低觸發(fā)耐正負壓的scr esd防護器件及其工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于半導體器件領域,提供了一種低觸發(fā)耐正負壓的SCR ESD防護器件及其工藝方法,該器件包括:襯底,在襯底中形成的第一、第二掩埋層;在第一掩埋層上通過生長外延、摻雜后形成的第一阱,在第二掩埋層上生長成的外延層和在外延層上由外向內依次形成第二、第三、第四、第五阱;在第一、第三、第五阱中分別形成的第一、第三、第八有源區(qū),在第三阱和第四阱的交界處、在第四阱和第五阱的交界處分別形成的第五、第六有源區(qū);在第三阱中形成的第二、第四有源區(qū),在第五阱中形成的第七有源區(qū)。本發(fā)明提供的器件能夠有效降低SCR結構的觸發(fā)電壓并保證端口正常工作在正負壓下,也能滿足ESD防護設計要求。
【專利說明】
低觸發(fā)耐正負壓的SCR ESD防護器件及其工藝方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于半導體器件領域,尤其涉及一種低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件及其工藝方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體工藝尺寸的縮小,器件工作電壓與擊穿電壓的差距越來越小,集成電路的靜電泄放(Electro-Static discharge,ESD)問題越來越顯著。通常情況下IC端口的工作電壓在OV到電源電壓之間,從而普通器件端口的ESD結構也只需要保證端口電壓在OV和電源電壓之間時ESD器件沒有漏電流。
[0003]圖1為現(xiàn)有高觸發(fā)耐正壓的SCR器件剖面結構圖,該結構包括P型襯底(PSUB)I,P型掩埋層(BP)2、17,P阱(PWELL)3、16,P摻雜有源區(qū)(P+)4、15,N摻雜有源區(qū)(N+)5、14,在應用時,P型襯底I通過P型掩埋層2、17及P阱3、16再通過P摻雜有源區(qū)4、15接地,N摻雜有源區(qū)5、14接地,柵(poly)6、13接地。該結構還包括N型掩埋層(BN)8,N型外延層(n-epi)10,N阱(爾^1^)12,?摻雜有源區(qū)(?+)7、11,_參雜有源區(qū)(奸)9小型掩埋層8通過~型外延層10小阱12,最后通過N摻雜有源區(qū)9接端口 PAD,P摻雜有源區(qū)7、11同樣接端口 PAD。在應用時,P摻雜有源區(qū)7、11作為發(fā)射極,N阱12作為基極,P阱3、16作為集電極,構成橫向PNP三極管。N阱12作為集電極,P阱3、16作為基極,N+有源區(qū)5、14作為發(fā)射極,構成橫向NPN三極管。這個橫向PNP和橫向NPN就構成了可控硅結構SCR,等效電路如圖2所示。
[0004]在ESD事件發(fā)生時,如果端口PAD電壓高于地,并且達到N阱12和P阱3、16形成的PN結的反向擊穿電壓后,PN結被擊穿,電流由N阱12流入P阱3、16,橫向PNP和橫向NPN導通,SCR結構被觸發(fā);當端口 PAD電壓低于地,可通過P阱3、16和N阱12之間的PN結正向導通放電。
[0005]從該結構看,觸發(fā)SCR結構需要端口PAD與地之間電壓超過N阱12和P阱3、16之間的PN結的反向擊穿電壓,由于構成該PN結的兩個阱的摻雜濃度都比較低,因此反向擊穿電壓較高,有可能高于芯片內部柵氧化層的擊穿電壓,從而無法起到ESD保護作用,并且此結構只適用于PAD正常工作電壓高于地電壓的情況下。
[0006]然而,在實際應用中,一些芯片中會出現(xiàn)端口電壓高于電源電壓或者低于地電位的負壓的情況,而可控娃(Si I icon Controlled Rectifier,SCR)器件的導通是通過反向擊穿低摻雜濃度的PN結來觸發(fā)的,這個觸發(fā)電壓在一般的BCD工藝中為30?50V,如果觸發(fā)電壓高于芯片內部柵氧化層擊穿電壓,就會導致SCR器件起不到ESD保護作用,影響整個芯片的可靠性。
【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件,旨在解決現(xiàn)有SCR ESD防護器件觸發(fā)電壓高于芯片內部柵氧化層擊穿電壓,無法實現(xiàn)有效的ESD防護的問題。
[0008]本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的,一種低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件,包括:
[0009]襯底,在所述襯底中形成的第一掩埋層以及第二掩埋層,所述第一掩埋層為環(huán)狀,所述第二掩埋層位于所述第一掩埋層中;
[0010]在所述第一掩埋層上通過生長外延和反型摻雜形成的第一阱,在所述第二掩埋層上生長成的外延層和在所述外延層上由外向內依次形成第二阱、第三阱、第四阱和第五阱,所述第一阱、所述第二阱、所述第三阱、所述第四阱均為環(huán)狀;
[0011]在所述第一阱中形成的第一有源區(qū),在所述第三阱中形成的第三有源區(qū),在所述第三阱和所述第四阱的交界處同時向所述第三阱和所述第四阱注入形成的第五有源區(qū),在所述第四阱和所述第五阱的交界處同時向所述第四阱和所述第五阱注入形成的第六有源區(qū),在所述第五阱中形成的第八有源區(qū),所述第一有源區(qū)、第三有源區(qū)、第五有源區(qū)、第六有源區(qū)均為環(huán)狀;
[0012]在所述第三阱中形成的第二有源區(qū)和第四有源區(qū),在所述第五阱中形成的第七有源區(qū),所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)均為環(huán)狀,且由外到內依次為第一有源區(qū)、第二有源區(qū)、第三有源區(qū)、第四有源區(qū)、第五有源區(qū)、第六有源區(qū)、第七有源區(qū)和第八有源區(qū);
[0013]所述第一掩埋層與所述第二掩埋層的摻雜類型相反;
[0014]所述第一阱、所述第三阱、所述第五阱的摻雜類型相同,且與所述第二阱、所述第四阱的摻雜類型相反;
[0015]所述第一有源區(qū)、所述第三有源區(qū)、所述第五有源區(qū)、所述第六有源區(qū)、所述第八有源區(qū)的摻雜類型相同,且與所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)的摻雜類型相反;
[0016]所述襯底、所述第一掩埋層、所述第一阱、所述第一有源區(qū)的摻雜類型相同。
[0017]本發(fā)明實施例的另一目的在于,提供一種低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件的工藝方法,所述工藝方法包括下述步驟:
[0018]在襯底中形成第一掩埋層以及第二掩埋層,所述第一掩埋層為環(huán)狀,所述第二掩埋層位于所述第一掩埋層中;
[0019]在所述第一掩埋層、所述第二掩埋層和所述襯底上生長外延層;
[0020]在所述第一掩埋層上的外延層通過反型摻雜形成第一阱,在所述第二掩埋層上的外延層上由外向內依次形成第二阱、第三阱、第四阱和第五阱,所述第一阱、所述第二阱、所述第三阱、所述第四阱均為環(huán)狀;
[0021]在所述第一阱中形成第一有源區(qū),在所述第三阱中形成第三有源區(qū),在所述第三阱和所述第四阱的交界處同時向所述第三阱和所述第四阱注入形成第五有源區(qū),在所述第四阱和所述第五阱的交界處同時向所述第四阱和所述第五阱注入形成第六有源區(qū),在所述第五阱中形成第八有源區(qū),所述第一有源區(qū)、第三有源區(qū)、第五有源區(qū)、第六有源區(qū)均為環(huán)狀;
[0022]在所述第三阱中形成第二有源區(qū)和第四有源區(qū),在所述第五阱中形成第七有源區(qū),所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)均為環(huán)狀,且由外到內依次為第一有源區(qū)、第二有源區(qū)、第三有源區(qū)、第四有源區(qū)、第五有源區(qū)、第六有源區(qū)、第七有源區(qū)和第八有源區(qū);
[0023]所述第一掩埋層與所述第二掩埋層的摻雜類型相反;
[0024]所述第一阱、所述第三阱、所述第五阱的摻雜類型相同,且與所述第二阱、所述第四阱的摻雜類型相反;
[0025]所述第一有源區(qū)、所述第三有源區(qū)、所述第五有源區(qū)、所述第六有源區(qū)、所述第八有源區(qū)的摻雜類型相同,且與所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)的摻雜類型相反;
[0026]所述襯底、所述第一掩埋層、所述第一阱、所述第一有源區(qū)的摻雜類型相同。
[0027]本發(fā)明實施例提供了一種低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件,能夠有效降低SCR結構的觸發(fā)電壓并保證端口正常工作在正負壓下,也能滿足ESD防護設計要求。
【附圖說明】
[0028]圖1為現(xiàn)有高觸發(fā)耐正壓的SCR器件剖面結構圖;
[0029]圖2為現(xiàn)有高觸發(fā)耐正壓的SCR器件的等效電路原理圖;
[0030]圖3為本發(fā)明實施例提供的低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件的剖面結構圖;
[0031]圖4為本發(fā)明實施例提供的低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件的等效電路原理圖;
[0032]圖5為本發(fā)明實施例提供的低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件的工藝方法流程結構。
【具體實施方式】
[0033]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結合附圖及實施例,對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。此外,下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0034]本發(fā)明實施例提供了一種低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件,能夠有效降低SCR結構的觸發(fā)電壓并保證端口正常工作在正負壓下,也能滿足ESD防護設計要求。
[0035]一種低觸發(fā)耐正負壓的SCR ESD防護器件,所述器件包括:
[0036]襯底,在所述襯底中形成的第一掩埋層以及第二掩埋層,所述第一掩埋層為環(huán)狀,所述第二掩埋層位于所述第一掩埋層中;
[0037]在所述第一掩埋層上通過生長外延和反型摻雜形成的第一阱,在所述第二掩埋層上生長成的外延層和在所述外延層上由外向內依次形成第二阱、第三阱、第四阱和第五阱,所述第一阱、所述第二阱、所述第三阱、所述第四阱均為環(huán)狀;
[0038]在所述第一阱中形成的第一有源區(qū),在所述第三阱中形成的第三有源區(qū),在所述第三阱和所述第四阱的交界處同時向所述第三阱和所述第四阱注入形成的第五有源區(qū),在所述第四阱和所述第五阱的交界處同時向所述第四阱和所述第五阱注入形成的第六有源區(qū),在所述第五阱中形成的第八有源區(qū),所述第一有源區(qū)、第三有源區(qū)、第五有源區(qū)、第六有源區(qū)均為環(huán)狀;
[0039]在所述第三阱中形成的第二有源區(qū)和第四有源區(qū),在所述第五阱中形成的第七有源區(qū),所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)均為環(huán)狀,且由外到內依次為第一有源區(qū)、第二有源區(qū)、第三有源區(qū)、第四有源區(qū)、第五有源區(qū)、第六有源區(qū)、第七有源區(qū)和第八有源區(qū);
[0040]所述第一掩埋層與所述第二掩埋層的摻雜類型相反;
[0041]所述第一阱、所述第三阱、所述第五阱的摻雜類型相同,且與所述第二阱、所述第四阱的摻雜類型相反;
[0042]所述第一有源區(qū)、所述第三有源區(qū)、所述第五有源區(qū)、所述第六有源區(qū)、所述第八有源區(qū)的摻雜類型相同,且與所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)的摻雜類型相反;
[0043]所述襯底、所述第一掩埋層、所述第一阱、所述第一有源區(qū)的摻雜類型相同。
[0044]本發(fā)明實施例提供了一種低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件,能夠有效降低SCR結構的觸發(fā)電壓并保證端口正常工作在正負壓下,也能滿足ESD防護設計要求。
[0045]以下結合具體實施例對本發(fā)明的實現(xiàn)進行詳細描述:
[0046]圖3示出了本發(fā)明實施例提供的低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件的剖面結構,為了便于說明,僅示出了與本發(fā)明相關的部分。
[0047]作為本發(fā)明一實施例,該低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件包括:
[0048]P型襯底(PSUB) I,在P型襯底I中通過擴散或離子注入形成的P型掩埋層(BP)2、29,在P型掩埋層2、29上通過生長外延以及反型摻雜形成的P阱(PWELL) 3、28,在P阱3、28中通過摻雜形成的P摻雜有源區(qū)(P+)4、27,P型掩埋層2、29通過P阱3、28和P摻雜有源區(qū)4、27接到地電位形成隔離。
[0049]在本發(fā)明實施例中,P型掩埋層(BP)2、P阱(PWELL)3、P摻雜有源區(qū)(P+)4分別與P型掩埋層(BP) 29、P阱(PffELL) 28、P摻雜有源區(qū)(P+)27從版圖俯視的角度均為一個閉合的環(huán)形。
[0050]該結構還包括:在P型襯底I中通過擴散或離子注入形成的N型掩埋層(BN)5和在N型掩埋層5上生長成的N型外延層(n-epi) 12,以及在N型外延層(n-epi) 12中摻雜形成的N講(NWELL)6、13、20、26。
[0051 ] 可以理解地,N型外延層(n-epi) 12是同時在P型掩埋層2、29,N型掩埋層(BN)5和P型襯底I上同時生長而成的,其中P型掩埋層2、29上的N型外延層(n-epi)通過反型摻雜形成為P阱(PWELL)3、28。
[0052]N型掩埋層5與N型外延層12及N阱6、13、20、26連接在一起,電位浮空。
[0053]在本發(fā)明實施例中,N阱(NWELL)6、N阱(NWELL) 13分別與N阱(NWELL) 26、N阱(NWELL)20從版圖俯視的角度均為一個閉合的環(huán)形。
[0054]該結構還包括:在N型外延層(n-epi)12中摻雜形成的P阱(PWELL)10、24,在P阱10、24中摻雜形成的P摻雜有源區(qū)(P+)8、23,在P阱10、24中摻雜形成的N摻雜有源區(qū)(N+)7、9、22,25,在應用時,P, 1、24通過P摻雜有源區(qū)8、23接地,N摻雜有源區(qū)7、9、22、25同時接地。
[0055]在本發(fā)明實施例中,P阱(PWELL)10、N摻雜有源區(qū)(N+)7、P摻雜有源區(qū)8、N摻雜有源區(qū)(N+)9與P阱(PWELL)24、N摻雜有源區(qū)(N+)25、P摻雜有源區(qū)(P+)23、N摻雜有源區(qū)(N+)22從版圖俯視的角度均為一個閉合的環(huán)形。
[0056]該結構還包括:在N型外延層(n-epi) 12中摻雜形成的P阱(PWELL)18,在P阱18中摻雜形成的P摻雜有源區(qū)(P+) 16,在P阱18中摻雜形成的N摻雜有源區(qū)(N+) 15、17,在應用時,P阱18通過P摻雜有源區(qū)16連接至端口 PAD電位,N摻雜有源區(qū)15、17同樣連接到端口 PAD。
[0057]在本發(fā)明實施例中,N摻雜有源區(qū)(N+)15與N摻雜有源區(qū)(N+)17從版圖俯視的角度為一個閉合的環(huán)形。
[0058]該結構還包括:在P阱10、24與N阱13、20的交界處同時向P阱10、24和N阱13、20注入形成的P摻雜有源區(qū)(P+)ll、21,以及在N阱13、20與P阱18的交界處同時向N阱13、20和P阱18注入形成的P摻雜有源區(qū)(P+)14、19。
[0059]在本發(fā)明實施例中,P摻雜有源區(qū)(P+)11、P摻雜有源區(qū)(P+)14分別與P摻雜有源區(qū)(P+)21、P摻雜有源區(qū)(P+)19從版圖俯視的角度均為一個閉合的環(huán)形。
[0060]其中,對于注入的阱從外到內依次為:P阱3、28,N阱6、26,P阱10、24,N阱13、20,P阱18。
[0061]在應用時,P阱18作為發(fā)射極,N阱13、20作為基極,P阱10、24作為集電極,構成橫向PNP三極管。N阱13、20作為集電極,P, 10、24作為基極,N摻雜有源區(qū)9、22作為發(fā)射極,構成橫向NPN三極管。這個橫向PNP和橫向NPN就構成了可控硅結構SCR。
[0062]該種結構中,由于P摻雜有源區(qū)11、14、19、21具有高的摻雜濃度,因此N阱13、20和P摻雜有源區(qū)11、14、19、21形成的PN結具有低的反向擊穿電壓,這種SCR結構能夠在低電壓下被觸發(fā),從而起到ESD保護作用。另外由于從GND到PAD以及從PAD到GND都是相同的SCR結構,所以此結構能耐正負壓。
[0063]作為本發(fā)明一實施例,該器件可以采用BCDMOS0.5um的工藝,其結構雙向觸發(fā)電壓±13V,遠低于芯片內部的柵氧化層擊穿電壓,因此能夠起到ESD保護作用,在人體模型(Human-Body Model,HBM)下ESD防護能力8000V。
[0064]能夠想到地,可以通過將摻雜類型(P+和N+)互換,并且將PAD端口和GND端口的連接關系也互換,同樣可以得到相同性能的低觸發(fā)耐正負壓的SCR ESD防護器件。
[0065]本發(fā)明實施例提供了一種低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件,能夠有效降低SCR結構的觸發(fā)電壓并保證端口正常工作在正負壓下,也能滿足ESD防護設計要求。
[0066]本發(fā)明實施例的另一目的在于,提供一種低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件的工藝方法,包括下述步驟:
[0067]在襯底中形成第一掩埋層以及第二掩埋層,所述第一掩埋層為環(huán)狀,所述第二掩埋層位于所述第一掩埋層中;
[0068]在所述第一掩埋層、所述第二掩埋層和所述襯底上生長外延層;
[0069]在所述第一掩埋層上的外延層通過反型摻雜形成第一阱,在所述第二掩埋層上的外延層上由外向內依次形成第二阱、第三阱、第四阱和第五阱,所述第一阱、所述第二阱、所述第三阱、所述第四阱均為環(huán)狀;
[0070]在所述第一阱中形成第一有源區(qū),在所述第三阱中形成第三有源區(qū),在所述第三阱和所述第四阱的交界處同時向所述第三阱和所述第四阱注入形成第五有源區(qū),在所述第四阱和所述第五阱的交界處同時向所述第四阱和所述第五阱注入形成第六有源區(qū),在所述第五阱中形成第八有源區(qū),所述第一有源區(qū)、第三有源區(qū)、第五有源區(qū)、第六有源區(qū)均為環(huán)狀;
[0071]在所述第三阱中形成第二有源區(qū)和第四有源區(qū),在所述第五阱中形成第七有源區(qū),所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)均為環(huán)狀,且由外到內依次為第一有源區(qū)、第二有源區(qū)、第三有源區(qū)、第四有源區(qū)、第五有源區(qū)、第六有源區(qū)、第七有源區(qū)和第八有源區(qū);
[0072]所述第一掩埋層與所述第二掩埋層的摻雜類型相反;
[0073]所述第一阱、所述第三阱、所述第五阱的摻雜類型相同,且與所述第二阱、所述第四阱的摻雜類型相反;
[0074]所述第一有源區(qū)、所述第三有源區(qū)、所述第五有源區(qū)、所述第六有源區(qū)、所述第八有源區(qū)的摻雜類型相同,且與所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)的摻雜類型相反;
[0075]所述襯底、所述第一掩埋層、所述第一阱、所述第一有源區(qū)的摻雜類型相同。
[0076]以下結合具體實施例對本發(fā)明的實現(xiàn)進行詳細描述:
[0077]圖5示出了本發(fā)明實施例提供的低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件的工藝方法流程結構,為了便于說明,僅示出了與本發(fā)明相關的部分。
[0078]作為本發(fā)明一實施例,結合附圖3、4,該低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件的工藝方法流程包括下述步驟:
[0079]在步驟SlOl中,在P型襯底(PSUB)I中通過擴散形成P型掩埋層(BP)2、29,以及N型掩埋層(BN) 5;
[0080]在本發(fā)明實施例中,P型掩埋層(BP)2與P型掩埋層(BP)29從版圖俯視的角度均為一個閉合的環(huán)形,N型掩埋層(BN)5位于環(huán)形中。
[0081 ] 在步驟S102中,在P型掩埋層(BP)2、29,N型掩埋層5和P型襯底I上生長N型外延層(n_epi)12;
[0082]在步驟S103中,在P型掩埋層2、29上的N型外延層(n-epi)通過反型摻雜形成P阱(PWELL)3、28,在N型掩埋層5上的N型外延層(η-印i)12上摻雜形成P阱(PWELL)10、18、24,當然多個P阱可以同時形成;
[0083]在本發(fā)明實施例中,P型掩埋層2、29上的N型外延層(n-epi)在反型摻雜后變?yōu)镻阱(PWELL)3、28,且P阱(PWELL)3與P阱(PWELL)28從版圖俯視的角度均為一個閉合的環(huán)形,而N型掩埋層5上的N型外延層(n-epi) 12在反型摻雜后依然有部分保留,且P阱(PWELL) 10與P阱(PWELL)24從版圖俯視的角度均為一個閉合的環(huán)形。
[0084]在步驟S104中,在N型外延層12上摻雜形成N阱(NWELL)6、13、20、26;
[0085]在本發(fā)明實施例中,N型掩埋層5與N型外延層12及N阱6、13、20、26連接在一起,電位浮空。
[0086]在本發(fā)明實施例中,N阱(NWELL)6、N阱(NWELL) 13分別與N阱(NWELL) 26、N阱(NWELL)20從版圖俯視的角度均為一個閉合的環(huán)形。
[0087]在步驟S105中,在P阱3、28中通過摻雜形成的P摻雜有源區(qū)(P+)4、27,在P阱10、24中摻雜形成的P摻雜有源區(qū)(P+)8、23,在P阱18中摻雜形成的P摻雜有源區(qū)(P+)16,在P阱10、24與N阱13、20的交界處同時向P阱10、24和N阱13、20注入形成P摻雜有源區(qū)(P+)ll、21,在N阱13、20與P阱18的交界處同時向N阱13、20和P阱18注入形成P摻雜有源區(qū)(P+)14、19;
[0088]其中,對于注入的阱從外到內依次為:P阱3、28,N阱6、26,P阱10、24,N阱13、20,P阱18。
[0089]在本發(fā)明實施例中,P摻雜有源區(qū)(P+)4、P摻雜有源區(qū)(P+)8、P摻雜有源區(qū)(P+)ll、P摻雜有源區(qū)(P+) 14分別與P摻雜有源區(qū)(P+)27、P摻雜有源區(qū)(P+)23、P摻雜有源區(qū)(P+)21、P摻雜有源區(qū)(p+)19從版圖俯視的角度均為一個閉合的環(huán)形。
[0090]在步驟S106中,在P阱10、24中摻雜形成的N摻雜有源區(qū)(N+)7、9、22、25,在P阱18中摻雜形成的N摻雜有源區(qū)(N+) 15、17。
[0091]在本發(fā)明實施例中,N摻雜有源區(qū)(N+)7、N摻雜有源區(qū)(N+)9、N摻雜有源區(qū)(N+)15分別與N摻雜有源區(qū)(N+)25、N摻雜有源區(qū)(N+)22、N摻雜有源區(qū)(N+)17從版圖俯視的角度均為一個閉合的環(huán)形。
[0092]P型掩埋層2、29通過P阱3、28和P摻雜有源區(qū)4、27接到地電位形成隔離。在應用時,P阱18通過P摻雜有源區(qū)16連接至端口 PAD電位,N摻雜有源區(qū)15、17同樣連接到端口 PAD。
[0093]結合圖4的等效電路原理,其中,R PWELL為P阱18的等效電阻,R pwell為P阱10、24的等效電阻。
[0094]在應用時,P阱18作為發(fā)射極,N阱13、20作為基極,P阱10、24作為集電極,構成橫向PNP三極管。N阱13、20作為集電極,P, 10、24作為基極,N摻雜有源區(qū)9、22作為發(fā)射極,構成橫向NPN三極管。這個橫向PNP和橫向NPN就構成了可控硅結構SCR。
[0095]該種結構中,由于P摻雜有源區(qū)11、14、19、21具有高的摻雜濃度,因此N阱13、20和P摻雜有源區(qū)11、14、19、21形成的PN結具有低的反向擊穿電壓,這種SCR結構能夠在低電壓下被觸發(fā),從而起到ESD保護作用。另外由于從GND到PAD以及從PAD到GND都是相同的SCR結構,所以此結構能耐正負壓。
[0096]作為本發(fā)明一實施例,該器件可以采用BCDMOS0.5um的工藝,其結構雙向觸發(fā)電壓±13V,遠低于芯片內部的柵氧化層擊穿電壓,因此能夠起到ESD保護作用,在人體模型(Human-Body Model,HBM)下ESD防護能力8000V。
[0097]本發(fā)明實施例提供了一種低觸發(fā)耐正負壓的SCRESD防護器件,能夠有效降低SCR結構的觸發(fā)電壓并保證端口正常工作在正負壓下,也能滿足ESD防護設計要求。
[0098]以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等,均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種低觸發(fā)耐正負壓的SCR ESD防護器件,其特征在于,所述器件包括: 襯底,在所述襯底中形成的第一掩埋層以及第二掩埋層,所述第一掩埋層為環(huán)狀,所述第二掩埋層位于所述第一掩埋層中; 在所述第一掩埋層上通過生長外延和反型摻雜形成的第一阱,在所述第二掩埋層上生長成的外延層和在所述外延層上由外向內依次形成第二阱、第三阱、第四阱和第五阱,所述第一阱、所述第二阱、所述第三阱、所述第四阱均為環(huán)狀; 在所述第一阱中形成的第一有源區(qū),在所述第三阱中形成的第三有源區(qū),在所述第三阱和所述第四阱的交界處同時向所述第三阱和所述第四阱注入形成的第五有源區(qū),在所述第四阱和所述第五阱的交界處同時向所述第四阱和所述第五阱注入形成的第六有源區(qū),在所述第五阱中形成的第八有源區(qū),所述第一有源區(qū)、第三有源區(qū)、第五有源區(qū)、第六有源區(qū)均為環(huán)狀; 在所述第三阱中形成的第二有源區(qū)和第四有源區(qū),在所述第五阱中形成的第七有源區(qū),所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)均為環(huán)狀,且由外到內依次為第一有源區(qū)、第二有源區(qū)、第三有源區(qū)、第四有源區(qū)、第五有源區(qū)、第六有源區(qū)、第七有源區(qū)和第八有源區(qū); 所述第一掩埋層與所述第二掩埋層的摻雜類型相反; 所述第一阱、所述第三阱、所述第五阱的摻雜類型相同,且與所述第二阱、所述第四阱的摻雜類型相反; 所述第一有源區(qū)、所述第三有源區(qū)、所述第五有源區(qū)、所述第六有源區(qū)、所述第八有源區(qū)的摻雜類型相同,且與所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)的摻雜類型相反; 所述襯底、所述第一掩埋層、所述第一阱、所述第一有源區(qū)的摻雜類型相同。2.如權利要求1所述的器件,其特征在于,所述襯底為P型襯底; 所述第一掩埋層為P型掩埋層,所述第二掩埋層為N型掩埋層; 所述外延層為N型外延層; 所述第一阱、所述第三阱、所述第五阱均為P阱,所述第二阱、所述第四阱均為N阱; 所述第一有源區(qū)、所述第三有源區(qū)、所述第五有源區(qū)、所述第六有源區(qū)、所述第八有源區(qū)均為P摻雜有源區(qū); 所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)均為N摻雜有源區(qū)。3.如權利要求1所述的器件,其特征在于,所述有源區(qū)、所述阱以及掩埋層可以通過離子注入或擴散形成。4.如權利要求1所述的器件,其特征在于,所述器件的線寬為BCDMOS0.5um。5.—種低觸發(fā)耐正負壓的SCR ESD防護器件的工藝方法,其特征在于,所述工藝方法包括下述步驟: 在襯底中形成第一掩埋層以及第二掩埋層,所述第一掩埋層為環(huán)狀,所述第二掩埋層位于所述第一掩埋層中; 在所述第一掩埋層、所述第二掩埋層和所述襯底上生長外延層; 在所述第一掩埋層上的外延層通過反型摻雜形成第一阱,在所述第二掩埋層上的外延層上由外向內依次形成第二阱、第三阱、第四阱和第五阱,所述第一阱、所述第二阱、所述第三阱、所述第四阱均為環(huán)狀; 在所述第一阱中形成第一有源區(qū),在所述第三阱中形成第三有源區(qū),在所述第三阱和所述第四阱的交界處同時向所述第三阱和所述第四阱注入形成第五有源區(qū),在所述第四阱和所述第五阱的交界處同時向所述第四阱和所述第五阱注入形成第六有源區(qū),在所述第五阱中形成第八有源區(qū),所述第一有源區(qū)、第三有源區(qū)、第五有源區(qū)、第六有源區(qū)均為環(huán)狀;在所述第三阱中形成第二有源區(qū)和第四有源區(qū),在所述第五阱中形成第七有源區(qū),所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)均為環(huán)狀,且由外到內依次為第一有源區(qū)、第二有源區(qū)、第三有源區(qū)、第四有源區(qū)、第五有源區(qū)、第六有源區(qū)、第七有源區(qū)和第八有源區(qū); 所述第一掩埋層與所述第二掩埋層的摻雜類型相反; 所述第一阱、所述第三阱、所述第五阱的摻雜類型相同,且與所述第二阱、所述第四阱的摻雜類型相反; 所述第一有源區(qū)、所述第三有源區(qū)、所述第五有源區(qū)、所述第六有源區(qū)、所述第八有源區(qū)的摻雜類型相同,且與所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)的摻雜類型相反; 所述襯底、所述第一掩埋層、所述第一阱、所述第一有源區(qū)的摻雜類型相同。6.如權利要求5所述的工藝方法,其特征在于,所述襯底為P型襯底; 所述第一掩埋層為P型掩埋層,所述第二掩埋層為N型掩埋層; 所述外延層為N型外延層; 所述第一阱、所述第三阱、所述第五阱均為P阱,所述第二阱、所述第四阱均為N阱; 所述第一有源區(qū)、所述第三有源區(qū)、所述第五有源區(qū)、所述第六有源區(qū)、所述第八有源區(qū)均為P摻雜有源區(qū); 所述第二有源區(qū)、所述第四有源區(qū)、所述第七有源區(qū)均為N摻雜有源區(qū)。7.如權利要求5所述的工藝方法,其特征在于,所述有源區(qū)可以通過離子注入或擴散形成。8.如權利要求5所述的工藝方法,其特征在于,所述器件的工藝線寬為0.5um。
【文檔編號】H01L27/02GK105957833SQ201610321776
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】杜明, 裴國旭, 董巧, 鄧穎慧, 湯波, 李曉輝
【申請人】深圳市國微電子有限公司