低反向导通电阻高鲁棒性可控硅静电防护器件及制作方法

本发明涉及静电防护领域，特别涉及一种低反向导通电阻高鲁棒性可控硅静电防护器件及制作方法。

背景技术：

1、随着半导体制程工艺的进步，esd造成集成电路芯片以及电子产品失效的情况愈加严重了。对电子产品以及集成电路芯片进行esd防护成为了产品工程师们面临的主要难题之一。esd设计窗口是产品工程师在进行esd防护设计时需要重点考虑的问题，其中包括触发电压vt1、触发电流it1、维持电压vh、维持电流ih、失效电压vt2、失效电流it2、导通电阻ron。esd防护器件的触发电压要小于核心电路被保护端口的最高耐压即漏源击穿电压，通常触发电压要低最高耐压的10％～20％；esd防护器件的维持电压要高于核心电路正常工作电压的1.1～1.2倍，保护核心电路不会因为esd防护器件始终保持开启状态而无法关断形成闩锁；esd防护器件的失效电流it2是衡量esd防护器件鲁棒性强弱程度的重要参数之一，表示esd防护器件所能承受的最大电流，并且如果要对核心电路进行有效防护，在达到失效电流it2时，esd防护器件的钳位电压要小于被保护端口的最高耐压；esd防护器件的导通电阻ron是器件进入维持点以后的电阻特性，跟维持电压vh、维持电流ih、失效电压vt2、失效电流it2有关，根据欧姆定律可知导通电阻ron表示为失效电压vt2、维持电压vh差值与失效电流it2、维持电流ih差值的比值；人体模式hbm将人体的等效电阻视为1.5kω，hbm防护等级为1500倍的it2。

2、esd引起失效的模式分别有硬失效、软失效、潜在失效。而引起这些失效的原因又可以分为电失效以及热失效。其中热失效指的是当esd脉冲来临的时候，在芯片局部产生了几安培至几十安培的电流，持续时间短但是会产生大量的热量使得局部的金属连线熔化或者会使得芯片产生热斑，从而导致了二次击穿。电失效指的是加在栅氧化层的电压形成的电场强度大于了介电强度，使得表面产生击穿或者是介质的击穿。由于esd对芯片造成的威胁越来越严重，其物理机制研究越来越受到重视。

3、传统可控硅器件与其他esd器件相比，其自身具有双电导调制机构，单位面积泄放效率高，单位寄生电容小，鲁棒性最好。

4、传统低触发电压可控硅静电防护器件的剖面图见图1，其等效电路图见图2。当esd脉冲加在低触发电压可控硅阳极时，n+注入与p型浅阱形成反偏pn结。当这个脉冲电压高于这个pn结的雪崩击穿电压的时候，器件的内部就会产生大量的雪崩电流，电流流经p型浅阱/p型衬底，通过寄生电阻流向阴极。p型浅阱的寄生电阻两端压降相当于三极管npn1的基极压降，当这个电压高于横向npn1三极管的正向的导通电压的时候，此三极管开启。此三极管开通后，为pnp三极管提供基极电流，pnp三极管也开启后，形成一种正反馈机制，使scr路径完全开启。所以就算之后没有雪崩电流，由于scr路径开启，也可以泄放大电流。低触发电压可控硅能够为工作信号正电压的电路提供静电防护。但是由于其触发电压高，维持电压低容易造成闩锁，需要在设计的时候重点考虑。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种低反向导通电阻高鲁棒性可控硅静电防护器件及其制作方法并应用于0～5v工作电压的esd防护网络设计。

2、本发明解决上述问题的技术方案是：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种低反向导通电阻高鲁棒性可控硅静电防护器件，p型衬底；所述p型衬底中从左至右依次设有第一p型浅阱、n型深阱、第五p型浅阱；所述n型深阱上方从左至右依次设有第一n阱、第二p型浅阱、第二n阱、第三p型浅阱、第三n阱、第四p型浅阱、第四n阱、其中第一n阱与第四n阱均跨接p型衬底与n型深阱为p型衬底与两个n阱；所述第一p型浅阱中设有第一p+注入、所述第一n阱中设有第一n+注入；所述第二p型浅阱中设有第二p+注入；所述第二n阱中设有第二n+注入、第三p+注入；所述第三n+注入跨接在所述第二n阱、第三p型浅阱、第三n阱、第四p型浅阱表面；所述第四p型浅阱中设有第四n+注入、第四p+注入；所述第四n阱中设有第五n+注入；所述第五p型浅阱中设有第五p+注入；所述第一栅极位在所述第四p型浅阱上方；

4、所述第一栅极、所述第一p型浅阱上的第一p+注入、所述第四p型浅阱中的两个电极、所述第五p型浅阱中的第五p+注入五个电极均连接在一起并作为器件的阴极；所述第一n阱上的第一n+注入、所述第二p型浅阱上的第二p+注入、所述第二n阱上的两个电极、所述第四n阱上的第五n+注入五个电极均连接在一起作为器件的阳极。

5、优选地，有十个场氧隔离区；所述第一场氧隔离区在所述第一p+注入左侧，所述第二场氧隔离区在所述第一p+注入与所述第一n+注入之间，所述第三场氧隔离区在所述第一n+注入与所述第二p+注入之间，所述第四场氧隔离区在所述第二p+注入与所述第二n+注入之间，所述第五场氧隔离区在所述第二n+注入与所述第三p+注入之间，所述第六场氧隔离区在所述第三p+注入与所述第三n+注入之间，所述第七场氧隔离区在所述第四n+注入和所述第四p+注入之间，所述第八场氧隔离区在所述第四p+注入和所述第五n+注入之间，所述第九场氧隔离区在所述第五n+注入和所述第五p+注入之间，所述第十场氧隔离区在所述第五p+注入右侧。

6、优选地，所述第一场氧隔离区位于所述p型衬底与所述第一p型浅阱表面；所述第二场氧隔离区在所述第一p型浅阱与所述p型衬底以及所述第一n阱表面；所述第三场氧隔离区在所述第一n阱与所述第二p型浅阱表面；所述第四场氧隔离区在所述第二p型浅阱与所述第二n阱表面；所述第五场氧隔离、第六场氧隔离区在所述第二n阱表面；所述第七场氧隔离区在所述第四p型浅阱表面；所述第八场氧隔离区在所述第四p型浅阱与所述第四n阱表面；所述第九场氧隔离区位于所述第四n阱与所述p型衬底以及所述第五p型浅阱表面；所述第十场氧隔离区位于所述第五p型浅阱与所述p型衬底表面。

7、优选地，其特征在于，其特征在于，当esd脉冲到达器件的阳极，器件的阴极接低电位时，位于第四p型浅阱的ggnmos结构先触发，esd电流通过第三n+注入大量流入第四p型浅阱，并在所述第四p型浅阱的等效电阻上形成电压降，当电压降达到0.7v时，右侧纵向npn型三极管导通并为左侧横向pnp三极管提供基极电流进而促进其导通，形成正反馈效应，此时器件被成功触发，第三p+注入、第二n阱/n型深阱、p型衬底构成寄生三极管pnp1，第二p+注入/第二p型浅阱、n型深阱、p型衬底构成寄生三极管pnp2，第四n+注入、第四p型浅阱、n型深阱构成寄生三极管npn，当pnp1和npn开启后，构成横向scr路径；当pnp2和npn开启后，构成纵向scr路径；

8、同理当负的esd脉冲到器件阳极时，器件阴极接地电位时，由第一n+注入/第一n阱/第四n阱/第五n+注入、第一p型浅阱/第一p+注入/第五p型浅阱/第五p+注入构成的寄生二极管结构将开启并泄放电流，由于第一n+注入与第五n+注入的嵌入，该器件的反向导通电阻将大大减小。

9、优选地，第三n阱的尺寸s1可调，当s1距离增大时，器件的维持电压增加；由第二p+注入/第二p型浅阱、n型深阱、p型衬底构成寄生三极管pnp2的嵌入，寄生出了新的一条esd电流泄放路径，从而对横向scr路径产生分流作用，又因为s1的增大等于拉宽了寄生三极管npn的基区宽度，使其电流增益β降低，从而提高器件的维持电压。

10、第二方面，本发明实施例提供了一种低反向导通电阻高鲁棒性可控硅静电防护器件的制作方法，包括以下步骤：

11、步骤一：在p型衬底中形成n型深阱；

12、步骤二：在n型深阱上从左至右上方依次生成第一n阱右部分、第二p型浅阱、第二n阱、第三p型浅阱、第三n阱、第四p型浅阱、第四n阱左部分；

13、步骤三：在p衬底上还形成第一p型浅阱、第一n阱左部分、第四n阱右部分、第五p型浅阱，第一p型浅阱在第一n阱左侧，第五p型浅阱在第四n阱的右侧；

14、步骤四：在所述第一p型浅阱上生成第一p+注入区，在所述第一n阱上生成第一n+注入区，在所述第二p型浅阱上生成第二p+注入区，在所述第二n阱上生成第二n+注入区、第三p+注入区，第三n+注入区跨接第二n阱右侧、第三p型浅阱、第三n阱、第四p型浅阱左侧，在所述第四p型浅阱上第三n+注入区的右侧依次生成第一栅极、第四n+注入区、第四p+注入区，在所述第四n阱上生成第五n+注入区，在所述第五p型浅阱上生成第五p+注入区；

15、步骤五：在所述第一p+注入区的右侧形成第一场氧隔离区，在所述第一p+注入区和第一n+注入区之间形成第二场氧隔离区，在所述第一n+注入区和第二p+注入区之间形成第三场氧隔离区，在所述第二p+注入区和第二n+注入区之间形成第四场氧隔离区，在所述第二n+注入区和第三p+注入区之间形成第五场氧隔离区，在所属第三p+注入区和所述第三n+注入区之间形成第六场氧隔离区，在所述第四n+注入区和第四p+注入区之间形成第七场氧隔离区，在所述第四p+注入区和第五n+注入区之间形成第八场氧隔离区，在所述第五n+注入区和第五p+注入区之间形成第九场氧隔离区，在所述第五p+注入区的右侧形成第十场氧隔离区；

16、步骤六：对所有注入区进行退火处理，消除杂质在注入区进行的迁移；

17、步骤七：将第一p+注入、第一栅极、第四n+注入、第四p+注入、第五p+注入连接在一起并作为器件的阴极，将第一n+注入、第二p+注入、第二n+注入、第三p+注入、第五n+注入连接在一起并作为器件的阳极。

18、优选地，所述方法前还包括：

19、在p型衬底上生长一层二氧化硅薄膜，之后淀积一层氮化硅；旋涂光刻胶层于晶圆上，加掩膜版对其进行曝光以及显影，形成隔离浅槽；将二氧化硅、氮化硅和隔离浅槽进行刻蚀，去除光刻胶层，淀积一层二氧化硅，然后进行化学机械抛光，直到氮化硅层为止，去除掉氮化硅层。

20、本发明实施例提供了一种低反向导通电阻高鲁棒性可控硅静电防护器件及其制作方法本发明的有益效果在于：

21、1、本发明可以在器件版图面积不增加的情况下，通过对器件内部结构层次的变化来实现降低反向导通电阻和提高维持电压的目的，当负的esd脉冲到器件阳极时，器件阴极接地电位时，由第二n+注入/第一n阱/第四n阱/第五n+注入、第一p型浅阱/第一p+注入/第五p型浅阱/第五p+注入构成的寄生二极管结构将开启并泄放电流，由于第一n+注入与第五n+注入的嵌入，该器件的反向导通电阻将大大减小，因第二p型浅阱/第二p+注入、n型深阱、第四p型浅阱/第四p+注入所组成的pnp2寄生三极管路径，对scr主路径产生分流的作用，从而提高器件的维持电压。

22、2、本发明通过在传统lvtscr的基础上，在跨接第三n+注入区的下方嵌入了第三n阱，在原本的基础上将寄生三极管pnp的基区拉宽了，使其电流增益系数β减低，从而提高维持电压。

23、3、本发明第三n阱的宽度s1可调，随着s1的距离增大，器件的维持电压增大，触发电压与失效电流基本保持不变，并如表1数据所示，通过变化s1的尺寸，器件的维持电压发生明显变化，触发电压与失效电流基本不变。