[發明專利]一種具有高維持電壓的SCR結構及其制作方法

無效

• 申請號: 201410017808.0
• 申請日: 2014-01-16
• 公開（公告）號: CN103730461A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 金湘亮;周阿鋮;汪洋
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L29/06;H01L21/822
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 顏昌偉

技術領域

本發明屬于電子技術半導體集成電路領域，特別涉及一種具有高維持電壓的SCR結構及其制作方法。

背景技術

ESD（Electro-Static?Discharge）即“靜電放電”。當帶了靜電荷的物體跟其他物體接觸時，這兩個具有不同電位的物體依據電荷中和的原則，存在著電荷流動，傳送足夠的電量以抵消電壓。這個高速電量的傳送過程中，將產生潛在的破壞電壓、電流及電磁場，嚴重時將其中的物體擊毀，這就是靜電放電。ESD是當今MOS集成電路中最重要的可靠性問題之一。據統計IC失效(包括功能失效和潛在損傷)約40％跟ESD/EOS(Electrical?Over?Stress)有關。隨著集成電路設計步入深亞微米時代，芯片內ESD保護設計面臨許多更加復雜、更加難以預料的問題。目前隨著器件尺寸的減小和集成電路復雜程度的提高，尋求到占用芯片面積小且泄放效率高的靜電防護器件成為了擺在IC設計工程師面前的新的任務和挑戰。

晶閘管，又叫可控硅(Silicon?controlled?rectifier--SCR)，單位面積能夠承受很高的ESD電流，作為一種常用的ESD防護器件，具有魯棒性強、寄生電容小等優點，但是卻受限于它本身過高的觸發電壓和過低的維持電壓。二者將使得內部電路得不到有效的保護并且容易引發閂鎖問題。尤其是維持電壓過低使得電源軌箝位ESD器件的設計不能采用SCR器件，否則會影響芯片內部被保護的電路的功能和安全。設計時應當使得SCR的維持電壓高于電源電壓才能克服閂鎖問題。

傳統SCR?ESD保護結構的剖面圖及等效電路如圖1。典型的CMOS工藝下SCR中有三個串接的PN結（P+/N-well、N-well/P-well、P-well/N+）。當外加正向電壓較小時，P+-NW結和PW-N+結均為零偏，NW-PW結反偏，SCR處于關斷的狀態。此時類似于二極管的反向特性，只能通過較小的電流；若外加電壓增大到使NW-PW結上的壓降到達雪崩擊穿電壓，NW-PW結發生雪崩擊穿。擊穿電流流經襯底和阱的寄生串聯電阻產生的壓降，使P+-NW結和PW-N+結由零偏變為正偏，此刻SCR被觸發進入導通階段，開始泄放ESD電流。內阻的減小導致了SCR電壓的下降，表現為負阻效應。SCR的觸發對應兩個等效雙極晶體管都進入正向導通，它們構成的正反饋結構使電流反復放大，不斷增加；最終，兩個晶體管進入飽和區，SCR的三個結均變為正偏。在這一過程中，SCR始終開啟，內阻保持較小的值，因此電壓仍維持在很低的水平。當電流最終增大到使器件熱失效時，當電流最終增大到使器件熱失效時，發生二次擊穿，這時SCR?ESD器件就徹底失效。

發明內容

為了解決SCR作為靜電防護器件時維持電壓過低的技術問題，本發明提供一種具有高維持電壓的SCR結構及其制作方法。采用環形的陰極（陽極）保護環不僅能夠增加改善維持電壓的ESD電流泄放路徑，也提高了寄生BJT晶體管的基極有效面積，同時環形的形狀增大了發射極的擴散系數D_E，從而通過晶體管電流放大系數的影響，抬高SCR結構的維持電壓。

本發明解決上述技術問題的解決方案是：一種具有高維持電壓的SCR結構，包括P型襯底，P型襯底上設有N阱和P阱，所述P阱上設有條形第一N+注入區，第一N+注入區的周邊設有環狀的第一P+注入區，第一N+注入區與第一P+注入區之間設有第三場氧隔離區，所述N阱上設有并列的第二N+注入區、第二P+注入區，第二N+注入區與P型襯底之間設有第一場氧隔離區，第二P+注入區與第一P+注入區之間設有第二場氧隔離區，第一P+注入區之間與P型襯底之間設有第四場氧隔離區。

一種具有高維持電壓的SCR結構，包括P型襯底，P型襯底上設有N阱和P阱，所述N阱上設有條形第一P+注入區，第一P+注入區的周邊設有環狀的第一N+注入區，第一P+注入區與第一N+注入區之間設有第二場氧隔離區，所述P阱上設有并列的第二P+注入區、第二N+注入區，第一N+注入區與P型襯底之間設有第一場氧隔離區，第二N+注入區與第一N+注入區之間設有第三場氧隔離區，第二P+注入區與P型襯底之間設有第四場氧隔離區。

一種具有高維持電壓的SCR結構的制作方法，包括以下步驟：

在P襯底上注入形成相鄰的N阱和P阱；

在P阱內形成環狀的第一P+注入區，第一P+注入區環形內部形成條狀的第一N+注入區，第一P+注入區與第一N+注入區之間形成場氧隔離層；

在N阱內形成相鄰的第二N+注入區、第二P+注入區；

在N阱和P阱之中未進行注入的區域形成場氧隔離層；