[發明專利]一種ESD器件

無效

• 申請號: 201010123662.X
• 申請日: 2010-03-12
• 公開（公告）號: CN101800246A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 張昊
• 申請（專利權）人: 上海宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L23/60
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，尤其涉及一種可減小器件尺寸的ESD器件。

背景技術

隨著集成電路制造工藝水平進入集成電路線寬的深亞微米時代，集成電路中的MOS元件都采用LDD結構(Lightly?Doped?Drain)，并且硅化物工藝已廣泛應用于MOS元件的擴散層上，同時為了降低柵極多晶的擴散串聯電阻，采用了多晶化合物的制造工藝。此外隨著集成電路元件的縮小，MOS元件的柵極氧化層厚度越來越薄，這些制造工藝的改進可大幅度提高集成電路內部的運算速度，并可提高電路的集成度。但是這些工藝的改進帶來了一個很大的弊端，即深亞微米集成電路更容易遭受到靜電沖擊而失效，從而造成產品的可靠性下降。

靜電在芯片的制造、封裝、測試和使用過程中無處不在，積累的靜電荷以幾安培或幾十安培的電流在納秒到微秒的時間里釋放，瞬間功率高達幾百千瓦，放電能量可達毫焦耳，對芯片的摧毀強度極大。所以芯片設計中靜電保護模塊的設計直接關系到芯片的功能穩定性，極為重要。隨著工藝的發展，器件特征尺寸逐漸變小，柵氧也成比例縮小。二氧化硅的介電強度近似為8×10⁶V/cm，因此厚度為10nm的柵氧擊穿電壓約為8V左右，盡管該擊穿電壓比3.3V的電源電壓要高一倍多，但是各種因素造成的靜電，一般其峰值電壓遠超過8V；而且隨著多晶硅金屬化(Polyside)、擴散區金屬化(Silicide)、多晶硅與擴散區均金屬化(Salicid)等新工藝的使用，器件的寄生電阻減小，ESD保護能力大大減弱。

ESD是指靜電放電(Electrostatic?Discharge，簡稱ESD)，因ESD產生的原因及其對集成電路放電的方式不同，表征ESD現象通常有4種模型：人體模型HBM(Human?Body?Model)、機器模型MM(Machine?Model)和帶電器件模型CDM(charged?Device?Model)和電場感應模型FIM(Field?Induced?Model)。HBM放電過程會在幾百納秒內產生數安培的瞬間放電電流；MM放電的過程更短，在幾納秒到幾十納秒之內會有數安培的瞬間放電電流產生。CDM放電過程更短，對芯片的危害最嚴重，在幾納秒的時問內電流達到十幾安培。

ESD引起的失效原因主要有2種：熱失效和電失效。局部電流集中而產生的大量的熱，使器件局部金屬互連線熔化或芯片出現熱斑，從而引起二次擊穿，稱為熱失效，加在柵氧化物上的電壓形成的電場強度大于其介電強度，導致介質擊穿或表面擊穿，稱為電失效。ESD引起的失效有3種失效模式，分別是：硬失效、軟失效以及潛在失效，所謂硬失效是指物質損傷或毀壞，所謂軟失效是指邏輯功能的臨時改變，所謂潛在失效是指時間依賴性失效。

為了防止集成電路產品因ESD而造成失效，集成電路產品通常必須使用具有高性能、高耐受力的ESD保護器件。MOS管作為ESD防護器件廣泛被業界采用，為了提高ESD性能，目前采取的辦法是增加ESD注入(ESD?implant)及金屬硅化物阻擋層SAB/SB(Salicide?Blocking)等方法。ESD?implant可以選擇摻雜類型，常用的元素有硼(Boron)和砷(Arsenic)或磷(Phosphorus)。硼為受主雜質P⁺，砷和磷為施主雜質N⁺。某些代工廠只提供摻硼元素的ESD?implant，所以又稱為PESD。SAB工藝增加一張掩模版定義Salicide區域，然后通過濺射鈷(cobalt)與硅(silicon)界面反應，形成金屬化區域。這樣，有SAB阻擋的區域就沒有金屬化而保持高阻狀態，靜電放電時經過大電阻時產生大的壓降，同時電流減小，達到提高ESD的保護能力。

現有的ESD器件的版圖及結構示意圖請參考圖1以及圖2，其中圖1為現有的ESD器件的版圖示意圖，圖2為現有的ESD器件的結構示意圖，如圖1至圖2所示，該ESD器件為制作在P阱100中的NMOS器件，在N⁺摻雜形成源區101及漏區103后進行了PESD摻雜，形成ESD區域104，并且在柵極101多晶硅及擴散區金屬化時，增加一張掩模版定義SAB區域105。為了提高該ESD器件的抗靜電能力，通常需要增加SAB區域105的寬度X來獲得高的電阻，從而可以承受高的靜電。但是SAB區域105的寬度X太大會造成器件面積太大，器件面積的增加增大了IC設計的成本。

因此，如何獲得一種器件面積小、抗靜電能力強的ESD器件已成為業界亟待解決的技術問題。

發明內容