一种基于锗硅异质结工艺的双向esd保护器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于集成电路静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)保护领域，具体涉及一种基于锗硅(SiGe)异质结工艺的新型双向ESD保护器件。
【背景技术】
[0002]静电放电现象广泛存在于自然界中，它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]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达几个安培，在该引脚处产生的电压高达几十伏甚至几百伏。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进行有效的ESD防护。
[0004]SiGe工艺能够在Si片上通过能带工程和应变工程改善Si的性能，同时又能够采用成熟和廉价的Si工艺技术来加工。在近年移动端普及的大环境下，适应高频、高速、低功耗的SiGe工艺正慢慢取代Si工艺的地位。所以，探索设计基于SiGe工艺的ESD保护新结构有利于提高基于SiGe工艺的集成电路的可靠性。
[0005]在SiGe工艺下，通常采用SiGe异质结双极型晶体管HBT器件结构来进行ESD保护。基本HBT器件结构如图1所示，包括:
[0006]p型硅衬底110;
[0007]所述衬底110上形成η型埋层120 ；
[0008]所述η型埋层120上形成η型阱区130 ;
[0009]所述η型埋层120上的η型阱区130的两侧分别设有η型重掺杂区141和142，该区域141和区域142与集电极相连；
[0010]所述η型阱区130上方形成一个Ρ型SiGe层150，该SiGe层150与基极相连；
[0011]所述SiGe层150上形成一个η型多晶硅区域160，且该多晶硅区域160与发射极相连；
[0012]通常作为ESD保护器件使用时，ΗΒΤ的发射极接地，集电极接芯片的输入输出端或电源端，基极浮空。当相对于地为正的ESD脉冲来到芯片的输入输出端口或电源端口时，ΗΒΤ的集电结反偏，发射结正偏；当ESD脉冲电压大于ΗΒΤ的基极开路集电结雪崩击穿电压BVCE。时，大量的电子空穴对在HBT的集电结附近产生；其中，电子通过η型阱区130，η型埋层区120，η型重掺杂区141和142流出集电极，而空穴则通过正偏的发射结流出发射极；这样，ESD电流就通过ΗΒΤ器件泄放掉。当相对于地为负的ESD脉冲来到芯片的输入输出端口或电源端口时，ΗΒΤ的集电结正偏，发射结反偏；当ESD脉冲电压大于ΗΒΤ的基极开路发射结雪崩击穿电压BVEe(^，大量的电子空穴对在ΗΒΤ的发射结附近产生；其中，电子通过η型多晶硅区域160流出发射极，而空穴则通过正偏的集电结流出集电极；这样，ESD电流就通过HBT器件泄放掉了。通常情况下，HBT的BVEe。会远小于BVeE。;因此，使用基极浮空的HBT作为ESD保护器件时，其应对正负ESD脉冲时的触发电压会有较大的区别，不能实现相同的双向ESD保护能力，容易造成内部电路的ESD损伤。
[0013]针对上述问题，本发明提出来一种基于SiGe异质结双极型晶体管HBT器件结构的双向对称的SCR器件结构；该结构不仅在结构上对称，在ESD保护能力上对于正ESD脉冲和负ESD脉冲具有相同的泄放能力，即功能上也对称。
【发明内容】
[0014]本发明的目的在于针对现有SiGe异质结双极型晶体管HBT器件不能实现相同的双向ESD保护能力的问题，提供一种基于SiGe异质结双极型晶体管HBT器件结构的双向对称的SCR器件；该结构不仅结构上对称，也能实现相同的双向ESD保护。本发明采用的技术方案为:
[0015]一种基于锗硅(SiGe)异质结工艺的新型双向ESD保护器件，包括:
[0016]第一种导电类型娃衬底，
[0017]所述第一种导电类型硅衬底上形成第二种导电类型埋层，
[0018]所述第二种导电类型埋层上形成第二种导电类型阱区，
[0019]所述第二种导电类型阱区上形成呈左右对称分布的两个第一种导电类型SiGe层，
[0020]每个第一种导电类型SiGe层上分别形成N个第二种导电类型多晶硅层，N为正整数，其中，左侧第一种导电类型SiGe层上形成的N个第二种导电类型多晶硅层连接阳极，右侧第一种导电类型SiGe层上形成的N个第二种导电类型多晶硅层连接阴极。
[0021]进一步的，所述左侧第一种导电类型SiGe层通过第一电阻与阳极相连，所述右侧第一种导电类型SiGe层通过第二电阻与阴极相连，且所述第一电阻与第二电阻的阻值相同。
[0022]本发明提供一种基于锗硅异质结工艺的用于新型双向ESD保护的SCR结构，该结构基于锗硅异质结双极型晶体管HBT的基本结构，构成双向完全对称的SCR结构；当该SCR器件结构的阴极接地，该器件既可以泄放相对于地是正的ESD脉冲电流，也可以泄放相对于地是负的ESD脉冲电流，具有双向相同的ESD保护能力。
【附图说明】
[0023]图1是基本SiGe异质结双极型晶体管HBT器件结构示意图。
[0024]图2是实施例1新型双向ESD保护SCR器件结构示意图。
[0025]图3是实施例2新型双向ESD保护SCR器件结构示意图。
[0026]图4是实施例3新型双向ESD保护SCR器件结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0028]实施例1
[0029]本实施例中提供基于锗硅异质结工艺的用于新型双向ESD保护的SCR结构，其结构及等效电路如图2所示，该结构为基极浮空的单发射极条双向对称SCR器件，包括:
[0030]ρ型硅衬底110;
[0031]所述ρ型硅衬底110上形成η型埋层120 ;
[0032]所述η型埋层120上形成η型阱区130 ;
[0033]所述η型阱区130上方左侧形成一个ρ型SiGe层151 ；
[0034]所述SiGe层151上形成一个η型多晶硅区域161，且该多晶硅区域161与阳极相连；
[0035]所述η型阱区130上方右侧形成一个ρ型SiGe层152 ；
[0036]所述SiGe层152上形成一个η型多晶硅区域162，且该多晶硅区域162与阴极相连;
[0037]所述ρ型SiGe层151和ρ型SiGe层152呈左右对称设置，所述的双向SCR结构是一个由η型多晶硅区域161、ρ型SiGe层151、η型阱区130、ρ型SiGe层152和η型多晶娃区域162构成的五层ηρηρη结构。
[0038]由其等效电路图可以看到，该SCR器件是由寄生的npnl晶体管、寄生的npn2晶体管和寄生pnp晶体管构成