一种用于esd保护的快速开启的scr器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于集成电路的静电放电(ESD)保护技术领域，尤其涉及一种用于ESD保护的快速开启的SCR器件，用于提高片上1C的ESD保护的可靠性。
【背景技术】
[0002]静电放电(Electrostatic Discharge, ESD)现象是指有限的电荷在两个近距离并具有不同静电势的物体之间发生转移的事件。集成电路的静电放电现象特指芯片在不上电的情况下，大量电荷从外部或内部经由芯片内部电路泄放的瞬时过程；由于ESD泄放脉冲瞬时、高峰值的特点，会在芯片内部产生大量焦耳热，从而造成集成电路芯片失效问题。
[0003]娃控整流器(Silicon control Rectifier, SCR)由于其能够在最小的面积下实现最高的静电放电鲁棒性而成为最有效的ESD保护器件；然而，作为ESD保护器件的SCR存在开启速度慢的缺点。随着工艺水平的不断提高，栅氧化层的厚度越来越薄，栅氧化层的击穿电压随之下降；因此，在遇到ESD事件，特别是在快速充电器件模式(Charged-DeviceModel, CDM)下，为了保护薄栅氧化层不致遭受到致命的损伤或破坏，必须减小ESD保护器件SCR的开启时间。
[0004]目前，现有的基本的SCR器件结构及其等效电路图如图1所示，该SCR器件结构包括:
[0005]p型硅衬底110;
[0006]所述p型硅衬底110上形成阱区，所述阱区包括一个η型阱区120和一个ρ型阱区130，所述阱区120邻接所述阱区130 ;
[0007]所述η型阱区120内设有η型重掺杂区111，浅槽隔离区102和ρ型重掺杂区112，且所述η型重掺杂区111和ρ型重掺杂区112与阳极相连；
[0008]所述ρ型阱区130内设有η型重掺杂区113，浅槽隔离区104和ρ型重掺杂区114，且η型重掺杂区113和ρ型重掺杂区114与阴极相连；
[0009]所述ρ型硅衬底110和η型阱区120之间跨接浅槽隔离区101 ;
[0010]所述η型阱区120和ρ型阱区130之间跨接浅槽隔离区103 ;
[0011]所述ρ型阱区130和ρ型硅衬底110之间跨接浅槽隔离区105。
[0012]如图2所示为上述SCR器件沿图1所示的虚线ΑΑ’的η型阱区120和ρ型阱区130的掺杂浓度分布，其中η型阱区120的掺杂浓度均匀分布，ρ型阱区130的掺杂浓度均勾分布。
[0013]从该SCR器件的等效电路图能够看到，该SCR器件是由一个寄生的ρηρ晶体管和一个寄生的ηρη晶体管构成；其中，ρ型重掺杂区112、η型阱区120、ρ型阱区130和ρ型重掺杂区114构成一个ρηρ晶体管，η型重掺杂区113、ρ型阱区130、η型阱区120和η型重掺杂区111形成一个ηρη晶体管，R_nw为η型讲区120电阻，R_pw为ρ型讲区130电阻。当ESD事件来临时，η型阱区和ρ型阱区所构成的ρη结反偏；当该反偏电压大于该ρη结的雪崩击穿电压就会产生大量的电子空穴对，电子电流流过η型阱区120并在R_nw上产生压降，使P型重掺杂区112和η型阱区120形成的ρη结正偏，即寄生ρηρ管的发射结正偏；随着ρηρ管开启，ρηρ管的集电极电流流过ρ型讲区130电阻R_pw，使η型重掺杂区113和ρ型讲区130形成的ρη结正偏，即ηρη管中的发射结正偏，使ηρη管开启；之后，ρηρ管的集电极电流为ηρη管提供基极电流，且ηρη管的集电极电流为ρηρ管提供基极电流，在寄生ρηρ管与ηρη管之间产生正反馈机制，SCR导通。
[0014]上述的SCR器件的开启过程需要寄生ηρη和ρηρ晶体管首先开启，因此所述器件的开启时间由两个寄生晶体管的开启时间决定；而双极型晶体管的开启时间与该晶体管的基区少数载流子的基区渡越时间密切相关；因此，本发明提供一种用于ESD保护的快速开启的SCR器件，通过减小寄生晶体管的基区渡越时间来提高SCR器件的开启速度。
【发明内容】
[0015]本发明的目的在于针对SCR器件开启速度慢的问题提供一种新型的SCR结构，该SCR结构通过改变SCR器件的寄生晶体管的基区掺杂浓度的横向分布，在寄生ρηρ和/或寄生ηρη晶体管的基区内引入少数载流子的加速电场，加速该区少数载流子的扩散运动，以减小该少数载流子的基区渡越时间，最终减少SCR器件的开启时间，提高其开启速度。
[0016]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种用于ESD保护的快速开启的SCR器件，包括:第一种导电类型硅衬底，所述硅衬底上形成阱区，所述阱区包括一个第二种导电类型阱区和一个第一种导电类型阱区，所述两个阱区相邻接，所述第二种导电类型阱区、第一种导电类型阱区内分别设有第二种导电类型重掺杂区，浅槽隔离区和第一种导电类型重掺杂区；其特征在于，所述第二种导电类型阱区和第一种导电类型阱区内掺杂浓度变化分布，沿着指向两阱区邻接处方向逐渐减小。
[0017]进一步的，所述第二种导电类型阱区由多个第二种导电类型子阱区重叠构成，其中至少一个第二种导电类型子阱区内掺杂浓度变化分布，沿着指向两阱区邻接处方向逐渐减小；所述第一种导电类型阱区由多个第一种导电类型子阱区重叠构成，其中至少一个第一种导电类型子阱区内掺杂浓度变化分布，沿着指向两阱区邻接处方向逐渐减小。
[0018]从原理上讲，本发明提供SCR结构同样由一个寄生的ρηρ晶体管和一个寄生的ηρη晶体管构成，其等效电路图与图1所示的SCR器件的等效电路相同，且工作原理相同。所述SCR结构中η型阱区和ρ型阱区内掺杂浓度变化分布，沿着指向η型阱区和ρ型阱区邻接处方向逐渐减小。η型阱区在室温下杂质全电离，此时η型阱区内有不能移动的带正电的电离受主杂质和可以移动的带负电的电子，且两者的浓度分布一致；因此，电子浓度分布存在浓度梯度，在该浓度梯度的作用下，电子会从高浓度的区域向低浓度的区域做扩散运动，而电离杂质不能移动，则在η型阱区内带负电的电子浓度和带正电的电离杂质浓度之差发生变化，电荷在空间上分离了。在η型阱区远离邻接处的一侧，带负电的电子浓度小于带正电的电离杂质浓度，该区域带正电；在11型阱区邻接处一侧，带负电的电子浓度大于带正电的电离杂质浓度，该区域带负电；从而在η型阱区内形成了从远离邻接处的一侧指向邻接处一侧的电场。在该电场的作用下，寄生ρηρ晶体管的基区少数载流子空穴做从远离邻接处的一侧指向邻接处一侧的漂移运动，漂移运动的方向与原有的扩散运动的方向一致；因此，在变化的掺杂浓度分布下，η型阱区内形成了少数载流子的加速场，在该加速场的作用下，少数载流子既做扩散运动又做漂移运动，基区渡越时间减小，SCR器件的开启速度加快。所述P型阱区内同理适用。
[0019]综上，本发明提供的SCR结构通过改变器件内阱区的横向掺杂浓度分布，在寄生ρηρ和/或寄生ηρη的基区内引入少数载流子的加速电场，减小相应少数载流子的基区渡越时间，最终减少SCR器件的开启时间，提高其开启速度。
【附图说明】
[0020]图1是现有的SCR器件的结构示意图和等效电路图。
[0021]图2是图1所示SCR结构沿虚线ΑΑ’的掺杂浓度分布示意图。
[0022]图3是实施例1提供的新型的SCR器件结构及其沿虚线ΒΒ’的掺杂浓度分布示意图。
[0023]图4是实施例1中用于实现本发明SCR结构的一种条状版图。
[0024]图5是实施例1中用于实现本发明SCR结构的一种孔状版图。
[0025]图6是实施例2中采用两层同种导电类型的掺杂过程来实现的本发明SCR结构示意图。
[0026]图7是实施例1中用于实现本发明SCR结构的一种梯形状版图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0028]实施例1
[0029]本实施例中一种用于ESD保护的快速开启的SCR器件，如图3所示，包括:
[0030]ρ型硅衬底210 ；
[0031]所述ρ型硅衬底210上形成阱区，所述阱区包括一个η型阱区220和一个ρ型阱区230，所述η型阱区220邻接所述ρ型阱区230 ;
[0032]所述η型阱区220内设有η型重掺杂区211，