明的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，能更有效、更方便的保護(hù)芯片。同時(shí)在芯片制造過程中，如果和柵極相連的金屬中積累了過多的電荷，也可以通過本發(fā)明的結(jié)構(gòu)迅速放電，對(duì)芯片的制造過程也起到了保護(hù)作用。上述對(duì)實(shí)施例的說明并不限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員通過參考本發(fā)明的說明，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，進(jìn)行各種修改或者可以對(duì)實(shí)施例進(jìn)行組合也為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，包括至少一個(gè)制備在P型襯底上的MOS管，其特征在于在所述 P型襯底上設(shè)有獨(dú)立于所述MOS管的N型擴(kuò)散區(qū)，所述MOS管的柵極與所述N型擴(kuò)散區(qū)相連接作為輸入端，所述P型襯底接地，使所述N型擴(kuò)散區(qū)和所述P型襯底形成反向二極管。
2.如權(quán)利要求1所述的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MOS管為N型MOS管和/或P 型MOS管。
3.如權(quán)利要求1所述的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述MOS管的柵極通過接觸孔和金屬連線與所述N型擴(kuò)散區(qū)相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述P型襯底上包括一組柵極相連的MOS管，所述MOS管的柵極與所述N型擴(kuò)散區(qū)相連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)，包括至少一個(gè)制備在P型襯底上的MOS管，在所述P型襯底上設(shè)有獨(dú)立于所述MOS管的N型擴(kuò)散區(qū)，所述MOS管的柵極與所述N型擴(kuò)散區(qū)相連接作為輸入端，所述P型襯底接地，使所述N型擴(kuò)散區(qū)和所述P型襯底形成反向二極管。本實(shí)用新型的ESD結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且能實(shí)現(xiàn)更有效的靜電防護(hù)。
文檔編號(hào)H01L27/02GK202142533SQ201120149368
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者傅志軍, 馬和良 申請(qǐng)人:上海華虹集成電路有限責(zé)任公司