[發(fā)明專(zhuān)利]一種增強(qiáng)型高魯棒性可控硅靜電防護(hù)器件及其制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211588672.X
• 申請(qǐng)日: 2022-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115763475A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董鵬;曾志文;駱生輝;李幸;黃昭;李忠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南靜芯微電子技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L27/02
• 分類(lèi)號(hào): H01L27/02;H01L21/332;H01L29/74;H01L29/06
• 代理公司: 深圳市沈合專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 44373
• 代理人: 沈祖鋒

本發(fā)明公開(kāi)一種增強(qiáng)型高魯棒性可控硅靜電防護(hù)器件及其制作方法，包括P型襯底、兩個(gè)N阱、和P阱；由于P阱和右側(cè)N阱兩側(cè)的濃度較高，雪崩擊穿容易發(fā)生在該區(qū)域，通過(guò)該設(shè)計(jì)引導(dǎo)雪崩電流，優(yōu)化器件的放電路徑；P型襯底上方兩個(gè)N阱和一個(gè)P阱，左側(cè)N阱第一N+注入?yún)^(qū)作為器件的陰極，第二P+注入?yún)^(qū)和P阱中的第三P+注入?yún)^(qū)電極連接在一起引導(dǎo)電流，第二N+注入?yún)^(qū)跨接在N阱和P阱上方，最右側(cè)第三P+注入?yún)^(qū)作為器件的陽(yáng)極。該器件在降低導(dǎo)通電阻和觸發(fā)電壓的情況下，增加不同的靜電放電泄放路徑提高維持電壓和失效電流，有效保護(hù)核心電路，遠(yuǎn)離閂鎖風(fēng)險(xiǎn)并提高芯片的ESD防護(hù)等級(jí)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及靜電防護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種增強(qiáng)型高魯棒性可控硅靜電防護(hù)器件及其制作方法。

背景技術(shù)

靜電放電(electro static discharge，ESD)是自然界中非常常見(jiàn)的現(xiàn)象，是兩個(gè)帶電物體之間出現(xiàn)瞬間的電荷轉(zhuǎn)移。通過(guò)摩擦或是靜電感應(yīng)都會(huì)使物體帶上靜電荷，當(dāng)兩個(gè)帶有不同電勢(shì)的物體相互靠近導(dǎo)致電介質(zhì)擊穿或是直接相互接觸，就會(huì)發(fā)生靜電放電現(xiàn)象，經(jīng)常還伴隨有可見(jiàn)的電火花。在氣候干燥的季節(jié)，拉門(mén)把手、開(kāi)水龍頭經(jīng)常會(huì)有電火花跳到手上；與別人接觸時(shí)，也很可能會(huì)有電擊感覺(jué)，影響人們的日常生活。靜電放電也會(huì)對(duì)很多重要產(chǎn)業(yè)造成危害，如在石油工業(yè)中，靜電放電產(chǎn)生的電火花會(huì)使得含有汽油或煤油蒸汽的空氣燃燒爆炸；在煤礦礦井中，一旦發(fā)生電火花放電就會(huì)引發(fā)瓦斯爆炸。

電子產(chǎn)品也經(jīng)常會(huì)碰到靜電放電現(xiàn)象，從芯片制造到生產(chǎn)組裝，從產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)饺粘Ｊ褂茫陔娮赢a(chǎn)品的整個(gè)生命周期過(guò)程中都伴隨有靜電放電現(xiàn)象的發(fā)生。對(duì)電子產(chǎn)品而言，任何的靜電現(xiàn)象都有可能造成損傷。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，電子產(chǎn)品失效有超過(guò)三分之一是由ESD/EOS(Electrical Overstress，電過(guò)載)問(wèn)題引起的，無(wú)論是對(duì)于電子產(chǎn)品制造商還是消費(fèi)者而言代價(jià)都很高。

ESD引起失效的模式分別有硬失效、軟失效、潛在失效。而引起這些失效的原因又可以分為電失效以及熱失效。其中熱失效指的是當(dāng)ESD脈沖來(lái)臨的時(shí)候，在芯片局部產(chǎn)生了幾安培至幾十安培的電流，持續(xù)時(shí)間短但是會(huì)產(chǎn)生大量的熱量使得局部的金屬連線(xiàn)熔化或者會(huì)使得芯片產(chǎn)生熱斑，從而導(dǎo)致了二次擊穿。電失效指的是加在柵氧化層的電壓形成的電場(chǎng)強(qiáng)度大于了介電強(qiáng)度，使得表面產(chǎn)生擊穿或者是介質(zhì)的擊穿。由于ESD對(duì)芯片造成的威脅越來(lái)越嚴(yán)重，其物理機(jī)制研究越來(lái)越受到重視。

傳統(tǒng)單向可控硅器件與其其他ESD器件相比，其自身具有雙電導(dǎo)調(diào)制機(jī)構(gòu)，單位面積泄放效率高，單位寄生電容小，魯棒性最好。

傳統(tǒng)單向低觸發(fā)電壓可控硅靜電防護(hù)器件的剖面圖見(jiàn)圖1，其等效電路圖見(jiàn)圖2。當(dāng)ESD脈沖加在單向低觸發(fā)電壓可控硅陽(yáng)極時(shí)，N阱與P阱形成反偏PN結(jié)。當(dāng)這個(gè)脈沖電壓高于這個(gè)PN結(jié)的雪崩擊穿電壓的時(shí)候，器件的內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生大量的雪崩電流，電流流經(jīng)P阱，通過(guò)寄生電阻流向陰極。P阱的寄生電阻兩端壓降相當(dāng)于三極管NPN的基極壓降，當(dāng)這個(gè)電壓高于NPN三極管的正向的導(dǎo)通電壓的時(shí)候，此三極管開(kāi)啟。此三極管開(kāi)通后，為PNP三極管提供基極電流，PNP三極管也開(kāi)啟后，形成一種正反饋機(jī)制，使SCR路徑完全開(kāi)啟。所以就算之后沒(méi)有雪崩電流，由于SCR路徑開(kāi)啟，也可以泄放大電流。單向低觸發(fā)電壓可控硅能夠?yàn)楣ぷ餍盘?hào)正電壓的電路提供靜電防護(hù)。但是由于其觸發(fā)電壓高，維持電壓低容易造成閂鎖，需要在設(shè)計(jì)的時(shí)候重點(diǎn)考慮。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種增強(qiáng)型高魯棒性可控硅靜電防護(hù)器件及其制作方法并應(yīng)用于0到5V工作電壓的模擬開(kāi)關(guān)芯片ESD防護(hù)設(shè)計(jì)。

本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：