本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种双栅栅控可控硅整流器静电释放器件及其制作方法。
背景技术：
静电放电(esd)是造成集成电路(ic)芯片和一些电子产品失效的主要因素。而且随着半导体工艺的不断进步，esd保护的问题越来越得到重视，也使得esd保护越来越难应对。早在20世纪70年代，世界上就开展了关于集成电路的esd保护研究，而且一些大型电子集成电路芯片和电子产品厂商都有专门的esd保护设计团队来解决日益严峻的esd保护问题。静电放电是指两种带有不同电荷的物体相互接触而发生的电荷转移，在人类的发展历史中，各种不同程度的静电放电现象都可能带来严重的后果，据相关的统计，在微电子领域约有58％的电子产品失效是由静电放电现象引起的，数据充分说明了esd保护的必要性，它可以有效地提升产品的可靠性。但是，随着器件尺寸的减小和集成电路的复杂程度的提高，需要一种占用芯片面积小且泄放静电能力好的esd保护器件，这成为了集成电路工程师所要面临的挑战。
传统scr(siliconcontrolledrectifier)器件，该器件处于工作状态时，维持电压很低，所以能够承受足够高的esd电流应力，作为一种很常用的esd保护器件，scr结构被认作是单位面积鲁棒性最好的esd保护器件，各式各样经过改进后的scr静电保护器件广泛用于各领域。但是，由于雪崩路径的限制，scr结构需要很高的触发电压，而且工作时由于类闩锁的特性导致维持电压很低，这两个缺陷将使内部电路得不到有效的保护，很容易产生器件闩锁问题。所以在esd保护中，对scr结构进行设计时，应当设法提高scr结构的维持电压和降低scr结构的触发电压。
传统scr结构esd保护器件的剖面图及等效电路如图1。scr结构反向工作时即为正向导通的二极管特性，scr结构正向工作时，当阳极和阴极之间的电压差小于scr结构esd保护器件的开启电压时，scr结构等效为一个阻值很高的电阻。当阳极和阴极之间的电压差达到器件的开启电压时，n阱和p阱之间的二极管发生雪崩击穿，产生倍增的雪崩电流，倍增的雪崩电流流经n阱电阻(或p阱电阻)，使电阻上的压降达到寄生pnp三极管(或npn三极管)的be结的开启电压，于是pnp(npn)开启，这时电压会回滞到了维持电压，scr结构将会工作在低阻区域。当电流最终增大到使器件热失效时，将会发生二次击穿，这时scr结构的esd保护器件就彻底失效了。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、安全性能好的双栅栅控可控硅整流器静电释放器件，并提供其制作方法。
本发明解决上述问题的技术方案是:一种双栅栅控可控硅整流器静电释放器件，包括衬底、n阱、p阱、第一至第四n+注入区、第一至第二p+注入区、第一至第五场氧隔离区、第一多晶硅栅、第二多晶硅栅，所述衬底中从左至右设有n阱和p阱，所述n阱中从左至右依次设有第一场氧隔离区、第一n+注入区、第二场氧隔离区、第一p+注入区、第三场氧隔离区，所述第二n+注入区横跨在n阱和p阱的交界处；所述p阱中从左至右依次设有第一多晶硅栅、第三n+注入区、第二多晶硅栅、第四n+注入区、第四场氧隔离区、第二p+注入区、第五场氧隔离区；所述第二n+注入区、第一多晶硅栅、第三n+注入区、第二多晶硅栅、第四n+注入区构成双栅mosfet场效应管结构。
上述双栅栅控可控硅整流器静电释放器件，所述第一场氧隔离区的左侧与衬底的左侧边缘相连接，第一场氧隔离区的右侧与第一n+注入区的左侧相连接，第一n+注入区的右侧与第二场氧隔离区的左侧相连接，第二场氧隔离区的右侧与第一p+注入区的左侧相连接，第一p+注入区的右侧与第三场氧隔离区的左侧相连接，第三场氧隔离区的右侧与第二n+注入区的左侧相连接。
上述双栅栅控可控硅整流器静电释放器件，所述第二n+注入区的右侧与第一多晶硅栅的左侧相连接，第一多晶硅栅的右侧与第三n+注入区的左侧相连接，第三n+注入区的右侧与第二多晶硅栅的左侧相连接，第二多晶硅栅的右侧与第四n+注入区的左侧相连接，第四n+注入区的右侧与第四场氧隔离区的左侧相连接，第四场氧隔离区的右侧与第二p+注入区的左侧相连接，第二p+注入区的右侧与第五场氧隔离区的左侧相连接，第五场氧隔离区的右侧与衬底的右侧边缘相连接。
上述双栅栅控可控硅整流器静电释放器件，所述第一n+注入区、第一p+注入区连接在一起并作为器件的阳极；所述第一多晶硅栅作为器件的控制栅极；所述第二多晶硅栅、第四n+注入区、第二p+注入区连接在一起并作为器件的阴极。
上述双栅栅控可控硅整流器静电释放器件，所述第一场氧隔离区的左半部分位于衬底的表面，第一场氧隔离区右半部分位于n阱的表面；所述第五场氧隔离区左半部分位于p阱的表面，第五场氧隔离区右半部分位于衬底的表面。
上述双栅栅控可控硅整流器静电释放器件，当高压esd脉冲来到器件阳极，器件阴极接地电位时，所述第一p+注入区、n阱、p阱构成一横向pnp三极管结构，同时所述n阱、p阱和第四n+注入区构成一纵向npn三极管结构，横向pnp三极管结构的基极与纵向npn三极管结构的集电极通过n阱的寄生电阻相连，而纵向npn三极管结构的基极与横向pnp三极管结构的集电极通过p阱的寄生电阻相连，即所述的横向pnp三极管结构和所述的纵向npn三极管结构形成背靠背的两个bjt晶体管结构，也就是scr结构。
上述双栅栅控可控硅整流器静电释放器件，当esd高压脉冲来到器件阳极，器件阴极接地电位时，对所述第一多晶硅栅施加正向电压，将所述第二多晶硅栅接地电位，所述第三n+注入区与p阱发生雪崩击穿，器件触发后的双栅mosfet场效应管结构此时等效为一可变电阻串联在寄生npn三极管结构的集电极上。
一种双栅栅控可控硅整流器静电释放器件的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：在衬底中从左往右依次形成第一场氧隔离区、第二场氧隔离区、第三场氧隔离区、第四场氧隔离区、第五场氧隔离区；
步骤二：在衬底中形成n阱、p阱，且n阱位于p阱左侧；
步骤三：对n阱、p阱进行退火处理，消除杂质的扩散；
步骤四：在p阱上淀积第一多晶硅栅和第二多晶硅栅；
步骤五：在n阱中形成第一n+注入区、第一p+注入区，在n阱和p阱的交界处形成第二n+注入区，在p阱中形成第三n+注入区、第四n+注入区、第二p+注入区；且第一场氧隔离区、第一n+注入区、第二场氧隔离区、第一p+注入区、第三场氧隔离区、第二n+注入区、第一多晶硅栅、第三n+注入区、第二多晶硅栅、第四n+注入区、第四场氧隔离区、第二p+注入区、第五场氧隔离区从左至右依次排列；
步骤六：对第一p+注入区、第二p+注入区、第一n+注入区、第二n+注入区、第三n+注入区、第四n+注入区进行退火处理，消除杂质在注入区的迁移；
步骤七：将第一n+注入区、第一p+注入区连接在一起并作为器件的阳极；将第一多晶硅栅作为器件的控制栅极；将第二多晶硅栅、第四n+注入区、第二p+注入区连接在一起并作为器件的阴极。
上述双栅栅控可控硅整流器静电释放器件的制作方法，所述步骤一之前还包括步骤a：在衬底上形成一层二氧化硅薄膜，然后淀积一层氮化硅；将光刻胶层涂在晶圆上，光刻胶曝光和显影，形成隔离浅槽；对氮化硅、二氧化硅和隔离浅槽刻蚀，去除光刻胶层，淀积一层二氧化硅，然后化学机抛光，直到氮化硅层为止，除去氮化硅层。
上述双栅栅控可控硅整流器静电释放器件的制作方法，所述第一场氧隔离区左半部分位于衬底的表面，第一场氧隔离区右半部分位于n阱的表面；所述第二场氧隔离区完全位于n阱中；所述第三场氧隔离区完全位于n阱中；所述第四场氧隔离区完全位于p阱中；所述第五场氧隔离区左半部分位于p阱的表面，第五场氧隔离区右半部分位于衬底的表面。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的静电释放器件采用双栅mosfet场效应管结构，能够使得scr结构的雪崩击穿路径发生改变，从传统scr结构的n阱与p阱的雪崩击穿改为器件第二多晶硅栅结构的漏极(即所述第三n+注入区)与p阱发生雪崩击穿，雪崩路径的改变将直接促使所述器件触发电压下降。
2、本发明的静电释放器件采用双栅mosfet场效应管结构，一方面可以控制scr结构的正反馈过程，另一方面通过对第一多晶硅栅结构施加正向电压，将第二多晶硅栅结构接地电位，所述器件触发后的双栅mosfet场效应管结构此时等效为一可变电阻串联在寄生npn三极管结构的集电极上，由于可变电阻的存在，减小了寄生npn三极管结构的集电极电流，导致减小寄生npn三极管结构的发射极电流，从而减小寄生npn三极管结构的电流放大系数，电流放大系数的降低将直接提高所述器件的维持电压；同时通过对所述第一多晶硅栅结构施加正向电压，根据施加正向电压的大小可以直接调整scr结构维持电压大小。
3、本发明所制作出的双栅栅控可控硅整流器静电释放器件结构既不会违反版图设计规则也不会利用到标准cmos工艺以外的层次，就使得scr能够运用在esd保护设计中，有效地保护内部芯片，远离闩锁的风险。
附图说明
图1为传统scr结构的剖面图和寄生结构示意图。
图2为本发明的静电释放器件的结构示意图。
图3为本发明的静电释放器件的三维寄生结构示意图。
图4为本发明的静电释放器件结构的esd电流泄放路径示意图。
图5为本发明的静电释放器件结构的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图2、图3所示，一种双栅栅控可控硅整流器静电释放器件，包括衬底p-sub101、n阱102、p阱103、第一n+注入区104、第二n+注入区106、第三n+注入区107、第四n+注入区108、第一p+注入区105、第二p+注入区109、第一场氧隔离区201、第二场氧隔离区202、第三场氧隔离区203、第四场氧隔离区204、第五场氧隔离区205、第一多晶硅栅206、第二多晶硅栅207，所述衬底p-sub101中从左至右设有n阱102和p阱103，所述n阱102中从左至右依次设有第一场氧隔离区201、第一n+注入区104、第二场氧隔离区202、第一p+注入区105、第三场氧隔离区203，所述第二n+注入区106横跨在n阱102和p阱103的交界处；所述p阱103中从左至右依次设有第一多晶硅栅206、第三n+注入区107、第二多晶硅栅207、第四n+注入区108、第四场氧隔离区204、第二p+注入区109、第五场氧隔离区205；所述第二n+注入区106、第一多晶硅栅206、第三n+注入区107、第二多晶硅栅207、第四n+注入区108构成双栅mosfet场效应管结构。
所述第一场氧隔离区201的左侧与衬底p-sub101的左侧边缘相连接，第一场氧隔离区201的右侧与第一n+注入区104的左侧相连接，第一n+注入区104的右侧与第二场氧隔离区202的左侧相连接，第二场氧隔离区202的右侧与第一p+注入区105的左侧相连接，第一p+注入区105的右侧与第三场氧隔离区203的左侧相连接，第三场氧隔离区203的右侧与第二n+注入区106的左侧相连接。
所述第二n+注入区106的右侧与第一多晶硅栅206的左侧相连接，第一多晶硅栅206的右侧与第三n+注入区107的左侧相连接，第三n+注入区107的右侧与第二多晶硅栅207的左侧相连接，第二多晶硅栅207的右侧与第四n+注入区108的左侧相连接，第四n+注入区108的右侧与第四场氧隔离区204的左侧相连接，第四场氧隔离区204的右侧与第二p+注入区109的左侧相连接，第二p+注入区109的右侧与第五场氧隔离区205的左侧相连接，第五场氧隔离区205的右侧与衬底p-sub101的右侧边缘相连接。
所述第一n+注入区104通过接触孔与第一金属层208相连接，所述第一p+注入区105通过接触孔与第二金属层209相连接，在第七金属层302上设有金属通孔301，所述第一金属层208和第二金属层209均通过所述金属通孔301与第七金属层302相连接，并作为器件的阳极。
所述第一多晶硅栅206通过接触孔与第三金属层210相连接，在第八金属层303上设有金属通孔304，所述第三金属层210通过所述金属通孔304与第八金属层303相连接，并作为器件的控制栅极。
所述第二多晶硅栅207通过接触孔与第四金属层211相连接，所述第四n+注入区108通过接触孔与第五金属层212相连接，所述第二p+注入区109通过接触孔与第六金属层213相连接，在第九金属层305上设有金属通孔306，所述第四金属层211、第五金属层212和第六金属层213均通过所述金属通孔306与第九金属层305相连接，并作为器件的阴极。
所述第一场氧隔离区201的左半部分位于衬底p-sub101的表面，第一场氧隔离区201右半部分位于n阱102的表面；所述第五场氧隔离区205左半部分位于p阱103的表面，第五场氧隔离区205右半部分位于衬底p-sub101的表面。
当高压esd脉冲来到器件阳极，器件阴极接地电位时，所述第一p+注入区105、n阱102、p阱103构成一横向pnp三极管结构，同时所述n阱102、p阱103和第四n+注入区108构成一纵向npn三极管结构，横向pnp三极管结构的基极与纵向npn三极管结构的集电极通过n阱102的寄生电阻相连，而纵向npn三极管结构的基极与横向pnp三极管结构的集电极通过p阱103的寄生电阻相连，即所述的横向pnp三极管结构和所述的纵向npn三极管结构形成背靠背的两个bjt晶体管结构，也就是scr结构。
所述p阱103中的第二n+注入区106、第一多晶硅栅206、第三n+注入区107、第二多晶硅栅207、第四n+注入区108构成双栅mosfet场效应管结构，当esd高压脉冲来到器件阳极，器件阴极接地电位时，通过所述第一多晶硅栅206将第二n+注入区106和第三n+注入区107隔离开来，并对所述第一多晶硅栅206施加正向电压，通过所述第二多晶硅栅207将第三n+注入区107和第四n+注入区108隔离开来，并对所述第二多晶硅栅207接地电位，如图2和图3所示，该双栅mosfet场效应管结构的存在使得scr结构的雪崩击穿路径发生改变，从传统scr结构的所述n阱102与p阱103的雪崩击穿改为所述器件第二多晶硅栅207结构的漏极(即所述第三n+注入区107)与p阱103发生雪崩击穿，雪崩路径的改变将直接促使所述器件触发电压下降，而且所述器件触发后的双栅mosfet场效应管结构此时等效为一可变电阻串联在寄生npn三极管结构的集电极上，由于可变电阻的存在，减小了寄生npn三极管结构的集电极电流，导致减小寄生npn三极管结构的发射极电流，从而减小寄生npn三极管结构的电流放大系数，电流放大系数的降低将直接提高所述器件的维持电压。
针对公式(1)：ic为集电极电流，β为电流放大系数，ib为基极电流。
ic＝β*ib(1)
ie＝ib+ic＝(1+β)*ib(2)
由公式可知，当β值一定时，集电极电流ic将随着基极电流ib而改变，而此时，在双栅栅控可控硅整流器静电释放器件结构中，所述器件触发后，通过双栅mosfet场效应管结构，等效为一可变电阻串联在寄生npn三极管的集电极上，从而通过外加电压的大小控制集电极电流，而根据公式(2)：ie为发射极电流，通过对寄生npn三极管集电极电流的控制，减小集电极电流ic，导致降低发射极电流ie，降低了寄生npn三极管的电流放大系数，从降低电流放大系数的角度证明了可以提高scr结构的维持电压。可通过调节所述双栅mosfet场效应管结构的第一多晶硅栅206结构的电压，来控制寄生npn三极管的发射效率，从而调整scr结构的维持电压的大小，使所述器件能够产生对应于实际esd窗口所需要的维持电压。
一种双栅栅控可控硅整流器静电释放器件的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：在衬底p-sub101上形成一层二氧化硅薄膜，缓解后续步骤形成的氮化硅对硅衬底造成的应力，然后利用化学气相淀积(cvd)淀积一层氮化硅，作为后续cmp的停止层；将光刻胶层涂在晶圆上，光刻胶曝光和显影，形成隔离浅槽；对氮化硅、二氧化硅和隔离浅槽刻蚀，去除光刻胶层，淀积一层二氧化硅，然后化学机抛光，直到氮化硅层为止，除去氮化硅层。
步骤二：在衬底p-sub101中从左往右依次形成第一场氧隔离区201、第二场氧隔离区202、第三场氧隔离区203、第四场氧隔离区204、第五场氧隔离区205；
步骤三：在衬底p-sub101中形成n阱102、p阱103，且n阱102位于p阱103左侧。将光刻胶涂在晶圆片上，用于所述n阱102的定义，然后高能磷离子注入形成局部n型区域，去除光刻胶层，形成n阱102；将光刻胶涂在晶圆片上，用于所述p阱103的定义，然后高能硼离子注入形成局部p型区域，去除光刻胶，形成p阱103。
步骤四：对n阱102、p阱103进行退火处理，修复离子注入造成的硅表面晶体损伤，注入的杂质的电激活，利用rtp工艺消除杂质的扩散。
步骤五：在p阱103上淀积第一多晶硅栅206和第二多晶硅栅207。牺牲氧化层生长，用来捕获硅表面的缺陷。栅氧化层生长，用作晶体管的栅绝缘层，利用化学气相淀积(cvd)淀积所述第一多晶硅栅206和所述第二多晶硅栅207，光刻胶成形，多晶硅刻蚀，必须精确从光刻胶得到多晶硅的形状，去除光刻胶。多晶硅氧化，用于缓冲隔离多晶硅和后续步骤形成的氮化硅。利用化学气相淀积(cvd)淀积一层氮化硅，氮化硅刻蚀，留下隔离侧墙，精确定位晶体管源区和漏区的离子注入。
步骤六：在n阱102中形成第一n+注入区104、第一p+注入区105，在n阱102和p阱103的交界处形成第二n+注入区106，在p阱103中形成第三n+注入区107、第四n+注入区108、第二p+注入区109。且第一场氧隔离区201、第一n+注入区104、第二场氧隔离区202、第一p+注入区105、第三场氧隔离区203、第二n+注入区106、第一多晶硅栅206、第三n+注入区107、第二多晶硅栅207、第四n+注入区108、第四场氧隔离区204、第二p+注入区109、第五场氧隔离区205从左至右依次排列。所述第一场氧隔离区201左半部分位于衬底p-sub101的表面，第一场氧隔离区201右半部分位于n阱102的表面；所述第二场氧隔离区202完全位于n阱102中；所述第三场氧隔离区203完全位于n阱102中；所述第四场氧隔离区204完全位于p阱103中；所述第五场氧隔离区205左半部分位于p阱103的表面，第五场氧隔离区205右半部分位于衬底p-sub101的表面。
光刻胶成形，用于控制离子注入，浅深度、重掺杂的砷离子注入，去除光刻胶层，形成所述第一n+注入区104、第二n+注入区106、第三n+注入区107、第四n+注入区108；光刻胶成形，用于控制离子注入，浅深度、重掺杂的硼离子注入，去除光刻胶层,形成所述第一p+注入区105、第二p+注入区109。
步骤七：对第一p+注入区105、第二p+注入区109、第一n+注入区104、第二n+注入区106、第三n+注入区107、第四n+注入区108进行退火处理，利用rtp工艺消除杂质在注入区的迁移。
步骤八：将第一n+注入区104、第一p+注入区105连接在一起并作为器件的阳极；将第一多晶硅栅206作为器件的控制栅极；将第二多晶硅栅207、第四n+注入区108、第二p+注入区109连接在一起并作为器件的阴极。
本发明双栅栅控可控硅整流器静电释放器件的制作方法过程简单、操作方便。制作出的双栅栅控可控硅整流器静电释放器件结构既不会违反版图设计规则也不会利用到标准cmos工艺以外的层次，就使得scr能够运用在esd保护设计中，有效地保护了内部芯片，远离闩锁的风险。本发明实例器件采用0.5μm的cmos工艺。