[發明專利]具有高維持電壓的SCR ESD保護結構

無效

• 申請號: 200910212765.0
• 申請日: 2009-11-09
• 公開（公告）號: CN101764151A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 易揚波;楊東林;祝靖;王欽;劉俠
• 申請（專利權）人: 蘇州博創集成電路設計有限公司
• 主分類號: H01L29/74
• 分類號: H01L29/74;H01L29/06;H01L23/60;H02H9/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及運用半導體可控硅(Semiconductor?controlled?rectifier，SCR)器件的靜電保護(electrostatic?discharge，ESD)，更具體的說，是關于一種具有高維持電壓的SCR?ESD保護結構。

背景技術

集成結構工藝的不斷發展，集成結構的特征尺寸逐漸減小，諸如短柵長、薄柵氧化層、淺結深、漏區輕摻雜以硅化物摻雜等先進工藝，在提高集成結構性能和集成度的同時卻造成內部結構在靜電泄放ESD沖擊來臨時更容易被損壞。據統計，每年半導體工業因為ESD造成的經濟損失以數十億美元計。因此，在每一個輸出入端口處設置ESD防護結構便成為預防ESD應力對柵氧化層造成損害的有效辦法之一。

ESD保護結構的設計目的就是要避免工作結構成為ESD的放電通路而遭到損害，保證在任意兩芯片引腳之間發生的ESD，都有適合的低阻旁路將ESD電流引入電源線。這個低阻旁路不但要能吸收ESD電流，還要能鉗位工作結構的電壓，防止工作結構由于電壓過載而受損。這條結構通路還需要有很好的工作穩定性，能在ESD發生時快速響應，而且還不能對芯片正常工作結構有影響。。為了在各個階段都能有效保護芯片，人們采用多種片上防靜電保護器件。常用的保護器件結構有二極管、雙極型三極管、柵接地NMOS管(GGNMOS)和可控硅整流器件(SCR)等。利用SCR對于防止ESD是一種理想的解決方案。

SCR對于ESD靜電保護是非常有吸引力的器件，在一個相對小的維持電壓下，它本身的再生反饋機制導致回滯特性，這減小了ESD事件發生時SCR的功耗，另外SCR的魯棒性比其他的二極管和GGNMOS好。

當SCR應用于ESD保護時，小的維持電壓會帶來許多問題，特別是電源鉗位結構。這是因為當結構正常工作時，小的維持電壓會允許SCR保持觸發狀態之后的在低阻抗狀態，這種現象為ESD事件引起的閂鎖(ESD-induced?latch?up)。因為維持電壓小于電源電壓，它需要增加維持電壓大于電源電壓來避免這種風險。

在相關的技術中，有人提出通過增加陽極和陰極的距離來增大維持電壓以防止閂鎖的發生，但這樣會增大器件的尺寸。還有人提出了在版圖中減小P+摻雜區的面積，來減小發射效率從而增加維持電壓，但這減小了二次熱擊穿失效電流。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型ESD保護器件結構，而與傳統的工藝相比，它并沒有增加額外的工藝步驟。本發明所述的具有高維持電壓的ESD防護結構，還可以防止閂鎖現象的發生。

本發明是一個半導體寄生可控硅SCR結構，形成于一器件上，所述器件包含有：一個P型襯底，在P型襯底上設有N型掩埋層，在N型掩埋層上設有N型阱，在P型襯底上還設有與N型阱平行的P型阱。在N型阱中設有第一N+摻雜區和第一P+摻雜區，第一N+摻雜區和第一P+摻雜區通過接觸孔引出并連接在一起，作為器件的陽極，在P型阱中設有第二N+摻雜區和第二P+摻雜區，第二N+摻雜區和第二P+摻雜區通過接觸孔引出并連接在一起，作為器件的陰極，所述的靜電放電防護SCR結構由所述P+摻雜區，所述N型阱，所述N型掩埋層，所述P型阱，和所述N+摻雜區所組成。

N型掩埋層增加了N阱的面積，故增加了N阱電阻，從而進一步增加維持電壓；另一方面，這個N型掩埋層還可以降低P型襯底的濃度，使更多的電流通過這個N型掩埋層，增加了ESD的魯棒性。

本發明的ESD防護結構一方面具有良好的ESD防護能力，另一方面，又可以免除低維持電壓所可能發生的閂鎖效應。

附圖說明

圖1為傳統的SCR結構的剖面示意圖；

圖2為圖1所示的傳統SCR結構的等效電路圖；

圖3為圖1所示的傳統SCR結構的伏安特性圖；

圖4為本發明的ESD防護結構的剖面示意圖；

附圖符號、標號說明：

10、50～P型襯底

11、51～N阱區域

12、52～P阱區域

13、15、53、55～N+摻雜區

14、16、54、56～P+摻雜區

58～N型掩埋層

具體實施方式

圖1為傳統的側向SCR的剖面示意圖。這是一個制造在P型襯底10上雙阱器件，在襯底10上的是N型阱11和P型阱12，N型阱11通過N+摻雜區13與P+摻雜區14相連接，作為SCR的陽極，P型阱12通過N+摻雜區15與P+摻雜區16相連接，作為SCR的陰極；P+摻雜區14，N型阱11，P型阱12，以及N+摻雜區15構成了PNPN的結構。