高維持電壓的靜電放電防護(hù)tvs器件的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,包括單元器件,單元器件包括P襯底;包括P襯底,高壓N阱,P阱,第一N+有源注入?yún)^(qū)、第二N+有源注入?yún)^(qū)、第三N+有源注入?yún)^(qū),第一P+有源注入?yún)^(qū)、第二P+有源注入?yún)^(qū)以及氧化層和多晶硅柵;第一N+有源注入?yún)^(qū)通過金屬線引出作為單元器件的陽極,多晶硅柵通過金屬線與第三N+有源注入?yún)^(qū)和第二P+有源注入?yún)^(qū)相連并引出作為單元器件的陰極。本實用新型一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)器件不僅具有良好的靜電泄放能力,而且有很高的維持電壓,在集成電路工作時發(fā)生ESD事件也能有效的防護(hù),避免了栓鎖問題。
【專利說明】高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,尤其是一種高維持電壓的靜電防護(hù)單元器件(TVS)器件,屬于集成電路靜電防護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]ESD (Electrostatic Discharge,靜電放電)問題一直是集成電路領(lǐng)域中令人困擾的難題。做好集成電路的靜電防護(hù)對一個電子系統(tǒng)的可靠性極其重要。當(dāng)前電子器件日益趨向小型化、高密度和多功能化,特別是像時尚消費電子和便攜式產(chǎn)品等對主板面積要求比較嚴(yán)格的應(yīng)用,很容易受到靜電放電的影響。靜電是時時刻刻到處存在的,在60年代,隨著對靜電非常敏感的MOS器件的出現(xiàn),靜電放電問題也應(yīng)運而生,到70年代靜電放電問題越來越來嚴(yán)重,80-90年代,隨著集成電路的密度越來越大,一方面其二氧化硅膜的厚度越來越薄(微米變到納米),靜電的承受能力越來越低;另一方面,產(chǎn)生和積累靜電的材料如塑料,橡膠等大量使用,使得靜電越來越普遍存在,僅美國電子工業(yè)每年因靜電造成的損失達(dá)幾百億美元,因此靜電破壞已成為電子工業(yè)的隱形殺手,是電子工業(yè)普遍存在的“硬病毒”,已引起了人們的廣泛關(guān)注。
[0003]隨著半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展,各種與集成電路相關(guān)的ESD防護(hù)問題也凸顯而出。除了傳統(tǒng)的MOS (Metal Oxide Semiconductor,金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管的柵氧化層,抗ESD能力非常弱,在新型的高壓集成電路工藝中出現(xiàn)的高壓器件抗ESD的能力也非常弱。高壓器件在集成電路中的工作電壓比較高,它的電流導(dǎo)通能力強,它一般出現(xiàn)在集成電路中的輸出端口。所以它一般要遭遇比較嚴(yán)重的ESD問題。
[0004]以可控硅為基礎(chǔ)的ESD防護(hù)器件,因為它的電流泄放能力強而被廣泛應(yīng)用于ESD防護(hù)中。但是它在工作時是通過發(fā)生電壓的回滯,來提供一個低阻的通道來泄放ESD電流。這導(dǎo)致它在工作時的維持電壓會非常點,要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高壓器件的工作電壓。如果在高壓器件工作的時候發(fā)生了 ESD事件,ESD防護(hù)器件就會開始工作,但是它的工作電壓非常低,甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高壓器件的工作電壓,在ESD事件過后,它將無法關(guān)閉,從而嚴(yán)重影響了高壓器件的正常工作,甚至?xí)垢邏浩骷龤?。這就是所謂的栓鎖問題。所以對于高壓器件的ESD防護(hù)亟需一個維持電壓高的ESD防護(hù)器件。
實用新型內(nèi)容
[0005]目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,本實用新型提供一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,在具備合適的觸發(fā)電壓,較強的靜電泄放能力的基礎(chǔ)上,該器件具有高的維持電壓,在用于靜電放電防護(hù)時,避免了產(chǎn)生致命的栓鎖問題。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題,本實用新型采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,包括單元器件,其特征在于:所述單元器件包括P襯底;
[0008]所述P襯底上嵌設(shè)有一高壓N阱;所述高壓N阱上設(shè)置有一 P阱;P阱上設(shè)有第三N+有源注入?yún)^(qū)和第二 P+有源注入?yún)^(qū);
[0009]所述高壓N阱未設(shè)P阱的區(qū)域中設(shè)有第一 N+有源注入?yún)^(qū)和第一 P+有源注入?yún)^(qū),所述高壓N阱與P阱的交界處嵌設(shè)有第二 N+有源注入?yún)^(qū);
[0010]所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)、第一 P+有源注入?yún)^(qū)、第二 N+有源注入?yún)^(qū)、第三N+有源注入?yún)^(qū)和第二 P+有源注入?yún)^(qū)依次相鄰;
[0011]所述第二 N+有源注入?yún)^(qū)與第三N+有源注入?yún)^(qū)之間的P襯底上方設(shè)有一氧化層;在所述氧化層上方設(shè)有一多晶娃柵;
[0012]所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)通過金屬線引出作為單元器件的陽極,所述多晶硅柵通過金屬線與第三N+有源注入?yún)^(qū)和第二 P+有源注入?yún)^(qū)相連并引出作為單元器件的陰極。
[0013]所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)與第一 P+有源注入?yún)^(qū)相鄰的間距為0-0.5um。
[0014]所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述第一 P+有源注入?yún)^(qū)與第二 N+有源注入?yún)^(qū)相鄰的間距為l-3um。
[0015]所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述第二 N+有源注入?yún)^(qū)與第三N+有源注入?yún)^(qū)相鄰的間距為0.6-1.0um。
[0016]所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述第三N+有源注入?yún)^(qū)與第二 P+有源注入?yún)^(qū)相鄰的間距為0-2um。
[0017]所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述P襯底濃度范圍為I X IO15-1 X IO16 atom/cm3。
[0018]所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述P阱濃度范圍為I X IO17-1 X IO18 atom/cm3。
[0019]所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)、第二 N+有源注入?yún)^(qū)、第三N+有源注入?yún)^(qū)的濃度范圍均為I X IO19-1 X IO20 atom/cm3 ;和/或;所述第一 P+有源注入?yún)^(qū)、第二 P+有源注入?yún)^(qū)的濃度范圍均為1X1019-1X102° atom/
3
cm ο
[0020]一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:包括多個所述的單元器件,多個單元器件依次串聯(lián);每個單元器件有一個陽極端子和一個陰極端子,一個單元器件的陽極端子通過金屬連線連接到另一個單元器件的陰極端子。
[0021]所述的一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述單元器件個數(shù)為2-8個。
[0022]所述的單元器件的等效電路由一電流源1、兩個三極管Q1-Q2和兩個電阻R1-R2組成;其中,電流源I的一端連接到所述的單元器件的陽極,另一端連接到三極管Q2的發(fā)射極。三極管Q2的發(fā)射極連接到電流源I的一段,基極連接到三極管Ql的集電極,集電極連接到三極管Ql的基極。三極管Ql的發(fā)射極連接到單元器件的陰極,基極連接到三極管Q2的集電極,集電極連接到三極管Q2的基極。電阻R2的一端連接到單元器件的陽極,另一端連接到三極管Ql的集電極。電阻Rl的一端連接到單元器件的陰極,另一端連接到三極管Ql的基極。三極管Ql為NPN型三極管,三極管Q2為PNP型三極管。
[0023]所述的電流源I是指器件在工作時由第一 N+有源注入?yún)^(qū)與高壓N阱之間發(fā)生碰撞電離時形成;三極管Ql由第二 N+有源注入?yún)^(qū)(集電極)、第三N+有源注入?yún)^(qū)(發(fā)射極)和P阱(基極)組成;三極管Q2由第一 P+有源注入?yún)^(qū)(發(fā)射極)、高壓N阱(基極)和P阱(集電極)組成,三極管Ql和三極管Q2構(gòu)成一個SCR,ESD電流主要通過所述的電流源I和SCR形成的放電路徑進(jìn)行泄放;電阻Rl為P阱中從第三N+有源注入?yún)^(qū)到第二 P+有源注入?yún)^(qū)之間的等效電阻,電阻R2為高壓N阱中從第一 N+有源注入?yún)^(qū)到第二 N+有源注入?yún)^(qū)之間的等效電阻。
[0024]本實用新型的工作原理為:當(dāng)在整個器件的陽極有足夠大的ESD脈沖電壓時,由于每個單元器件是相同的,那么每個單元器件上也會產(chǎn)生相應(yīng)的ESD脈沖電壓。當(dāng)單元器件上的ESD脈沖電壓足夠高時,高壓N阱與P阱構(gòu)成的反偏PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿,產(chǎn)生雪崩電流,該電流使器件內(nèi)的寄生三極管Ql先開啟工作,隨著器件內(nèi)部的電流進(jìn)一步增大,電流源I也會導(dǎo)通,這使得寄生三極管Q2也開始導(dǎo)通。那么由三極管Ql和三極管Q2構(gòu)成的SCR將會開啟來泄放大量的ESD電流。
[0025]有益效果:本實用新型提供的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,能在有效的防護(hù)集成電路不受ESD損壞的同時,避免電路發(fā)生栓鎖問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為高維持電壓靜電放電防護(hù)器件的多個單元器件串聯(lián)的示意圖;
[0027]圖2為單元器件的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0028]圖3為單元器件的等效電路圖;
[0029]圖4為高維持電壓靜電放電防護(hù)器件的電流電壓曲線特性。
[0030]圖中,P襯底01、高壓N阱02、P阱03、第一 N+有源注入?yún)^(qū)04、第一 P+有源注入?yún)^(qū)
05、第二 N+有源注入?yún)^(qū)06、第三N+有源注入?yún)^(qū)07、第二 P+有源注入?yún)^(qū)08、氧化層09、多晶娃柵10。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本實用新型作更進(jìn)一步的說明。
[0032]如圖2所示,一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,包括單元器件,
[0033]所述單元器件包括P襯底01 ;所述P襯底01上嵌設(shè)有一高壓N阱02 ;所述高壓N阱02上設(shè)置有一 P阱03 ;P阱03上設(shè)有第三N+有源注入?yún)^(qū)07和第二 P+有源注入?yún)^(qū)08 ;所述高壓N阱02未設(shè)P阱03的區(qū)域中設(shè)有第一 N+有源注入?yún)^(qū)04和第一 P+有源注入?yún)^(qū)05,所述高壓N阱02與P阱03的交界處嵌設(shè)有第二 N+有源注入?yún)^(qū)06 ;
[0034]所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)04、第一 P+有源注入?yún)^(qū)05、第二 N+有源注入?yún)^(qū)06、第三N+有源注入?yún)^(qū)07和第二 P+有源注入?yún)^(qū)08依次相鄰;
[0035]所述第二 N+有源注入?yún)^(qū)06與第三N+有源注入?yún)^(qū)07之間的P襯底01上方設(shè)有一氧化層09 ;在所述氧化層09上方設(shè)有一多晶娃柵10 ;
[0036]所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)04通過金屬線引出作為單元器件的陽極,所述多晶硅柵10通過金屬線與第三N+有源注入?yún)^(qū)07和第二 P+有源注入?yún)^(qū)08相連并引出作為單元器件的陰極。
[0037]所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)04與第一 P+有源注入?yún)^(qū)05相鄰的間距為0-0.5um。
[0038]所述第一 P+有源注入?yún)^(qū)05與第二 N+有源注入?yún)^(qū)06相鄰的間距為l_3um。[0039]所述第二 N+有源注入?yún)^(qū)06與第三N+有源注入?yún)^(qū)07相鄰的間距為0.6-1.0um。
[0040]所述第三N+有源注入?yún)^(qū)07與第二 P+有源注入?yún)^(qū)08相鄰的間距為0_2um。
[0041]所述P 襯底 Ol 濃度范圍為 I X IO15-1 X IO16 atom/cm3。
[0042]所述P 阱 03 濃度范圍為 I X IO17-1 X IO18 atom/cm3。
[0043]所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)04、第二 N+有源注入?yún)^(qū)06、第三N+有源注入?yún)^(qū)07的濃度范圍均為I X IO19-1 X IO20 atom/cm3 ;所述第一 P+有源注入?yún)^(qū)05、第二 P+有源注入?yún)^(qū)08的濃度范圍均為 I X IO19-1 X IO20 atom/cm3。
[0044]本實施例中,如圖1所示,一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,包括6個所述的單元器件,6個單元器件依次串聯(lián);每個單元器件有一個陽極端子和一個陰極端子,一個單元器件的陽極端子通過金屬連線連接到另一個單元器件的陰極端子。
[0045]所述單元器件的等效電路如圖3所示,單元器件的等效電路由一電流源1、兩個三極管Q1-Q2和兩個電阻R1-R2組成;其中,電流源I的一端連接到所述的單元器件的陽極,另一端連接到三極管Q2的發(fā)射極。三極管Q2的發(fā)射極連接到電流源I的一段,基極連接到三極管Ql的集電極,集電極連接到三極管Ql的基極。三極管Ql的發(fā)射極連接到單元器件的陰極,基極連接到三極管Q2的集電極,集電極連接到三極管Q2的基極。電阻R2的一端連接到單元器件的陽極,另一端連接到三極管Ql的集電極。電阻Rl的一端連接到單元器件的陰極,另一端連接到三極管Ql的基極。三極管Ql為NPN型三極管,三極管Q2為PNP型三極管。
[0046]當(dāng)在整個器件的陽極有足夠大的ESD脈沖電壓時,由于每個單元器件是相同的,那么每個單元器件上也會產(chǎn)生相應(yīng)的ESD脈沖電壓。當(dāng)單元器件上的ESD脈沖電壓足夠高時,高壓N阱與P阱構(gòu)成的反偏PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿,產(chǎn)生雪崩電流,該電流使器件內(nèi)的寄生三極管Ql先開啟工作,隨著器件內(nèi)部的電流進(jìn)一步增大,電流源I也會導(dǎo)通,這使得寄生三極管Q2也開始導(dǎo)通。那么由三極管Ql和三極管Q2構(gòu)成的SCR將會開啟來泄放大量的ESD電流。
[0047]所述的電流源I是指器件在工作時由第一 N+有源注入?yún)^(qū)04與高壓N阱02之間發(fā)生碰撞電離時形成;三極管Ql由第二 N+有源注入?yún)^(qū)06 (集電極)、第三N+有源注入?yún)^(qū)07 (發(fā)射極)和P阱03 (基極)組成;三極管Q2由第一 P+有源注入?yún)^(qū)05 (發(fā)射極)、高壓N阱02 (基極)和P阱03 (集電極)組成,三極管Ql和三極管Q2構(gòu)成一個SCR,ESD電流主要通過所述的電流源I和SCR形成的放電路徑進(jìn)行泄放;電阻Rl為P阱03中從第三N+有源注入?yún)^(qū)07到第二 P+有源注入?yún)^(qū)08之間的等效電阻,電阻R2為高壓N阱02中從第一 N+有源注入?yún)^(qū)04到第二 N+有源注入?yún)^(qū)06之間的等效電阻。
[0048]本實用新型的工作原理為:當(dāng)在整個器件的陽極有足夠大的ESD脈沖電壓時,由于每個單元器件是相同的,那么每個單元器件上也會產(chǎn)生相應(yīng)的ESD脈沖電壓。當(dāng)單元器件上的ESD脈沖電壓足夠高時,高壓N阱02與P阱03構(gòu)成的反偏PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿,產(chǎn)生雪崩電流,該電流使器件內(nèi)的寄生三極管Ql先開啟工作,隨著器件內(nèi)部的電流進(jìn)一步增大,電流源I也會導(dǎo)通,這使得寄生三極管Q2也開始導(dǎo)通。那么由三極管Ql和三極管Q2構(gòu)成的SCR將會開啟來泄放大量的ESD電流。
[0049]圖4所示為本實施例中的一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件的TLP(Transmission-Line Pulse,傳輸線脈沖)測試數(shù)據(jù)圖。從圖中可以明顯地看出,本實用新型提出的一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)器件的維持電壓特別高,大概在38V左右。所以使用這種高維持電壓的靜電放電防護(hù)器件能在有效的防護(hù)集成電路不受ESD損壞的同時,避免電路發(fā)生栓鎖問題。
[0050]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式,應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本實用新型原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,包括單元器件,其特征在于:所述單元器件包括P襯底; 所述P襯底上嵌設(shè)有一高壓N阱;所述高壓N阱上設(shè)置有一 P阱;P阱上設(shè)有第三N+有源注入?yún)^(qū)和第二 P+有源注入?yún)^(qū); 所述高壓N阱未設(shè)P阱的區(qū)域中設(shè)有第一 N+有源注入?yún)^(qū)和第一 P+有源注入?yún)^(qū),所述高壓N阱與P阱的交界處嵌設(shè)有第二 N+有源注入?yún)^(qū); 所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)、第一 P+有源注入?yún)^(qū)、第二 N+有源注入?yún)^(qū)、第三N+有源注入?yún)^(qū)和第二 P+有源注入?yún)^(qū)依次相鄰; 所述第二 N+有源注入?yún)^(qū)與第三N+有源注入?yún)^(qū)之間的P襯底上方設(shè)有一氧化層;在所述氧化層上方設(shè)有一多晶娃柵; 所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)通過金屬線引出作為單元器件的陽極,所述多晶硅柵通過金屬線與第三N+有源注入?yún)^(qū)和第二 P+有源注入?yún)^(qū)相連并引出作為單元器件的陰極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述第一 N+有源注入?yún)^(qū)與第一 P+有源注入?yún)^(qū)相鄰的間距為0-0.5um。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述第一P+有源注入?yún)^(qū)與第二 N+有源注入?yún)^(qū)相鄰的間距為l-3um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述第二N+有源注入?yún)^(qū)與第三N+有源注入?yún)^(qū)相鄰的間距為0.6-1.0um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述第三N+有源注入?yún)^(qū)與第二 P+有源注入?yún)^(qū)相鄰的間距為0-2um。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述P襯底濃度范圍為 I X IO15-1 X IO16 atom/cm3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述P阱濃度范圍為 I X IO17-1 X IO18 atom/cm3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述第一N+有源注入?yún)^(qū)、第二 N+有源注入?yún)^(qū)、第三N+有源注入?yún)^(qū)的濃度范圍均為I X IO19-1 XIO2qatom/cm3;和/或;所述第一 P+有源注入?yún)^(qū)、第二 P+有源注入?yún)^(qū)的濃度范圍均為I X IO19-1 X IO2ci atom/cm3。
9.一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:包括多個如權(quán)利要求1-8任一項所述的單元器件,多個單元器件依次串聯(lián);每個單元器件有一個陽極端子和一個陰極端子,一個單元器件的陽極端子通過金屬連線連接到另一個單元器件的陰極端子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高維持電壓的靜電放電防護(hù)TVS器件,其特征在于:所述單元器件個數(shù)為2-8個。
【文檔編號】H01L23/60GK203386747SQ201320415951
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】董樹榮, 曾杰, 鐘雷, 郭維 申請人:江蘇艾倫摩爾微電子科技有限公司