靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，包括：位于半導(dǎo)體襯底上的第一N型阱和第一P型阱，在其中分別形成摻雜濃度提高的第二N型阱和第二P型阱，以及更高濃度的第一N+摻雜區(qū)和第一P+摻雜區(qū)。所述靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)通過(guò)不同濃度的阱區(qū)與摻雜區(qū)，在可控硅結(jié)構(gòu)的NPN管與PNP管中形成三種濃度和位置不同的區(qū)域，使得可控硅結(jié)構(gòu)在泄放靜電電流時(shí)，增大泄放電流的路徑，電流分布更加均勻，從而降低NPN管與PNP管的放大倍率，增大維持電壓，有效的防止閂鎖效應(yīng)。另外，還可以通過(guò)調(diào)整第二N型阱和第二P型阱、第一N+摻雜區(qū)和第一P+摻雜區(qū)相互之間的距離來(lái)調(diào)整觸發(fā)電壓和維持電壓。
【專利說(shuō)明】靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及靜電放電防護(hù)回路，具體涉及一種靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]靜電放電(Electrostatic Discharge, ESD)是在我們生活中普遍存在的自然現(xiàn)象，但靜電放電時(shí)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的大電流，會(huì)對(duì)集成電路產(chǎn)生致命的損傷，是集成電路生產(chǎn)應(yīng)用中造成失效的重要問(wèn)題。例如，對(duì)于發(fā)生在人體上的靜電放電現(xiàn)象(Human-BodyModel, HBM)，通常發(fā)生在幾百個(gè)納秒內(nèi)，最大的電流峰值可能達(dá)到幾安培。其他一些模式，如機(jī)器放電模式(Machine Model, MM)、元件充電模式(Charged-Device Model, CDM),靜電放電發(fā)生的時(shí)間更短，電流也更大。如此大的電流在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)集成電路，產(chǎn)生的功耗會(huì)嚴(yán)重超過(guò)其所能承受的最大值，從而對(duì)集成電路產(chǎn)生嚴(yán)重的物理?yè)p傷并最終失效。
[0003]為了解決該問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中主要從環(huán)境和電路兩方面來(lái)解決。環(huán)境方面，主要是減少靜電的產(chǎn)生和及時(shí)消除靜電，例如應(yīng)用不易產(chǎn)生靜電的材料、增加環(huán)境濕度、操作人員和設(shè)備接地等；而電路方面，主要是增加集成電路本身的靜電放電耐受能力，例如增加額外的靜電保護(hù)器件或者電路來(lái)保護(hù)集成電路內(nèi)部電路不被靜電放電損害。
[0004]目前，可控硅結(jié)構(gòu)器件被廣泛應(yīng)用于集成電路的靜電保護(hù)，它的特點(diǎn)是:在泄放電流的過(guò)程中，電子和空穴同時(shí)參與泄放電路，使其泄放電流的能力很強(qiáng)，可以在很小的面積上實(shí)現(xiàn)很強(qiáng)的靜電保護(hù)能力。圖1是傳統(tǒng)的可控硅結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，在半導(dǎo)體襯底10上形成有P型阱11以及N型阱12，在P型阱11的表面形成有第一 P+摻雜區(qū)13以及第一 N+摻雜區(qū)14，在N型阱12的表面形成有第二 P+摻雜區(qū)15以及第二 N+摻雜區(qū)16，所有的摻雜區(qū)都以淺溝道隔離結(jié)構(gòu)17進(jìn)行隔離。
[0005]所述傳統(tǒng)的可控硅結(jié)構(gòu)共有三個(gè)PN結(jié)，可以看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成，PNP管和NPN管形成正反饋回路，使得器件觸發(fā)后可以將電流不斷放大，在放大過(guò)程中，PNP管和NPN管同時(shí)處于放大狀態(tài)，電子和空穴同時(shí)參與電流導(dǎo)電，使可控娃器件具有很強(qiáng)的電流泄放能力。
[0006]但是，傳統(tǒng)的可控硅結(jié)構(gòu)具有一些缺點(diǎn)，例如:維持電壓太低，而且很難提高，使得可控硅作為靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)非常容易引入閂鎖效應(yīng)，造成集成電路失效；觸發(fā)電壓太高，使得可控硅結(jié)構(gòu)無(wú)法保護(hù)內(nèi)部電路。
[0007]目前，有很多用于提高可控硅維持電壓或者降低觸發(fā)電壓的結(jié)構(gòu)，例如，在傳統(tǒng)的可控硅結(jié)構(gòu)中的N型阱與P型阱中間插入高摻雜的N型或P型注入層，通過(guò)注入層與阱的擊穿，來(lái)調(diào)整可控硅的觸發(fā)電壓，但是該方法對(duì)于觸發(fā)電壓和維持電壓的調(diào)整效果有限，在最小線寬0.1Sum以下的工藝中效果不明顯；通過(guò)版圖的調(diào)整來(lái)增大可控硅的維持電壓，通過(guò)縮小可控硅中發(fā)射極的面積來(lái)降低PNP或者NPN的發(fā)射效率,從而減小其放大倍率,增大維持電壓，但是該方法無(wú)法對(duì)觸發(fā)電壓進(jìn)行調(diào)整，并且對(duì)靜電保護(hù)能力影響很大。
[0008]因此，如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)可控硅結(jié)構(gòu)觸發(fā)電壓和維持電壓的調(diào)整，提高可控硅結(jié)構(gòu)的靜電保護(hù)能力成為當(dāng)前亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中可控硅結(jié)構(gòu)維持電壓太低以及觸發(fā)電壓太高的問(wèn)題。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，其包括:
[0011]位于半導(dǎo)體襯底上的第一 N型阱和第一 P型阱；
[0012]第二 N型阱，位于所述第一 N型阱中，靠近所述第一 P型阱，其摻雜濃度高于所述第一 N型講；
[0013]第二 P型阱，位于所述第一 P型阱中，靠近所述第一 N型阱，其摻雜濃度高于所述第一 P型講；
[0014]第一 N+摻雜區(qū)，位于所述第二 N型阱中，其摻雜濃度高于所述第二 N型阱；
[0015]第一 P+摻雜區(qū)，位于所述第二 P型阱中，其摻雜濃度高于所述第二 P型阱；
[0016]第二 P+摻雜區(qū)與第三N+摻雜區(qū)，均位于所述第一 N型阱中、所述第二 N型阱之外，所述第二 P+摻雜區(qū)靠近所述第一 N+摻雜區(qū)；
[0017]第二 N+摻雜區(qū)與第三P+摻雜區(qū)，均位于所述第一 P型阱中、所述第二 P型阱之外，所述第二 N+摻雜區(qū)靠近所述第一 P+摻雜區(qū)；
[0018]所有摻雜區(qū)之間都通過(guò)淺溝道隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離。
[0019]進(jìn)一步的，所述第一 N型阱和第一 P型阱的摻雜濃度均小于lE18/cm3。
[0020]進(jìn)一步的，所述第二 N型阱和第二 P型阱的摻雜濃度為均lE18/cm3?lE19/cm3。
[0021]進(jìn)一步的，所述第一 N+摻雜區(qū)和第一 P+摻雜區(qū)的摻雜濃度均大于lE20/cm3。
[0022]進(jìn)一步的，所述第二 N型阱與所述第二 P型阱之間的間隔小于5um。
[0023]進(jìn)一步的，所述第二 N型阱與所述第二 P型阱之間的間隔，加上所述第二 N型阱與所述第二 P型阱的寬度，總的距離為5um?20um。
[0024]進(jìn)一步的，與所述第一 P型阱相鄰的所述第一 N型阱的邊緣到所述第一 N+摻雜區(qū)的距離小于5um。
[0025]進(jìn)一步的，所述與所述第一 N型阱相鄰的所述第一 P型阱的邊緣到所述第一 P+摻雜區(qū)的距離小于5um
[0026]進(jìn)一步的，通過(guò)改變第二 N型阱與所述第二 P型阱之間的間隔、與所述第一 P型阱相鄰的所述第一 N型阱的邊緣到所述第一 N+摻雜區(qū)的距離、與所述第一 N型阱相鄰的所述第一 P型阱的邊緣到所述第一 P+摻雜區(qū)的距離，能夠調(diào)整靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓。
[0027]進(jìn)一步的，所述第二 N型阱與所述第二 P型阱之間的間隔，加上所述第二 N型阱與所述第二 P型阱的寬度，總的距離的改變，能夠調(diào)整靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)的維持電壓。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)的有益效果是:
[0029]所述靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)通過(guò)在第一 N型阱和第一 P型阱中分別形成摻雜濃度提高的第二 N型阱和第二 P型阱，以及更高濃度的第一 N+摻雜區(qū)和第一 P+摻雜區(qū)，在可控硅結(jié)構(gòu)的NPN管與PNP管中形成三種濃度和位置不同的區(qū)域，使得可控硅結(jié)構(gòu)在泄放靜電電流時(shí)，增大泄放電流的路徑，電流分布更加均勻，從而降低NPN管與PNP管的放大倍率，增大維持電壓，有效的防止閂鎖效應(yīng)。另外，還可以通過(guò)調(diào)整第二 N型阱和第二 P型阱、第一N+摻雜區(qū)和第一 P+摻雜區(qū)相互之間的距離來(lái)調(diào)整觸發(fā)電壓和維持電壓。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為傳統(tǒng)的可控硅結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0033]本發(fā)明的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)可廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，并且可以利用多種替換方式實(shí)現(xiàn)，下面通過(guò)較佳的實(shí)施例來(lái)加以說(shuō)明，當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的一般的替換無(wú)疑涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0034]其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0035]請(qǐng)參考圖2，其為本發(fā)明一實(shí)施例所提供的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)包括:
[0036]位于半導(dǎo)體襯底20上的第一 N型阱21和第一 P型阱22 ;
[0037]第二 N型阱23，位于所述第一 N型阱21中，靠近所述第一 P型阱22，其摻雜濃度高于所述第一 N型阱21 ；
[0038]第二 P型阱24，位于所述第一 P型阱22中，靠近所述第一 N型阱21，其摻雜濃度高于所述第一 P型阱22 ；
[0039]第一 N+摻雜區(qū)25，位于所述第二 N型阱23中，其摻雜濃度高于所述第二 N型阱
23；
[0040]第一 P+摻雜區(qū)26，位于所述第二 P型阱24中，其摻雜濃度高于所述第二 P型阱
24；
[0041]第二 P+摻雜區(qū)27與第三N+摻雜區(qū)28，均位于所述第一 N型阱21中、所述第二 N型阱23之外，所述第二 P+摻雜區(qū)27靠近所述第一 N+摻雜區(qū)25 ；
[0042]第二 N+摻雜區(qū)29與第三P+摻雜區(qū)30，均位于所述第一 P型阱22中、所述第二 P型阱24之外，所述第二 N+摻雜區(qū)29靠近所述第一 P+摻雜區(qū)26 ；
[0043]所有摻雜區(qū)之間都通過(guò)淺溝道隔離結(jié)構(gòu)31進(jìn)行隔離。
[0044]所述第一 N型阱21和第一 P型阱22的摻雜濃度均小于lE18/cm3，所述第二 N型阱23和第二 P型阱24的摻雜濃度均高于所述第一 N型阱21和第一 P型阱22，為1E18/cm3?lE19/cm3，所述第一 N+摻雜區(qū)25和第一 P+摻雜區(qū)26均為重?fù)诫s，其摻雜濃度大于lE20/cm3,使得靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)中的NPN管和PNP管形成三種濃度和位置不同的基區(qū)，即靠近表面的濃度最濃，中間區(qū)域的濃度較低，底部的摻雜濃度最低。
[0045]本發(fā)明中，靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)的觸發(fā)是通過(guò)阱的結(jié)擊穿，產(chǎn)生的擊穿電流來(lái)觸發(fā)的，這個(gè)結(jié)可能為第一 N型阱21與第一 P型阱22之間的結(jié)，也可能為第二 N型阱23與第二 P型阱24之間的結(jié)。當(dāng)發(fā)生結(jié)擊穿后，擊穿電流會(huì)集中在寄生電阻較低的地方，即靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)表面區(qū)域，擊穿電流產(chǎn)生的壓降，使得NPN管和PNP管開(kāi)啟，進(jìn)入線性工作區(qū)或放大工作區(qū)，根據(jù)三極管的工作原理，此時(shí)電流會(huì)選擇濃度較低的基區(qū)路徑，此時(shí)電流會(huì)從底部摻雜濃度最低的區(qū)域通過(guò)，隨著電流的增大，由于大注入的影響，放大倍率降低，電流此時(shí)向其他基區(qū)濃度較高的區(qū)域轉(zhuǎn)移，此時(shí)摻雜濃度比較高的第二 N型阱23與第二 P型阱24區(qū)域也參與泄放電流，如此，使得靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)在泄放電流時(shí)，電流分布更加均勻，同時(shí)基區(qū)濃度的增加，以及電流從底部低濃度區(qū)域通過(guò)時(shí)，電流路徑的增力口，均使得NPN管和PNP管的放大倍率降低，從而增大了維持電壓，有效的放置閂鎖效應(yīng)的發(fā)生。
[0046]本實(shí)施例中，所述第二 N型阱23與所述第二 P型阱24之間的間隔S小于5um，所述第二 N型阱23與所述第二 P型阱24之間的間隔，加上所述第二 N型阱23與所述第二 P型阱24的寬度，總的距離D為5um?20um。與所述第一 P型阱22相鄰的所述第一 N型阱21的邊緣到所述第一 N+摻雜區(qū)25的距離LI小于5um，與所述第一 N型阱21相鄰的所述第一 P型阱22的邊緣到所述第一 P+摻雜區(qū)26的距離L2小于5um。如需對(duì)觸發(fā)電壓進(jìn)行調(diào)整，可以改變S、LI和L2的尺寸，使得觸發(fā)電壓升高或者降低。如需對(duì)維持電壓進(jìn)行調(diào)整，可以改變D的尺寸。
[0047]本發(fā)明所述的靜電保護(hù)用可控娃結(jié)構(gòu)在傳輸線脈沖(transmiss1n-line pulse,TLP)的測(cè)試結(jié)果顯示,維持電壓在D=4um時(shí)仍可以達(dá)到1v,遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)可控娃結(jié)構(gòu)2v?3v的維持電壓，同時(shí)隨著D尺寸的調(diào)整，維持電壓可以繼續(xù)增加，D=Sum時(shí)可以達(dá)到16v。
[0048]綜上所述，所述靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)通過(guò)在第一 N型阱和第一 P型阱中分別形成摻雜濃度提高的第二 N型阱和第二 P型阱，以及更高濃度的第一 N+摻雜區(qū)和第一 P+摻雜區(qū)，在可控硅結(jié)構(gòu)的NPN管與PNP管中形成三種濃度和位置不同的區(qū)域，使得可控硅結(jié)構(gòu)在泄放靜電電流時(shí)，增大泄放電流的路徑，電流分布更加均勻，從而降低NPN管與PNP管的放大倍率，增大維持電壓，有效的防止閂鎖效應(yīng)。另外，還可以通過(guò)調(diào)整第二 N型阱和第二P型阱、第一 N+摻雜區(qū)和第一 P+摻雜區(qū)相互之間的距離來(lái)調(diào)整觸發(fā)電壓和維持電壓。
[0049]上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 位于半導(dǎo)體襯底上的第一 N型阱和第一 P型阱； 第二 N型阱，位于所述第一 N型阱中，靠近所述第一 P型阱，其摻雜濃度高于所述第一N型阱； 第二 P型阱，位于所述第一 P型阱中，靠近所述第一 N型阱，其摻雜濃度高于所述第一P型阱； 第一 N+摻雜區(qū)，位于所述第二 N型阱中，其摻雜濃度高于所述第二 N型阱； 第一 P+摻雜區(qū)，位于所述第二 P型阱中，其摻雜濃度高于所述第二 P型阱； 第二 P+摻雜區(qū)與第三N+摻雜區(qū)，均位于所述第一 N型阱中、所述第二 N型阱之外，所述第二 P+摻雜區(qū)靠近所述第一 N+摻雜區(qū)； 第二 N+摻雜區(qū)與第三P+摻雜區(qū)，位于所述第一 P型阱中、所述第二 P型阱之外，所述第二 N+摻雜區(qū)靠近所述第一 P+摻雜區(qū)； 所有摻雜區(qū)之間都通過(guò)淺溝道隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一N型阱和第一 P型阱的摻雜濃度均小于lE18/cm3。
3.如權(quán)利要求2所述的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二N型阱和第二 P型阱的摻雜濃度均為lE18/cm3?lE19/cm3。
4.如權(quán)利要求3所述的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一N+摻雜區(qū)和第一P+摻雜區(qū)的摻雜濃度均大于lE20/cm3。
5.如權(quán)利要求1所述的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二N型阱與所述第二P型阱之間的間隔小于5um。
6.如權(quán)利要求5所述的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二N型阱與所述第二 P型阱之間的間隔，加上所述第二 N型阱與所述第二 P型阱的寬度，總的距離為5um?20umo
7.如權(quán)利要求6所述的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，其特征在于，與所述第一P型阱相鄰的所述第一 N型阱的邊緣到所述第一 N+摻雜區(qū)的距離小于5um。
8.如權(quán)利要求7所述的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述與所述第一N型阱相鄰的所述第一 P型阱的邊緣到所述第一 P+摻雜區(qū)的距離小于5um。
9.如權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，其特征在于，通過(guò)改變第二 N型阱與所述第二 P型阱之間的間隔、與所述第一 P型阱相鄰的所述第一 N型阱的邊緣到所述第一 N+摻雜區(qū)的距離、與所述第一 N型阱相鄰的所述第一 P型阱的邊緣到所述第一P+摻雜區(qū)的距離，能夠調(diào)整靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓。
10.如權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二N型阱與所述第二 P型阱之間的間隔，加上所述第二 N型阱與所述第二 P型阱的寬度，總的距離的改變，能夠調(diào)整靜電保護(hù)用可控硅結(jié)構(gòu)的維持電壓。
【文檔編號(hào)】H01L27/02GK104465644SQ201310435717
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】代萌 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司