一種基于鍺硅異質(zhì)結(jié)工藝的scr器件的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路的靜電放電(ESD)保護技術(shù)領域，涉及一種ESD保護結(jié)構(gòu)器件，具體涉及一種基于鍺硅異質(zhì)結(jié)工藝的SCR器件。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電放電(Electrostatic Discharge,簡稱ESD)是自然界中非常普遍的現(xiàn)象，是兩個帶電體之間出現(xiàn)瞬間的電荷轉(zhuǎn)移。通過摩擦或者靜電感應都會使物體帶上靜電荷，當兩個帶有不同電勢的物體相互靠近或直接接觸，都會發(fā)生靜電放電現(xiàn)象，經(jīng)常伴隨有可見的電火花。靜電放電可以產(chǎn)生高達上萬伏的電壓，如此大的靜電勢對集成電路(1C)將構(gòu)成巨大的威脅。在集成電路產(chǎn)品的整個生命周期中，從制造，封裝，測試，運輸，使用到完整的1C產(chǎn)品中，都時刻面臨著靜電放電所構(gòu)成的威脅。為了解決此問題，廠商通常在內(nèi)部電路與I/O引腳之間設置一個保護電路，該保護電路必須在靜電放電的脈沖未到達內(nèi)部電路之前先行開啟，以迅速泄放掉ESD大電流，進而減少ESD現(xiàn)象所導致的破壞。
[0003]常用ESD保護器件有二極管、絕緣柵型場效應晶體管(M0SFET)、雙極性晶體管(BJT)、硅控整流器(SCR);其中，SCR器件能夠充分利用阱和襯底作為電流泄放路徑，這使得器件能夠承受較大的ESD瞬間電流，相較其他ESD保護器件，SCR器件的單位面積ESD保護能力最強。但是常規(guī)的SCR器件被用于ESD防護的缺點是開啟電壓(Vtl)太大，且大于M0SFET的柵氧擊穿電壓；然而，隨著器件的特征尺寸的不斷縮小，柵氧化層的厚度也不斷減??；在這種趨勢下，研制低壓觸發(fā)SCR器件是本領域技術(shù)人員不斷研究的課題。
[0004]目前，基本SCR器件結(jié)構(gòu)及其等效電路如圖1所示，該器件結(jié)構(gòu)包括:
[0005]p型硅襯底110;
[0006]所述襯底110上形成阱區(qū)，所述阱區(qū)包括一個η型阱區(qū)120和一個ρ型阱區(qū)130，所述阱區(qū)120鄰接所述阱區(qū)130 ;
[0007]所述η型阱區(qū)120內(nèi)設有η型重摻雜區(qū)121和ρ型重摻雜區(qū)122，且所述區(qū)域121和區(qū)域122與陽極相連；
[0008]所述ρ型阱區(qū)130內(nèi)設有η型重摻雜區(qū)131和ρ型重摻雜區(qū)132，且區(qū)域131和區(qū)域132與陰極相連。
[0009]上述SCR器件的等效電路圖能夠看到，該SCR器件是由一個寄生的ρηρ晶體管和一個寄生的ηρη晶體管構(gòu)成。其中，ρ型重摻雜區(qū)122、η型阱區(qū)120、ρ型阱區(qū)130和ρ型重摻雜區(qū)132構(gòu)成一個ρηρ晶體管，η型重摻雜區(qū)131、ρ型阱區(qū)130、η型阱區(qū)120和η型重摻雜區(qū)121形成一個ηρη晶體管，R_nw為η型阱區(qū)120電阻，R_pw為ρ型阱區(qū)130電阻。當ESD事件來臨時，寄生ηρη管的集電結(jié)反偏。當該反偏電壓大于該ρη結(jié)的雪崩擊穿電壓時，該ρη結(jié)產(chǎn)生大量的電子空穴對形成電流，其中，電子電流流過η型阱區(qū)120在R_nw上產(chǎn)生壓降，使P型重摻雜區(qū)122和η型阱區(qū)120形成的ρη結(jié)正偏，即寄生ρηρ管的發(fā)射結(jié)正偏，ρηρ管開啟。同時，空穴電流流過ρ型講區(qū)130電阻R_pw，使η型重摻雜區(qū)131和ρ型講區(qū)130形成的ρη結(jié)正偏，即ηρη管中的發(fā)射結(jié)正偏，使ηρη管開啟。之后，ρηρ管的集電極電流為ηρη管提供基極電流，且ηρη管的集電極電流為ρηρ管提供基極電流，在寄生ρηρ管與ηρη管之間產(chǎn)生正反饋機制，SCR導通。因此，該基本SCR器件的觸發(fā)電壓是由η型阱區(qū)120和ρ型阱區(qū)130形成的ρη結(jié)的雪崩擊穿電壓決定，且該電壓在常規(guī)工藝中往往大于該工藝的柵氧化層的擊穿電壓；因此這種器件不能直接使用于集成電路的ESD保護電路，而需要增加二級保護電路來使用，這樣就會增大ESD保護電路的芯片面積。
[0010]基于此，本發(fā)明提供一種新型ESD保護的SCR器件，進一步降低SCR器件的觸發(fā)電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種基于鍺硅異質(zhì)結(jié)工藝的SCR器件，用于降低SCR器件的觸發(fā)電壓。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0012]一種基于鍺硅異質(zhì)結(jié)工藝的SCR器件，包括第一種導電類型硅襯底，硅襯底上形成相鄰接的第二種導電類型阱區(qū)和第一種導電類型阱區(qū)，所述第二種導電類型阱區(qū)內(nèi)設有與陽極相連的第二種導電類型重摻雜區(qū)和第一種導電類型重摻雜區(qū)，所述第一種導電類型阱區(qū)內(nèi)設有與陰極相連的第二種導電類型重摻雜區(qū)和第一種導電類型重摻雜區(qū)，其特征在于，所述第二種導電類型阱區(qū)的硅表面上無器件結(jié)構(gòu)區(qū)域還設有第一種導電類型鍺硅層，所述第一種導電類型鍺硅層上設有第二種導電類型重摻雜多晶硅層，且第二種導電類型重摻雜多晶硅層與陰極相連。
[0013]進一步的，所述第一種導電類型鍺硅層與第二種導電類型重摻雜多晶硅層通過外電阻相連。
[0014]本發(fā)明提供一種基于鍺硅異質(zhì)結(jié)工藝的SCR器件，該器件結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有SCR器件結(jié)構(gòu)基礎上，將SCR結(jié)構(gòu)與HBT結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，當ESD事件到來時，HBT結(jié)構(gòu)首先導通電流，該電流再進一步觸發(fā)電流觸發(fā)SCR器件開啟，通過本發(fā)明提供的新型SCR能夠有效降低SCR器件的觸發(fā)電壓，并且本發(fā)明SCR器件能夠通過HBT結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)SCR器件的觸發(fā)電壓。另外，本發(fā)明中將HBT結(jié)構(gòu)嵌入到SCR結(jié)構(gòu)中，能夠避免SCR器件占用的芯片面積增大。
【附圖說明】
[0015]圖1現(xiàn)有基本SCR器件結(jié)構(gòu)及等效電路不意圖。
[0016]圖2實施例1基于鍺硅異質(zhì)結(jié)工藝的新型SCR器件結(jié)構(gòu)及等效電路示意圖。
[0017]圖3實施例2基于鍺硅異質(zhì)結(jié)工藝的新型SCR器件結(jié)構(gòu)及等效電路示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0019]實施例1
[0020]本實施例中基于鍺硅異質(zhì)結(jié)工藝的新型SCR器件結(jié)構(gòu)及等效電路如圖2所示，該SCR器件結(jié)構(gòu)包括:
[0021]ρ型硅襯底110;
[0022]所述ρ型硅襯底110上形成阱區(qū)，所述阱區(qū)包括一個η型阱區(qū)190和一個ρ型阱區(qū)130，所述η型阱區(qū)190鄰接所述ρ型阱區(qū)130 ;
[0023]所述η型阱區(qū)190內(nèi)設有第一 η型重摻雜區(qū)121和第一 ρ型重摻雜區(qū)122，且所述第一 η型重摻雜區(qū)121和第一 ρ型重摻雜區(qū)122與陽極相連；
[0024]所述ρ型阱區(qū)130內(nèi)設有第二 η型重摻雜區(qū)131和第二 ρ型重摻雜區(qū)132，且所述第二 η型重摻雜區(qū)131和第二 ρ型重摻雜區(qū)132與陰極相連；
[0025]所述η型阱區(qū)190的硅表面上形成ρ型鍺硅層區(qū)170，所述ρ型鍺硅層區(qū)170位于第一 Ρ型重摻雜區(qū)122靠近η型阱區(qū)190與ρ型阱區(qū)130鄰接處的一側(cè)；
[0026]所述ρ型鍺硅層區(qū)170上形成η型重摻雜多晶硅層區(qū)180，且所述η型重摻雜多晶娃層區(qū)180與陰極相連。
[0027]從等效電路圖上可以看到，上述SCR器件是由一個寄生的ρηρ晶體管、一個寄生的ηρη晶體管和一個寄生ΗΒΤ構(gòu)成；其中，ρ型重摻雜區(qū)122、η型阱區(qū)190、ρ型阱區(qū)130和ρ型重摻雜區(qū)132構(gòu)成一個ρηρ晶體管；η型重摻雜區(qū)131、ρ型阱區(qū)130、η型阱區(qū)190和η型重摻雜區(qū)121形成一個ηρη晶體管；η型阱區(qū)190、ρ型鍺硅區(qū)170和η型重摻雜多晶硅區(qū)180形成一個HBT ；R_nw為η型阱區(qū)190電阻，R_pw為ρ型阱區(qū)130電阻。
[0028]當ESD事件來臨時，SCR器件的陽極電壓上升，使得由ρ型鍺硅層區(qū)170和η型重摻雜多晶硅層區(qū)180構(gòu)成的ΗΒΤ器件的集電結(jié)反偏；當ESD電壓大于基極開路的ΗΒΤ器件的集電結(jié)雪崩擊穿電壓BVeE。時，在ρ型鍺硅層區(qū)170和η型阱區(qū)190形成的ρη結(jié)結(jié)面附近將產(chǎn)生大量的電子空穴對；其中，空穴通過正向偏置的由η型重摻雜多晶硅區(qū)180和ρ型鍺硅層區(qū)170形成的ρη結(jié)流向陰極，寄生ΗΒΤ導通；而電子依次通過η型阱區(qū)190和η型重摻雜區(qū)121，最后流入陽極，形成電流通道；該電子電流流過η型阱區(qū)190在R_nw上產(chǎn)生壓降，使P型重摻雜區(qū)122和η型阱區(qū)190形成的ρη結(jié)正偏，使寄生ρηρ管導通；同時，ρηρ管的集電極電流流過ρ型阱區(qū)130電阻R_pw，使η型重摻雜區(qū)131和ρ型阱區(qū)130形成的ρη結(jié)正偏，使ηρη管開啟；之后，ρηρ管的集電極電流為ηρη管提供基極電流，且ηρη管的集電極電流為ρηρ管提供基極電流，在寄生ρηρ管與ηρη管之間產(chǎn)生正反饋機制，SCR導通。由此可知，該新型SCR器件的觸發(fā)電壓是由基極開路的ΗΒΤ器件的集電結(jié)雪崩擊穿電壓(BVeE。)決定的，從而有效降低了 SCR器件的觸發(fā)電壓；另外，該新型SCR器件結(jié)構(gòu)除了能夠降低觸發(fā)電壓外，還能通過HBT結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)SCR器件的觸發(fā)電壓，且HBT結(jié)構(gòu)嵌入到SCR結(jié)構(gòu)中，能夠避免SCR器件占用的芯片面積增大。
[0029]實施例2
[0030]本實施例中基于鍺硅異質(zhì)結(jié)工藝的新型SCR器件結(jié)構(gòu)及等效電路如圖3所示，該SCR器件結(jié)構(gòu)中所述ρ型鍺硅層區(qū)170與η型重摻雜多晶硅層區(qū)180通過外電阻R相連。
[0031]上述新型SCR器件工作原理與實施例1相同，該新型SCR器件的觸發(fā)電壓是由基極與發(fā)射極通過外電阻相連的ΗΒΤ器件的集電結(jié)雪崩擊穿電壓決定的，且可以通過調(diào)整外接電阻的大小來控制SCR器件的觸發(fā)電壓。
[0032]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。
【主權(quán)項】
1.一種基于鍺硅異質(zhì)結(jié)工藝的SCR器件，包括第一種導電類型硅襯底，硅襯底上形成相鄰接的第二種導電類型阱區(qū)和第一種導電類型阱區(qū)，所述第二種導電類型阱區(qū)內(nèi)設有與陽極相連的第二種導電類型重摻雜區(qū)和第一種導電類型重摻雜區(qū)，所述第一種導電類型阱區(qū)內(nèi)設有與陰極相連的第二種導電類型重摻雜區(qū)和第一種導電類型重摻雜區(qū)，其特征在于，所述第二種導電類型阱區(qū)的硅表面上無器件結(jié)構(gòu)區(qū)域還設有第一種導電類型鍺硅層，所述第一種導電類型鍺硅層上設有第二種導電類型重摻雜多晶硅層，且第二種導電類型重摻雜多晶硅層與陰極相連。2.按權(quán)利要求1所述基于鍺硅異質(zhì)結(jié)工藝的SCR器件，其特征在于，所述第一種導電類型鍺硅層與第二種導電類型重摻雜多晶硅層通過外電阻相連。
【專利摘要】本發(fā)明屬于集成電路的靜電放電保護技術(shù)領域，提供一種基于鍺硅異質(zhì)結(jié)工藝的SCR器件，用于降低SCR器件的觸發(fā)電壓。本發(fā)明包括第一種導電類型硅襯底，硅襯底上形成相鄰接的第二種導電類型阱區(qū)和第一種導電類型阱區(qū)，兩個阱區(qū)內(nèi)分別設有第二種導電類型重摻雜區(qū)和第一種導電類型重摻雜區(qū)，第二種導電類型阱區(qū)的硅表面上無器件結(jié)構(gòu)區(qū)域還設有第一種導電類型鍺硅層，第一種導電類型鍺硅層上設有第二種導電類型重摻雜多晶硅層，且第二種導電類型重摻雜多晶硅層與陰極相連。本發(fā)明將SCR結(jié)構(gòu)與HBT結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，有效降低了SCR器件的觸發(fā)電壓，并且本發(fā)明的SCR器件能夠通過HBT結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)SCR器件的觸發(fā)電壓。
【IPC分類】H01L29/87, H01L27/02
【公開號】CN105374817
【申請?zhí)枴緾N201510980245
【發(fā)明人】廖昌俊, 劉繼芝, 成輝, 劉志偉
【申請人】電子科技大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月23日