一种能够抑制电流饱和效应的高鲁棒性双向SCR器件的制作方法

本发明属于集成电路的静电放电(electrostaticdischarge,简称esd)保护领域，具体涉及一种esd保护结构器件，尤指一种双向可控硅整流器scr(siliconcontrolledrectifier)器件，具体为一种能够抑制电流饱和效应的高鲁棒性双向scr器件。

背景技术：

静电放电是有限的电荷在两个不同电势的物体之间转移的事件，自第一个双极型晶体管发明和第一块ic芯片诞生以来，静电放电对ic芯片的可靠性构成了日益严重的威胁；esd所产生的瞬间高压静电脉冲通过芯片管脚流经芯片内部，从而导致芯片内部线路损伤而无法正常工作；对于集成电路来说，从生产到运输、系统集成以及用户使用等过程中都有可能在集成电路的引脚上产生静电放电现象。

在某些应用场合，为了提高驱动能力或者抗干扰能力，需要输入信号幅度高于电源电压的接口电路，因此io接口与电源之间不能使用传统的esd保护器件而需要使用具有双向功能的esd保护器件。双向scr器件(dual-directionalscr，简称ddscr)因其能够提供双向保护并且具有较高的鲁棒性已成为设计双向esd保护方案的重要选择，但ddscr器件因为电流饱和效应导致鲁棒性下降的问题是制约其发展应用的重要因素。

如图1所示为传统ddscr的器件结构，当给ddscr器件的pad1施加一个正脉冲时(pad2接地)，首先n型阱区120和p型阱区150构成的p-n结反偏，当p-n结两端电压大于其雪崩击穿电压时，该p-n结附近产生大量的电子-空穴对；产生的空穴经p型阱区150、n型阱区130和n型重掺杂区132到达pad2，寄生npn开启；产生的电子经n型阱区120、n型重掺杂区121到达pad1，在n型阱区120的电阻上产生压降，导致由p型重掺杂区122和n型阱区120构成的p-n结正偏，寄生pnp管开启，形成scr1电流通道，电流路径如图1中标注所示。

当给ddscr器件的pad2施加一个正脉冲时(pad1接地)，首先n型阱区130和p型阱区150构成的p-n结雪崩击穿，产生大量的电子-空穴对；产生的空穴经p型阱区150、n型阱区120和n型重掺杂区121到达pad1，寄生npn开启；产生的电子经n型阱区130、n型重掺杂区132到达pad2，在n型阱区130的电阻上产生压降，导致由p型重掺杂区131和n型阱区130构成的p-n结正偏，寄生pnp管开启，形成scr电流通道。

但是，当电流较大时，ddscr器件发生电流饱和效应，其tlp测试结果如图2所示；当ddscr器件发生电流饱和，器件电阻增大，降低了ddscr的保护能力。因此，对于先进工艺下的esd保护，如何抑制电流饱和效应是ddscr器件优化的一个重要研究方向。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够抑制电流饱和效应的高鲁棒性ddscr(rddscr)器件，该器件结构通过增加一条电流路径，从而有效抑制电流饱和效应。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种能够抑制电流饱和效应的高鲁棒性双向scr器件，包括：

第一种导电类型硅衬底110；所述第一种导电类型硅衬底上形成的第二种导电类型深阱区140；所述第二种导电类型深阱上形成的第一种导电类型阱区150；所述第一种导电类型阱区上形成的第二种导电类型阱区a120、第二种导电类型阱区b130；

所述第二种导电类型阱区a内依次设有均与pad1相连的第二种导电类型重掺杂区a1121、第一种导电类型重掺杂区a2122和第二种导电类型重掺杂区a3123，且相邻重掺杂区之间均设有浅沟槽隔离；

所述第二种导电类型阱区b内依次设有均与pad2相连的第二种导电类型重掺杂区b3133、第一种导电类型重掺杂区b1131和第二种导电类型重掺杂区b2132，且相邻重掺杂区之间均设有浅沟槽隔离；

所述第二种导电类型重掺杂区a3123与第二种导电类型重掺杂区b3133之间设有浅沟槽隔离。

进一步的，所述第二种导电类型重掺杂区a3123通过第一电阻r1连接到pad1，所述第二种导电类型重掺杂区b3133通过第二电阻r2连接到pad2，且第一电阻r1的阻值和第二电阻r2的阻值应分别小于第二种导电类型阱区a和第二种导电类型阱区b的电阻值。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种能够抑制电流饱和效应的高鲁棒性双向scr器件，该结构与传统的双向scr结构相比，通过在器件中增加一条新的通路，降低了器件的电阻值，同时能够抑制器件在大电流情况下由于电阻增大导致的电流饱和效应，可以实现更高的保护能力。

附图说明

图1为传统ddscr器件结构；

图2为传统ddscr和本发明rddscr的tlp测试结果；

图3为本发明提出的一种高鲁棒性ddscr器件结构；

图4为本发明实施例中提出的一种高鲁棒性ddscr器件的一种版图实现结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本实施例提供一种能够抑制电流饱和效应的高鲁棒性双向scr器件，其器件结构如图3所示；具体包括：

p型硅衬底110；所述p型硅衬底110上形成的n型深阱区140，其作用是将其上方的scr器件与p型硅衬底相隔离；

所述n型深阱区140上形成的p型阱区150，所述p型阱区150上形成两个n型阱区120和130；所述n型阱区120内设有一个n型重掺杂区121、一个p型重掺杂区122和一个n型重掺杂区123，所述n型阱区130内设有一个n型重掺杂区133、一个p型重掺杂区131和一个n型重掺杂区132；所述n型重掺杂区121、p型重掺杂区122与pad1相连，同时n型重掺杂区123直接连接到pad1或者通过电阻r1连接到pad1；所述p型重掺杂区131、n型重掺杂区132与pad2相连，同时n型重掺杂区133直接连接到pad2或者通过电阻r2连接到pad2；

所述n型重掺杂区121、p型重掺杂区122、n型重掺杂区123、n型重掺杂区133、p型重掺杂区131、n型重掺杂区132之间均设有浅沟槽隔离，如图2中阴影区域所示。

上述能够抑制电流饱和效应的高鲁棒性双向scr器件的一种版图实现方式如图4所示，实施例rddscr器件相比传统ddscr器件增加了两条有源区，但是在具有相同保护能力的情况下，本发明提出的高鲁棒性ddscr器件的面积更小。

本实施例高鲁棒性ddscr器件在传统ddscr器件基础上在两个n型阱区中各增加一个n型重掺杂区并直接连接到电极或者通过电阻连接到电极。当给所述高鲁棒性ddscr器件的pad1施加一个正脉冲时(pad2接地)，首先n型阱区120和p型阱区150构成的p-n结反偏，当该p-n结两端电压大于其雪崩击穿电压时，该p-n结的附近产生大量的电子-空穴对；产生的电子经n型阱区120、n型重掺杂区123和电阻r1到达pad1，同时产生的电子还经n型阱区120、n型重掺杂区121到达pad1；最终，上述两条通道上的压降导致由p型重掺杂区122和n型阱区120构成的p-n结正偏，寄生pnp管开启；由于p型阱区150与n型阱区130构成的p-n结正偏，上述寄生pnp管的集电极电流流入n型阱区130，一部分电流通过n型重掺杂区132流入pad2，形成scr1电流通道，另一部分通过n型重掺杂区133和电阻r2流入pad2，形成scr2电流通道。由于该器件是双向器件，结构上是完全对称的，反向开启过程同上所述。

与传统的ddscr器件只有一条scr1路径相比，本实施例高鲁棒性ddscr器件有scr1和scr2两条路径，如图3所示；由于本高鲁棒性ddscr器件增加了一条路径，使得器件的电流路径变宽，电阻降低，能够抑制电流饱和效应。从图2的tlp测试结果可以看出，高鲁棒性ddscr器件的电阻较小，而且在电流较大时，并没有发生电流饱和，器件的保护能力有所提高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。