[發明專利]靜電放電保護電路及其制作方法

有效

• 申請號: 201210530228.2
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103872039A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 甘正浩;馮軍宏
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L23/38;H01L21/82
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術領域

本發明涉及集成電路制造領域，特別涉及一種靜電放電保護電路及其制作方法。

背景技術

在集成電路（IC）芯片制造和最終應用系統中，隨著超大規模集成電路工藝技術的不斷提高，目前互補型金屬氧化物半導體管（CMOS）集成電路已經進入了超深亞微米階段，MOS器件的尺寸不斷縮小，靜電放電（Electrostatic?Discharge，ESD）對集成電路的危害變得越來越顯著。據統計，集成電路失效的產品中有35%是由于ESD問題所引起的。因此，對集成電路進行ESD保護設計也變得尤為重要。

當使用器件對集成電路進行ESD保護時，常用的器件為柵極接地NMOS管（GGNMOS）、可控硅（Silicon?Controlled?Rectifier，SCR）、二極管等。其中由于GGNMOS與集成電路CMOS工藝很好的兼容性，而被廣泛采用。圖1為現有的用于ESD保護電路的GGNMOS器件半導體結構圖。圖2為與圖1相對應的用于ESD保護電路的GGNMOS器件等效電路圖。如圖1和圖2所示，該GGNMOS器件包括P型襯底100；位于P型襯底100表面的柵極101；分別位于柵極101兩側襯底內、摻雜類型為N型的源極102和漏極103。在上述GGNMOS器件內包括一個由源極102和漏極103，以及兩者之間的襯底100構成的寄生NPN三極管。其中，漏極103作為集電極、源極102作為發射極、襯底100作為基極。將P型襯底100、源極102和柵極101均連接至地線GND，而將漏極103連接至電源線VDD和芯片電路的輸入/輸出端（I/O）。由于柵極101和P型襯底100接地，GGNMOS器件始終無法開啟形成導電溝道。當電源線VDD上的電位位于正常的工作狀態時，GGNMOS器件關閉，且其中的寄生NPN三極管也不會導通；當電源線VDD上受到ESD靜電脈沖而導致瞬時電位過高時，將觸發GGNMOS器件內寄生NPN三極管產生電流，使得電源線VDD和地線GND之間導通，ESD靜電脈沖產生的瞬間大電流將迅速通過上述寄生NPN三極管流走，從而達到保護內部電路受到ESD靜電沖擊的目的。當ESD靜電脈沖消失以后，上述寄生NPN三極管關閉，對被保護的內部電路的正常工作不會造成影響。

需要注意的是，當GGNMOS在瞬間通過大的電流時，會產生大量的熱量而將GGNMOS燒壞，使其失去ESD保護能力，因此，如何延長GGNMOS的工作壽命，更好地保護電路，成為需要解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種靜電放電保護電路及其制作方法，能夠延長ESD保護器件的工作壽命。

本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明提供了一種靜電放電保護電路，包括位于半導體襯底上的柵極接地N型金屬氧化物半導體GGNMOS晶體管，所述GGNMOS晶體管的漏極連接芯片電路的輸入/輸出端，源極和柵極以及半導體襯底均接地；該電路還包括位于所述GGNMOS晶體管附近，用于吸收所述GGNMOS晶體管產生的熱量的珀耳帖冷卻元件。

所述珀耳帖冷卻元件為熱電偶，該熱電偶包括N摻雜部分和P摻雜部分，以及連接N摻雜部分和P摻雜部分的金屬，在N摻雜部分的未與金屬連接的一端具有第一接觸電極，在P摻雜部分的未與金屬連接的一端具有第二接觸電極。

所述珀耳帖冷卻元件與所述GGNMOS晶體管并聯，所述第一接觸電極與GGNMOS晶體管的漏極連接，所述第二接觸電極與地連接。

所述第一接觸電極與GGNMOS晶體管的漏極連接，所述第二接觸電極與芯片電路連接。

所述GGNMOS晶體管為多指并聯的GGNMOS晶體管。

所述連接N摻雜部分和P摻雜部分的金屬為銅或者鋁。

本發明還提供了一種靜電放電保護電路的制作方法，該方法包括：

提供一柵極接地N型金屬氧化物半導體GGNMOS晶體管，所述GGNMOS晶體管至少包括位于半導體襯底表面的柵極，柵極兩側襯底內、摻雜類型為N型的源極和漏極；在形成所述源極和漏極的同時，在半導體襯底內的冗余區域形成珀耳帖冷卻元件的N摻雜部分和P摻雜部分；

在GGNMOS晶體管表面形成金屬間互連層，所述金屬間互連層內具有填充有金屬的連接孔；