靜電防護(hù)電路及其可控硅整流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及靜電防護(hù)，尤其是設(shè)及一種靜電防護(hù)電路及其可控娃整流器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體工藝尺寸的不斷縮小W及面對(duì)日益復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，集成電路(IC)受 到靜電放電化SD)損壞的威脅越來越大。靜電放電過程的瞬態(tài)電流可W達(dá)到幾安培乃至數(shù) 十安培，倘如果有相應(yīng)的ESD防護(hù)措施或者防護(hù)不足，很容易造成忍片的永久性失效或者潛 在性失效。對(duì)于汽車電子來說，運(yùn)可能是W生命為代價(jià)的。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，37%的IC失效是由 于ESD造成的，每年造成對(duì)半導(dǎo)體工業(yè)造成的損失W數(shù)十億美元計(jì)。因此提高IC的片上靜電 防護(hù)能力對(duì)忍片的可靠性有著重大的意義。
[0003] ESD防護(hù)器件在電路中作用是當(dāng)ESD事件來臨時(shí)，器件迅速導(dǎo)通W形成一個(gè)低阻放 電通路來泄放ESD電流，同時(shí)將器件上的電壓錯(cuò)制在一個(gè)較低的水平，W避免擊穿內(nèi)部忍 片。而當(dāng)ESD事件消失時(shí)，此器件迅速關(guān)閉，處于一個(gè)高阻區(qū)，W避免。對(duì)內(nèi)部電路造成影響。
[0004] 典型ESD器件的電流-電壓曲線如圖1所示。忍片正常工作時(shí)，ESD器件處于關(guān)閉狀 態(tài)，此時(shí)其等效狀態(tài)相當(dāng)于斷路；當(dāng)ESD器件上的電壓逐漸增大到Vtl之后，其開始導(dǎo)通，并 且隨著電流的增大，電壓開始降低(稱其為回退效應(yīng)，Snapback);當(dāng)電壓達(dá)到保持電壓化之 后，電壓開始緩慢上升，電流迅速增加，此時(shí)器件處于放電區(qū)；當(dāng)電流繼續(xù)增大最終由于熱 效應(yīng)導(dǎo)致器件二次擊穿時(shí)，器件將永久失效。此時(shí)的電流It2稱作二次擊穿電流，是ESD器件 防護(hù)能力的標(biāo)志。在ESD器件的設(shè)計(jì)過程中，Vtl,化W及It2都是一些重要的參數(shù)。首先要根 據(jù)核屯、忍片的要求確定設(shè)計(jì)窗口，如圖1所示。Vtl必須要小于忍片的擊穿電壓BV，運(yùn)里的BV 包括柵極擊穿電壓BVGS和漏極擊穿電壓BVDS;同時(shí)為了避免円鎖效應(yīng)，Vh必須要大于電源 電壓VDD。此處的ESD設(shè)計(jì)窗口定為[3.3V，9V]。
[0005] 由于可控娃整流器(SiIicon Controlled Rectifie;r,SCR)高效率的ESD防護(hù)性 能，其在ESD防護(hù)中被廣泛采用。但是由于普通SCR器件特性的固有缺陷，導(dǎo)致其不能直接用 于汽車電子的ESD防護(hù)。
[0006] 具體來說，汽車電子常用的BCD工藝中的SCR的IV特性由于較高的觸發(fā)電壓Vt和極 低的保持電壓化使得其往往不能滿足汽車電子忍片的設(shè)計(jì)窗口，從而不能在汽車電子忍片 中利用SCR來做高效率的靜電防護(hù)。
[0007] CMOS工藝中的SCR結(jié)構(gòu)如圖2所示，在陽極Anode和陰極Cathode之間形成一個(gè)P+/ NW/PW/N+的四層結(jié)構(gòu)，其中NW是N阱，PW是P阱，P+是P滲雜區(qū)，N+是N滲雜區(qū)。運(yùn)四層結(jié)構(gòu)構(gòu)成 了兩個(gè)寄生的=極管，其等效電路如圖3所示。正是由于運(yùn)兩個(gè)寄生的=極管構(gòu)成的正反饋 環(huán)路，才使其具有極高的電流增益，為從陽極到陰極的正向ESD脈沖提供防護(hù)。
[0008] 當(dāng)陽極上出現(xiàn)足夠高的ESD脈沖時(shí)，NW/PW構(gòu)成的PN結(jié)被反向擊穿，產(chǎn)生電流，當(dāng)N 阱電阻上的電壓值大于P+/NW結(jié)的導(dǎo)通電壓0.7V時(shí)，寄生的PNP管導(dǎo)通。隨著電流的增加，PW 與N+化n端)之間的電壓逐漸增大，當(dāng)其達(dá)至化W/N+結(jié)的正向?qū)妷?.7V時(shí)，寄生的NPN管 此時(shí)也導(dǎo)通，兩個(gè)S極管構(gòu)成一個(gè)正反饋環(huán)路，SCR結(jié)構(gòu)開啟。此時(shí)，陽極電壓從觸發(fā)電壓 VtI開始下降，進(jìn)入一個(gè)回溯階段，經(jīng)過此負(fù)阻區(qū)之后，陽極電壓達(dá)到保持電壓Vh，SCR由此 進(jìn)入平穩(wěn)的放電區(qū)，從而有效釋放ESD電流，直到器件因熱效應(yīng)被二次擊穿。
[0009] 但是此處的SCR的擊穿電壓是由NW/PW構(gòu)成的PN結(jié)的擊穿電壓決定的，在 0.3加 mBCD工藝中，NW/PW結(jié)的擊穿電壓高達(dá)40V，顯然不適用于擊穿電壓為9V的內(nèi)部忍片 中。即便是采用在NW/PW上覆蓋一層N+采用NMOS觸發(fā)的SCRW及襯底觸發(fā)SCR也只能將SCR的 Vtl降到IOV左右，其器件參數(shù)也不易于調(diào)整，難W滿足應(yīng)用要求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于靜電防護(hù)的可控娃整流器，可W 一并實(shí)現(xiàn)觸發(fā)電壓和保持電壓的可調(diào)節(jié)性。
[0011] 本實(shí)用新型還提出一種使用可控娃整流器的靜電防護(hù)電路。
[0012] 本實(shí)用新型所提出的用于靜電防護(hù)的可控娃整流器包括襯底、深埋層、第一類型 阱區(qū)、第二類型阱區(qū)、第一類型滲雜區(qū)和第二類型滲雜區(qū)。深埋層位于該襯底之上。第一類 型阱區(qū)位于該深埋層之上，包括互相間隔的第一子阱區(qū)和第二子阱區(qū)。第二類型阱區(qū)位于 該深埋層之上且介于該第一子阱區(qū)和該第二子阱區(qū)之間W將該第一子阱區(qū)和該第二子阱 區(qū)隔離，其中該第二類型阱區(qū)的橫向尺寸與該可控娃整流器的觸發(fā)電壓和保持電壓關(guān)聯(lián)。 第一類型滲雜區(qū)位于該第一類型阱區(qū)的表面，包括第一滲雜區(qū)、第二滲雜區(qū)、第=滲雜區(qū)和 第四滲雜區(qū)，該第一滲雜區(qū)和該第二滲雜區(qū)位于該第一類型阱區(qū)的表面的兩側(cè)，該第=滲 雜區(qū)和該第四滲雜區(qū)分別與該第二類型阱區(qū)的頂部?jī)蓚?cè)相鄰。第二類型滲雜區(qū)位于該第一 類型阱區(qū)的表面，包括第五滲雜區(qū)和第六滲雜區(qū)，該第五滲雜區(qū)間隔地位于該第一滲雜區(qū) 和該第=滲雜區(qū)之間，該第六滲雜區(qū)間隔地位于該第二滲雜區(qū)和該第四滲雜區(qū)之間。
[0013] 在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，上述的可控娃整流器還包括場(chǎng)氧化層，分別覆蓋該 第一滲雜區(qū)和該第五滲雜區(qū)之間、該第五滲雜區(qū)和該第=滲雜區(qū)之間，該第四滲雜區(qū)和該 第六滲雜區(qū)之間、該第六滲雜區(qū)和該第二滲雜區(qū)之間的第一類型阱區(qū)的表面，W及覆蓋該 第二類型阱區(qū)的表面。
[0014] 在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，該第一滲雜區(qū)和該第五滲雜區(qū)連接該可控娃整流器 的陽極端和陰極端之一，該第六滲雜區(qū)和該第四滲雜區(qū)連接該可控娃整流器的陽極端和陰 極端之一。
[0015] 在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，該第一類型阱區(qū)為P阱，該第二類型阱區(qū)為N阱，第一 類型滲雜區(qū)為P型滲雜區(qū)，該第二類型滲雜區(qū)N型滲雜區(qū)。
[0016] 在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，該第一類型阱區(qū)為N阱，該第二類型阱區(qū)為P阱，第一 類型滲雜區(qū)為N型滲雜區(qū)，該第二類型滲雜區(qū)P型滲雜區(qū)。
[0017] 在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，該襯底為P型襯底，該深埋層為N型深埋層。
[0018] 在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，該襯底為N型襯底，該深埋層為P型深埋層。
[0019] 在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，該第二類型阱區(qū)的橫向尺寸與該可控娃整流器的觸 發(fā)電壓滿足如下公式
其中q為電子電荷，Na為寬度為L(zhǎng)a的區(qū)域內(nèi)的阱滲雜濃 度，Es為娃的介電常數(shù)。
[0020] 本實(shí)用新型還提出一種靜電防護(hù)電路，包括如上所述的可控娃整流器，該可控娃 整流器連接在兩電壓端之間。
[0021] 在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，上述的靜電防護(hù)電路還包括二極管，連接在輸入/輸 出端口與該電壓端之間。
[0022] 本實(shí)用新型由于采用W上技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)較低的觸發(fā)電壓W及足夠高的保持 電壓，并且觸發(fā)電壓和保持電壓均可調(diào)。使得在普通BCD工藝下，可控娃整流器也可W滿足 忍片的ESD設(shè)計(jì)窗口，并且用于忍片的全忍片ESD防護(hù)。
【附圖說明】
[0023] 為讓本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，W下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用 新型的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明，其中：
[0024] 圖1是典型的ESD防護(hù)器件的電流-電壓回退曲線。
[0025] 圖2是已知的可控娃整流器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)剖面圖。
[00%]圖3是圖2所示可控娃整流器的等效電路圖。
[0027] 圖4是本實(shí)用新型一實(shí)施例的可控娃整流器半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0028] 圖5是圖4所示可控娃整流器的直流仿真結(jié)果。
[0029] 圖6是圖4所示可控娃整流器的瞬態(tài)仿真結(jié)果。
[0030] 圖7是本實(shí)用新型另一實(shí)施例的可控娃整流器半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0031 ]圖8是本實(shí)用新型另一實(shí)施例的可控娃整流器半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0032] 圖9是本實(shí)用新型一實(shí)施例的全忍片靜電防護(hù)電路的基本結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 本實(shí)用新型的實(shí)施例描述用于靜電防護(hù)化SD)的可控娃整流器。為了克服傳統(tǒng)可 控娃整流器的固有缺陷，實(shí)現(xiàn)可調(diào)的觸發(fā)電壓和保持，同時(shí)提供高效率的ESD防護(hù)，本實(shí)用 新型的實(shí)施例描述一種雙向可控娃整流器。
[0034] 圖4是本實(shí)用新型一實(shí)施例的可控娃整流器半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖。參考圖4所示， 如圖4所示，本實(shí)施例的可控娃整流器400可包括襯底401、深埋層(Buried Layer)402、第一 類型阱區(qū)403、第二類型阱區(qū)404、第一類型滲雜區(qū)405、第二類型滲雜區(qū)406W及場(chǎng)氧化層 407。深埋層401位于襯底之上。第一類型阱區(qū)403和第二類型阱區(qū)404均位于深埋層402之 上。第一類型阱區(qū)403包括互相間隔的第一子阱區(qū)403a和第二子阱區(qū)403b。第二類型阱區(qū) 404則介于第一子阱區(qū)403a和第二子阱區(qū)403b之間W將二者隔離。在本實(shí)施例中，第一類型 阱區(qū)403例如是P阱，而第二類型阱區(qū)404例如是N阱。