一种基于scr结构的新型esd保护器件的制作方法
【专利摘要】一种基于SCR结构的新型ESD保护器件，可用于片上ICESD保护电路。保护器件主要由P型衬底，第一N型阱，第一P型阱，第二N型阱，第一N+注入区，第一P+注入区，第二N+注入区，第三N+注入区,第二P+注入区，第四N+注入区，第三P+注入区，第五N+注入区和若干场氧隔离区构成；该类型保护器件通过一定的连接方式连接。有别于两个SCR的串联或并联，该类型保护器件在ESD脉冲作用下，当达到单个改进型SCR结构的开启电压后，内部会形成两条通路，其中一条为普通SCR通路，另一条为改进型SCR加上正向二极管通路，该器件中的两条通路互作负反馈，提高整个器件在ESD事件来临时的维持电压，避免闩锁效应。
【专利说明】—种基于SCR结构的新型ESD保护器件
【技术领域】
[0001]本发明属于集成电路静电放电(ESD-Electrostatic Discharge)保护领域,涉及一种基于SCR结构的新型ESD保护器件。
【背景技术】
[0002]静电放电(ESD)现象广泛存在于自然界中，它也是引起集成电路产品失效的重要原因之一。集成电路产品在其生产制造以及装配过程中很容易受到静电放电的影响，造成产品的可靠性降低，甚至损坏。因此，研究可靠性高和静电防护性能强的静电放电防护器件和防护电路对提高集成电路的成品率和可靠性具有不可忽视的作用。
[0003]根据静电放电产生的原因及其对集成电路放电方式的不同，静电放电通常分为以下四种模式:HBM (人体放电模式)，丽(机器放电模式)，CDM (组件充电放电模式)，FIM (电场感应模式)。其中，HBM和MM模式是最常见的也是工业界最为关心的两种静电放电模式。当集成电路发生静电放电现象时，大量电荷瞬间流入芯片的引脚，这些电路产生的电流通常可大几个安培大小，在该引脚处产生的电压高达几伏甚至几十伏。较大的电流和较高的电压会造成芯片内部电路的损害和器件的击穿，从而导致电路功能的失效。因此，为了防止芯片遭受到ESD的损伤，就需要对芯片的每个引脚都要进行有效的ESD防护。通常，ESD保护器件的设计需要考虑两个方面的问题:一是ESD保护器件要能够泄放大电流；二是ESD保护器件要能在芯片受到ESD冲击时将芯片引脚端电压钳位在安全的低电压水平。
[0004]通常用作ESD保护的器件有二极管、GGNMOS (栅接地的NM0S)、SCR (可控硅)等。但是，在某些特殊电路和特殊应用中，需要ESD保护器件的击穿电压较高，电流泄放能力较强，同时还需要提高ESD器件的维持电压，避免闩锁效应。本发明提供了一种新的技术方案，可以提供高维持电压的ESD器件，避免闩锁效应的发生。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于SCR结构的新型ESD保护器件，解决了现有的ESD器件受较大的电流和较高的电压会造成芯片内部电路的损害和器件击穿的问题。
[0006]本发明所采用的技术方案是一种基于SCR结构的新型ESD保护器件，其特征在于，包括P型衬底，P型衬底内设有第一 N型阱、第一 P型阱和第二 N型阱，第一 P型阱位于第一N型阱和第二N型阱之间；
[0007]第一 N型阱内注有第一 N+注入区、第一 P+注入区；
[0008]第一 P型阱内注有第三N+注入区、第二 P+注入区和第四N+注入区；
[0009]第二 N型阱内注有第三P+注入区和第五N+注入区；
[0010]第一 N型阱与第一 P型阱之间跨接有第二 N+注入区；
[0011]第一 N+注入区和P型衬底边缘之间、第一 N+注入区和第一 P+注入区之间、第一P+注入区和第二 N+注入区之间、第二 N+注入区和第三N+注入区之间、第三N+注入区和第二 P+注入区之间、第二 P+注入区和第四N+注入区之间、第四N+注入区和第三P+注入区之间、第三P+注入区和第五N+注入区之间、第五N+注入区和P型衬底边缘之间均由氧化隔离层相隔；
[0012]第三N+注入区、第二 P+注入区和第四N+注入区共同引出一个器件端口，作为器件阴极；
[0013]第三P+注入区引出一个端口，作为器件阳极；
[0014]第一 N+注入区、第一 P+注入区和第五N+注入区之间利用金属线相连。
[0015]进一步，所述阳极上有正向ESD事件来临时，由第三P+注入区和第二 N型阱形成正向导通二极管，与第一 N+注入区、第一 N型阱、第一 P+注入区、第二 N+注入区、第三N+注入区、第二 P型阱以及第二 P+注入区形成的改进型SCR串联形成的导通路径开启，同时，由第三P+注入区、第二 N型阱、第四N+注入区、第一 P型阱以及第二 P+注入区形成的常规SCR结构开启，并且形成泄流通路。
[0016]进一步，通过改进型SCR的低触发电压来开启器件结构，同时，由于第三P+注入区与第二 N型阱的正向PN结导通，会促使常规SCR通路导通，从而改进型SCR通路与常规SCR通路形成负反馈，达到增大器件维持电压的目的，同时器件的触发电压只由改进型SCR通路的开启电压决定。
[0017]本发明的有益效果是保护ESD器件不会被较大的电流和较高的电压损害。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明实例利用的常规SCR结构剖面示意图；
[0019]图2是本发明实例利用的改进型SCR结构剖面示意图；
[0020]图3是本发明实例中利用两种结构的常规连接方式示意图；
[0021]图4是本发明实例中综合后的连接方式示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0023]针对现有技术上存在的技术缺陷，本发明实例设计了一种基于SCR结构的新型ESD保护器件，既充分利用SCR结构强泄流能力的特点，又利用了改进型SCR低触发电压的优势，通过修改常规SCR与改进型SCR相互连接方式，保持了改进型SCR结构低触发电压的特点，又使的两者之间产生负反馈，提高维持电压，可以避免闩锁效应的发生。可以实现耐高压，高维持电压，低导通电阻，低触发电压，强鲁棒性等ESD保护性能。可用于提高片上IC双向ESD保护的可靠性。
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0025]本发明实例设计了一种基于SCR结构的新型ESD保护器件，通过修改常规SCR结构和改进型SCR结构之间的连接方式，在不增加额外掩膜版的情况下，不仅实现保持改进型SCR结构触发电压的特点，而且可以利用常规SCR结构和改进型SCR结构之间的负反馈，从而提高该类型器件的维持电压。
[0026]如图1所示的本发明利用的常规SCR结构剖面示意图，其特征包括:主要有P型衬底(101)，一个P型阱(102)，一个N型阱(103)，P型阱上有一个P+注入区(104)，一个N+注入区(105)和若干氧化隔离区，N型阱上有一个P+注入区((106)，一个N+注入区(107)和若干氧化隔离区。
[0027]如图2所示的本发明实例利用的改进型SCR结构剖面示意图，其特征包括:主要有P型衬底(201)，一个P型阱(202)，一个N型阱(203)，P型阱上有一个P+注入区(204)，一个N+注入区(205)和若干氧化隔离区，N型阱上有一个P+注入区(207)，一个N+注入区(208)和若干氧化隔离区，一个N+注入区(206)横跨在P型阱和N型阱上。
[0028]如图3所示的本发明实例中利用两种结构的常规连接方式示意图，改进型SCR的P阱区(202)上的P+注入区(204)和N+注入区(205)共同引出一个器件端口 Cathode，N阱区(203)上的P+注入区(207)，N+注入区(208)与常规SCR中N阱区(103)上的N+注入区(107)相连，常规SCR的N阱区(103)上的P+注入区(106)引出一个器件端口 Anode，P阱区(102)上的N+注入区(105)，P+注入区(104)共同引出一个器件端口 Cathode。当Anode上有正向ESD时间来临，Cathode端接地时，由P+注入区(106)和N阱区(103)构成的正向二极管与改进型SCR器件形成的串联结构导通，同时常规SCR结构导通，由于使用了同一个P+注入区，常规SCR器件和改进型SCR器件会形成一个负反馈，降低注入效率，提高器件的维持电压。
[0029]如图4所示本发明实例中综合后的连接方式示意图，当器件所述Anode端接ESD脉冲的高电位，Cathode端接地时，P型衬底(301)，P型衬底(301)内设有第一N型阱(302)、第一 P型阱(303)和第二 N型阱(304)，所述第三P+注入区(311)，第二 N型阱(304)形成的正向二极管与由第一 N+注入区(305)，第一 N型阱(302)，第一 P+注入区(306)，第二 N+注入区(307)，第一 P型阱(303)，第三N+注入区(308)以及第二 P+注入区(309)形成的改进型SCR串联构成的泄露通路导通，同时，由第五N+注入区(312)，第二 N型阱(304)，第三P+注入区(311)，第一 P型阱(303)，第四N+注入区(310)以及第二 P+注入区(309)形成的SCR泄流通路导通，两条导通通路相互形成负反馈，降低了电流注入效率，提高器件的维持电压，避免发生闩锁效应。
[0030]本发明的有益技术效果为:
[0031](I)本发明的SCR结构与业界常用的CMOS工艺实现工艺兼容，具有很强的ESD保护能力；
[0032](2)本发明不需要额外增加掩膜版，因此不需要增加工艺制作成本；
[0033](3)本发明通过一定的连接方式，既保持了改进型SCR结构低触发电压的特点，又利用改进型SCR结构和常规SCR结构之间的负反馈，提高器件整体的维持电压，避免闩锁效应的发生。
[0034]最后说明的是，以上实例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0035]以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种基于SCR结构的新型ESD保护器件，其特征在于，包括P型衬底(301)，P型衬底(301)内设有第一 N型阱(302)、第一 P型阱(303)和第二 N型阱(304)，第一 P型阱(303)位于第一 N型阱(302)和第二 N型阱(304)之间； 第一 N型阱(302)内注有第一 N+注入区(305)、第一 P+注入区(306)； 第一 P型阱(303)内注有第三N+注入区(308)、第二 P+注入区(309)和第四N+注入区(310)； 第二 N型阱(304)内注有第三P+注入区(311)和第五N+注入区(312)； 第一 N型阱(302)与第一 P型阱(303)之间跨接有第二 N+注入区(307)； 第一 N+注入区(305)和P型衬底(301)边缘之间、第一 N+注入区(305)和第一 P+注入区(306)之间、第一 P+注入区(306)和第二 N+注入区(307)之间、第二 N+注入区(307)和第三N+注入区(308)之间、第三N+注入区(308)和第二 P+注入区(309)之间、第二 P+注入区(309)和第四N+注入区(310)之间、第四N+注入区(310)和第三P+注入区(311)之间、第三P+注入区(311)和第五N+注入区(312)之间、第五N+注入区(312)和P型衬底(301)边缘之间均由氧化隔离层相隔； 第三N+注入区(308)、第二 P+注入区(309)和第四N+注入区(310)共同引出一个器件端口，作为器件阴极； 第三P+注入区(311)引出一个端口，作为器件阳极； 第一 N+注入区(305)、第一 P+注入区(306)和第五N+注入区(312)之间利用金属线相连。
2.按照权利要求1所述一种基于SCR结构的新型ESD保护器件，其特征在于:所述阳极上有正向ESD事件来临时，由第三P+注入区(311)和第二 N型阱(304)形成正向导通二极管，与第一 N+注入区(305)、第一 N型阱(302)、第一 P+注入区(306)、第二 N+注入区(307)、第三N+注入区(308)、第二 P型阱(303)以及第二 P+注入区(309)形成的改进型SCR串联形成的导通路径开启，同时，由第三P+注入区(311)、第二 N型阱(304)、第四N+注入区(310)、第一 P型阱(303)以及第二 P+注入区(309)形成的常规SCR结构开启，并且形成泄流通路。
3.按照权利要求1所述一种基于SCR结构的新型ESD保护器件，其特征在于:通过改进型SCR的低触发电压来开启器件结构，同时，由于第三P+注入区(311)与第二 N型阱(304)的正向PN结导通，会促使常规SCR通路导通，从而改进型SCR通路与常规SCR通路形成负反馈，达到增大器件维持电压的目的，同时器件的触发电压只由改进型SCR通路的开启电压决定。
【文档编号】H01L27/02GK104269401SQ201410440343
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月30日 优先权日:2014年8月30日
【发明者】纪长志, 刘志伟, 繆家斌, 刘聂, 张国彦, 刘毅, 杨雪娇, 田瑞, 刘凡 申请人:电子科技大学