專利名稱：一種提高維持電壓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體地說涉及一種提高維持電壓的方法。
技術(shù)背景
靜電在自然界時刻都存在，當(dāng)芯片的外部環(huán)境或者芯片內(nèi)部累積的靜電荷，通過芯片的管腳流入或流出芯片內(nèi)部時，瞬間產(chǎn)生的電流(峰值可達(dá)數(shù)安培)或電壓，就會損壞集成電路，使芯片功能失效。隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，SOI工藝越來越成熟，SOI器件被廣泛應(yīng)用在個領(lǐng)域。由于SOI工藝自身固有限制，SOI靜電保護(hù)一直是SOI器件生產(chǎn)應(yīng)用中不可忽視的重要部分?？煽毓枋抢硐氲撵o電保護(hù)器件，但由于其自身正反饋的特點(diǎn)，器件維持電壓被限制在1 2V內(nèi)難以提升。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種利用SOI可控硅作為靜電保護(hù)器件從而提高自身維持電壓及靜電保護(hù)性能的提高維持電壓的方法。
本發(fā)明提供的一種可控硅器件的提高維持電壓的方法，包括首先利用絕緣層上硅工藝制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN結(jié)構(gòu)的SOI可控硅器件；然后在SOI可控硅器件的寄生晶體管反饋路徑中嵌入半導(dǎo)體元件，用于抑制可控硅自身的正反饋，提升可控硅作為靜電保護(hù)器件時的維持電壓。
進(jìn)一步，所述絕緣層上硅工藝包括注氧隔離SIMOX或硅片鍵合反面腐蝕。
進(jìn)一步，所述具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN結(jié)構(gòu)的SOI可控硅器件包括
兩個或兩個以上的寄生晶體管形成正反饋。
進(jìn)一步，所述可控硅器件寄生晶體管反饋路徑包括
兩個或兩個以上的寄生晶體管形成的相互間的正反饋路徑；
進(jìn)一步，所述半導(dǎo)體元件是具有電流或者電壓負(fù)反饋效用的半導(dǎo)體元件，包括二極管、晶體管或MOS管，用于抑制抑制可控硅自身的正反饋。
本發(fā)明提供的一種提高維持電壓的方法，利用SOI工藝制成具有寄生PNPN、 PNPNP, NPNPN結(jié)構(gòu)的SOI可控硅器件，在SOI可控硅器件的寄生晶體管反饋路徑中嵌入如二極管、二極管串、晶體管或MOS管等可抑制可控硅正反饋的半導(dǎo)體元件，抑制可控硅自身的正反饋，提升可控硅作為靜電保護(hù)器件時的維持電壓。此高維持電壓可控硅作為靜電保護(hù)器件應(yīng)用在靜電防護(hù)領(lǐng)域，具有優(yōu)異的靜電保護(hù)性能。


圖1為本發(fā)明實施例提供的一種SOI高維持電壓可控硅器件的剖視圖2為圖1所示結(jié)構(gòu)的等效電路示意圖3為本發(fā)明另一實施例提供的一種SOI高維持電壓可控硅器件的剖視圖4為圖3所示結(jié)構(gòu)的等效電路示意圖5為圖3所示結(jié)構(gòu)的SOI電路靜電防護(hù)示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)描述。
本發(fā)明提供的一種提高維持電壓的方法，包括首先利用絕緣層上硅工藝(以下簡稱SOI工藝)制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN結(jié)構(gòu)的SOI可控硅器件；然后在SOI可控硅器件的寄生晶體管反饋路徑中嵌入半導(dǎo)體元件，用于抑制可控硅自身的正反饋，提升可控硅作為靜電保護(hù)器件時的維持電壓。
其中，SOI工藝包括注氧隔離SIMOX或硅片鍵合反面腐蝕等。具有寄生PNPN、 PNPNP或NPNPN結(jié)構(gòu)的SOI可控硅器件包括兩個或兩個以上的寄生晶體管形成正反饋。可控硅器件寄生晶體管反饋路徑包括兩個或兩個以上的寄生晶體管形成的相互間的正反饋路徑。在SOI可控硅器件的寄生晶體管反饋路徑中嵌入的半導(dǎo)體元件是具有電流或者電壓負(fù)反饋效用的半導(dǎo)體元件，包括二極管、晶體管或MOS管，用于抑制抑制可控硅自身的正反饋。
本發(fā)明提供的制備工藝制備的SOI高維持電壓可控硅器件作為靜電保護(hù)器件應(yīng)用在靜電防護(hù)領(lǐng)域，具有優(yōu)異的靜電保護(hù)性能。把具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN結(jié)構(gòu)的 SOI可控硅應(yīng)用在在靜電防護(hù)領(lǐng)域時，通過此工藝提高了其維持器件工作在回滯區(qū)域所需的最小電壓，減小了器件閂鎖風(fēng)險，提高了器件可靠性。
本發(fā)明提供的一種提高維持電壓的方法，利用SOI工藝制成具有寄生PNPN、PNPNP 或NPNPN結(jié)構(gòu)的SOI可控硅器件，在SOI可控硅器件的寄生晶體管反饋路徑中嵌入如二極管、二極管串、晶體管或MOS管等可抑制可控硅正反饋的半導(dǎo)體元件，抑制可控硅自身的正反饋，提升可控硅作為靜電保護(hù)器件時的維持電壓。此高維持電壓可控硅作為靜電保護(hù)器件應(yīng)用在靜電防護(hù)領(lǐng)域，具有優(yōu)異的靜電保護(hù)性能。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之 “上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。
實施例一
如圖1所示，使用本發(fā)明提供的提高維持電壓的方法制成的一種SOI高維持電壓可控硅器件包括10為埋氧層，材料為二氧化硅；11為頂氧層，為制作SOI器件的主要區(qū)域。此例中，P型摻雜的頂氧層11中形成適當(dāng)濃度的N阱12和P阱13。如圖示工藝注入 P型或N型雜質(zhì)形成高濃度P+區(qū)域或高濃度N+區(qū)域，在陽極和陰極間形成了具有PNPN的寄生結(jié)構(gòu)的SOI可控硅器件。通過多晶柵14自對準(zhǔn)形成嵌入的PMOS管。此MOS管能抑制寄生PNP和NPN晶體管間的正反饋，提升此可控硅器件作為靜電保護(hù)器件時的維持電壓。
如圖2所示，寄生PNP晶體管22和寄生NPN晶體管23構(gòu)成了可控硅的正反饋回路，阱電阻M為N阱12寄生電阻，阱電阻25為P阱13寄生電阻。當(dāng)器件開啟寄生PNP晶體管22和寄生NPN晶體管23工作時，寄生PNP晶體管22電流使得寄生NPN晶體管23基區(qū)電壓升高，以致寄生NPN晶體管23集電極電流增加寄生PNP晶體管22基區(qū)電壓下降，導(dǎo)致寄生PNP晶體管22基區(qū)集電極電流進(jìn)一步增大，形成正反饋過程。通過嵌入寄生PM0S21 抑制寄生NPN晶體管23正反饋過程，使得寄生PNP晶體管22與寄生NPN晶體管23開啟并工作時所需的維持電壓升高，得到高維持電壓SOI可控硅器件。
實施例二
如圖3所示，使用本發(fā)明提供的提高維持電壓的方法制成的一種SOI高維持電壓可控硅器件包括30為埋氧層，材料為二氧化硅；31為頂氧層，為制作SOI器件的主要區(qū)域。此例中，P型摻雜的頂氧層31中形成適當(dāng)濃度的N阱32和P阱33。如圖示工藝注入P 型或N型雜質(zhì)形成高濃度P+區(qū)域或高濃度N+區(qū)域，在陽極和陰極間形成了具有PNPN的寄生結(jié)構(gòu)的SOI可控硅器件。如圖示連接制成嵌入二極管或二極管串的高維持電壓可控硅， 此二極管或二極管串能抑制寄生PNP和NPN晶體管間的正反饋，提升此可控硅器件作為靜電保護(hù)器件時的維持電壓。
如圖4所示，寄生PNP晶體管42和寄生NPN晶體管43構(gòu)成了可控硅的正反饋回路，阱電阻44為N阱14寄生電阻，阱電阻45為P阱13寄生電阻。當(dāng)器件開啟寄生PNP晶體管42和寄生NPN晶體管43工作時，寄生PNP晶體管42電流使得寄生NPN晶體管43基區(qū)電壓升高，以致寄生NPN晶體管43集電極電流增加寄生PNP晶體管42基區(qū)電壓下降，導(dǎo)致寄生PNP晶體管42基區(qū)集電極電流進(jìn)一步增大，形成正反饋過程。通過嵌入二極管或二極管串41抑制寄生NPN晶體管43正反饋過程，使得寄生PNP晶體管42與寄生NPN晶體管 43開啟并工作時所需的維持電壓升高，得到高維持電壓SOI可控硅器件。
本發(fā)明還提供了一種使用SOI高維持電壓可控硅器件構(gòu)成的為工作在5V電壓下的SOI電路提供的靜電防護(hù)模塊的實施例，如圖5所示包括S0I高維持電壓可控硅50、核心電路53、第一二極管51、第二二極管52、VDD引腳54、信號引腳55及VSS引腳56 ；SOI高維持電壓可控硅50與核心電路53并聯(lián)，且一端均與VDD引腳M連接，另一端均與VSS引腳 56連接；VDD引腳54、信號引腳55及VSS引腳56并聯(lián)，信號引腳55與核心電路53連接； VDD引腳54與信號引腳55之間通過第一二極管51連接；信號引腳55及VSS引腳56之間通過第二二極管52連接。
當(dāng)有正電荷沖擊信號引腳55時，靜電電荷經(jīng)由第一二極管51流入VDD引腳M ； 或經(jīng)由SOI高維持電壓可控硅50和第二二極管52流入VSS引腳56。當(dāng)有負(fù)電荷沖擊信號引腳55時，靜電電荷經(jīng)由第二二極管52流入VSS引腳56 ；或經(jīng)由SOI高維持電壓可控硅 50和第二二極管52流入VDD引腳M。當(dāng)有正電荷沖擊VDD引腳M時，靜電電荷經(jīng)由SOI 高維持電壓可控硅50流入VSS引腳56 ；或經(jīng)由SOI高維持電壓可控硅50和第一二極管51流入信號引腳55。當(dāng)有負(fù)電荷沖擊VDD引腳M時，靜電電荷經(jīng)由SOI高維持電壓可控硅 50流入VSS弓丨腳56 ；或經(jīng)由第一二極管51流入信號引腳55。當(dāng)有正電荷沖擊VSS弓丨腳56 時，靜電電荷經(jīng)由SOI高維持電壓可控硅50流入VDD引腳M ；或經(jīng)由第二二極管52流入信號引腳55。當(dāng)有負(fù)電荷沖擊VSS弓丨腳56時，靜電電荷經(jīng)由SOI高維持電壓可控硅50流入VDD引腳M ；或經(jīng)由第一二極管51和SOI高維持電壓可控硅50流入信號引腳55。由此避免了靜電電荷流入核心電路53，使其免于靜電損傷。
普通SOI可控硅器件維持電壓Vh。ld被限制在1 2V，當(dāng)Vh。ld < VDD-VSS時電路有閂鎖風(fēng)險。可見對于大部分的3. 3V和5V電路，普通SOI可控硅器件是不適用的。本發(fā)明提供的SOI高維持電壓可控硅維持電壓可抬升大于5V，可以應(yīng)用在3. 3V和5V電路而免去閂鎖風(fēng)險。
雖然關(guān)于示例實施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對這些實施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時，工藝步驟的次序可以變化。
此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、工藝及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、工藝或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對應(yīng)實施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、工藝或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高維持電壓的方法，其特征在于，包括首先利用絕緣層上硅工藝制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN結(jié)構(gòu)的SOI可控硅器件； 然后在SOI可控硅器件的寄生晶體管反饋路徑中嵌入半導(dǎo)體元件，用于抑制可控硅自身的正反饋，提升可控硅作為靜電保護(hù)器件時的維持電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的提高維持電壓的方法，其特征在于，所述絕緣層上硅工藝包括 注氧隔離SIMOX或硅片鍵合反面腐蝕。
3.如權(quán)利要求1所述的提高維持電壓的方法，其特征在于，所述具有寄生PNPN、PNPNP 或NPNPN結(jié)構(gòu)的SOI可控硅器件包括兩個或兩個以上的寄生晶體管形成正反饋。
4.如權(quán)利要求1所述的提高維持電壓的方法，其特征在于，所述可控硅器件寄生晶體管反饋路徑包括兩個或兩個以上的寄生晶體管形成的相互間的正反饋路徑。
5.如權(quán)利要求1所述的提高維持電壓的方法，其特征在于所述半導(dǎo)體元件是具有電流或者電壓負(fù)反饋效用的半導(dǎo)體元件，包括二極管、晶體管或MOS管，用于抑制抑制可控硅自身的正反饋。
全文摘要
公開了一種提高維持電壓的方法，包括首先利用絕緣層上硅工藝制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN結(jié)構(gòu)的SOI可控硅器件；然后在SOI可控硅器件的寄生晶體管反饋路徑中嵌入半導(dǎo)體元件，用于抑制可控硅自身的正反饋，提升可控硅作為靜電保護(hù)器件時的維持電壓。本發(fā)明提供的一種提高維持電壓的方法，利用SOI工藝制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN結(jié)構(gòu)的SOI可控硅器件，在SOI可控硅器件的寄生晶體管反饋路徑中嵌入如二極管、二極管串、晶體管或MOS管等可抑制可控硅正反饋的半導(dǎo)體元件，抑制可控硅自身的正反饋，提升可控硅作為靜電保護(hù)器件時的維持電壓。此高維持電壓可控硅作為靜電保護(hù)器件應(yīng)用在靜電防護(hù)領(lǐng)域，具有優(yōu)異的靜電保護(hù)性能。
文檔編號H01L21/822GK102543999SQ20121004832
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者姜一波, 曾傳濱 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所