[發明專利]一種硅控整流器及其制造方法

在審

• 申請號: 202011094759.2
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112510033A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 朱天志;黃冠群;陳昊瑜;邵華
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L21/8228
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 焦天雷

本發明公開了一種硅控整流器包括：N阱和P阱形成于P型半導體襯底上；第一高濃度P型摻雜區和第一高濃度N型摻雜區形成于N阱上；第二高濃度N型摻雜區和第二高濃度P型摻雜形成于P阱上；第三高濃度P型摻雜區形成于N阱和P阱分界處上方，且與第二高濃度N型摻雜區鄰接,第三高濃度P型摻雜區上表面形成有非金屬硅化層；第一高濃度P型摻雜區和第一高濃度N型摻雜區之間形成有第一寬度的N阱，第一高濃度N型摻雜區和第三高濃度P型摻雜區之間形成有第二寬度的N阱，第一高濃度N型摻雜區寬度為第三寬度，第三高濃度P型摻雜區寬度為第四寬度。本發明還公開了一種硅控整流器制造方法。本發明降低了寄生NPN三極管的電流增益,進而能減小實現無回滯效應所需保護環寬度，因此能節省版圖面積。

技術領域

本發明涉及集成電路生產制造領域，特別是涉及一種無回滯效應硅控整流器。本發明還涉及一種無回滯效應硅控整流器的制造方法。

背景技術

高壓電路的防靜電保護設計一直是一個技術難題，這是因為構成高壓電路的核心：高壓器件(例如LDMOS)本身不像普通的低壓器件適用于防靜電保護設計，因為高壓器件的回滯效應曲線所表現出來的特性很差。如圖1所示，從常規高壓器件回滯效應曲線可以得出以下缺陷：

1)維持電壓(Vh)過低，往往大大低于高壓電路的工作電壓，高壓電路正常工作時容易導致閂鎖效應；

2)二次擊穿電流(熱擊穿電流,It2)過低，這是因為LDMOS在泄放ESD電流時因為器件結構特性發生局部電流擁堵(Localized Current Crowding)所致。

因而工業界在解決高壓電路防靜電保護設計的時候，往往采用兩種思路來實現：

1)對用于防靜電保護模塊的高壓器件結構進行調整，優化其回滯效應曲線，使之適用于防靜電保護設計，但往往因為高壓器件本身的結構特性的原因實踐起來比較困難；

2)用一定數量的低壓防靜電保護器件串聯起來構成能承受高壓的防靜電保護電路。因為低壓防靜電保護器件的特性相對容易調整和控制，所以工業界特別是集成電路設計公司往往比較喜歡用一定數量的低壓防靜電保護器件串聯的方法。

因為高壓電路防靜電保護設計窗口的需要，這就對低壓防靜電保護器件的回滯效應特性有一定的要求，往往要求其回滯效應窗口越小越好，最好沒有回滯效應，也就是回滯效應的維持電壓和觸發電壓基本保持一致。低壓PMOS器件是一種常見的無回滯效應靜電防護器件，因為其發生回滯效應時的寄生PNP三極管電流增益比較小，但低壓PMOS器件的不足之處是其回滯效應的二次擊穿電流(It2)比較小,所以工業界紛紛研究開發一種既沒有回滯效應又具有較高的二次擊穿電流的防靜電保護器件。

工業界于2015年提出新型的無回滯效應硅控整流器(No-Snapback SCR),如圖2所示，該新型無回滯效應硅控整流器的實驗數據表明，當N+(28)和P+(22)的尺寸(D2)達到一定程度(4um)時，該新型硅控整流器表現出無回滯效應的特性，如圖3所示，非常適合低壓器件多級串聯用于高壓電路防靜電保護設計的需要。但該新型無回滯效應硅控整流器的缺點是器件尺寸比較大，特別是在需要多級串聯的時候，版圖面積比較大。

中國專利號：CN108183101B公開了一種新型硅控整流器，如圖4所示，其將原先浮接的N+28與陽極直接相連，這使得N+28降低空穴從P+20注入到N阱(N_Well60)并達到N阱/P阱界面的幾率進一步降低，也就是N+28其作為保護環的效率進一步提升，所以N+28的寬度可以設計更小，節省版圖面積；另外N+28兼具N阱(N_Well60)接出點(Pickup)的作用,所以可以進一步將如圖2中的已存在的無回滯效應硅控整流器中的N阱接出點(N+30)去除，進一步節省版圖面積。雖然該方案進一步節省了版圖面積，但隨著器件小型化的趨勢，提出了更高的版圖面積要求硅控整流器的版圖面積有進一步縮小的技術需求。

發明內容