一种高防护等级单向可控硅静电防护器件及其制作方法与流程

1.本发明涉及静电防护领域，特别涉及一种高防护等级单向可控硅静电防护器件及其制作方法。


背景技术：

2.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。
3.传统的可控硅器件与其他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，但是为了达到更高的防护等级，往往需要进行将器件做成多叉指状，这样可能会有维持电压随着叉指数的增加而减小的问题，并且耗费大量面积，需要在设计的时候重点考虑。
4.传统的单向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scr阳极时，第二n型深阱与p阱形成反偏pn节，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，电流的流通路径为经过p阱寄生电阻流向了另一端，即阴极；当这个寄生的阱电阻两端的电压高于寄生npn三极管的cb结(由p阱与第三n 注入区构成)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pnp1三极管提供基极电流，寄生pnp1三极管也开启后，也为寄生npn三极管提供基极电流，构成正反馈回路，随着esd电流继续增加，pnp1为pnp2提供足够的基极电流以后，pnp2也相继开启，与npn构成scr路径，也可以泄放静电，但是传统scr的维持电压一般随着叉指数增加而减小，易超出设计窗口，容易造成闩锁，故需要避免其维持电压过小，但是提高维持电压的方法，会降低器件的鲁棒性，所以还需要着重考虑其鲁棒性。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单的高防护等级单向可控硅静电防护器件及其制作方法。
6.本发明实施例提供了一种高防护等级单向可控硅静电防护器件，包括p型衬底；
7.所述p型衬底内设有第一n型深阱和第二n型深阱；其中，所述第一n型深阱位于p型衬底左侧，所述第二n型深阱位于p型衬底右侧；
8.所述第二n型深阱右侧设有p阱；
9.所述第一n型深阱内设有第一p 注入区和第一n 注入区，其中，所述第一p 注入区位于所述第一n型深阱右侧，所述第一n 注入区位于所述第一n型深阱左侧；
10.所述第二n型深阱内设有第二p 注入区和第二n 注入区，其中，所述第二p 注入区位于所述第二n型深阱右侧，所述第二n 注入区位于所述第二n型深阱左侧；
11.所述第一n型深阱和所述第二n型深阱中间设有跨接的第四n 注入区；
12.所述p阱内设有第三p 注入区和第三n 注入区，其中，所述第三p 注入区位于所述
p阱右侧，所述第三n 注入区位于所述p阱左侧；
13.所述第一p 注入区、所述第一n 注入区、所述第二p 注入区和所述第二n 注入区连接在一起并作为器件的阳极，所述第三p 注入区和所述第三n 注入区连接在一起并作为器件的阴极。
14.其中，所述第一n 注入区左侧与所述p型衬底左侧边缘之间设有第一场氧隔离区；所述第一n 注入区右侧与所述第一p 注入区左侧连接，所述第一p 注入区右侧与跨接在所述第一n型深阱和所述第二n型深阱之间的所述第四n 注入区之间设有一个第二场氧隔离区；所述跨接在所述第一n型深阱和所述第二n型深阱之间的所述第四n 注入区与所述第二n 注入区右侧之间设有一个第三场氧隔离区；所述第二p 注入区右侧与所述第三n 注入区之间设有第四场氧隔离区，所述第二p 注入区左侧与位于所述第二n 注入区右侧连接；位于右侧的所述第三p 注入区右侧与所述p型衬底右侧边缘之间设有第五场氧隔离区。
15.其中，所述第一场氧隔离区的左部位于所述p型衬底的表面，所述第一场氧隔离区右部位于所述第一n型深阱的表面；所述第五场氧隔离区左部位于所述p阱的表面，所述第五场氧隔离区右部位于所述p型衬底的表面；所述第二场氧隔离区位于所述第一n型深阱的表面，所述第三场氧隔离区位于所述第二n型深阱的表面；所述第四场氧隔离区的左部位于所述第二n型深阱的表面，所述第四场氧隔离区右部位于所述p阱的表面。
16.其中，当高压esd脉冲到达器件的阳极，器件的阴极接低电位时，所述第二n型深阱中的所述第二p 注入区、所述第二n型深阱和所述p阱构成寄生pnp1三极管结构；所述第二n型深阱、所述p阱和所述第三n 注入区构成了寄生npn三极管；所述第一n型深阱中的所述第一p 注入区、所述第一n型深阱和所述p型衬底构成寄生pnp2三极管结构。
17.其中，所述p阱与所述第三n 注入区之间的距离为s1。
18.本发明实施例还提供了一种根据本发明中任一项所述的高防护等级单向可控硅静电防护器件的制作方法，包括以下步骤：
19.步骤一：在衬底中从左往右依次形成第一场氧隔离区、第二场氧隔离区、第三场氧隔离区、第四场氧隔离区及第五场氧隔离区；
20.步骤二：在衬底中形成第一n型深阱及第二n型深阱；
21.步骤三：在所述第二n型深阱右侧生成p阱；
22.步骤四：对所述第一n型深阱、所述第二n型深阱、所述p阱进行退火处理，消除杂质的扩散；
23.步骤五：在所述第一n型深阱中形成第一n 注入区、第一p 注入区；在所述第二n型深阱中形成第二n 注入区、第二p 注入区；在所述p阱中形成第三n 注入区、第三p 注入区；在所述第一n型深阱右侧和所述第二n型深阱的左侧跨接处形成第四n 注入区；
24.步骤六：对所述第一n 注入区、所述第一p 注入区、所述第二n 注入区、所述第二p 注入区、所述第三n 注入区、所述第三p 注入区、所述第四n 注入区进行退火处理，消除杂质在注入区的迁移；
25.步骤七：所述第一p 注入区、所述第一n 注入区、所述第二p 注入区和所述第二n 注入区连接在一起并作为器件的阳极，所述第三p 注入区和所述第三n 注入区连接在一起并作为器件的阴极。
26.其中，所述步骤一之前还包括如下步骤：
27.在所述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，然后进行化学机抛光，直到氮化硅层为止，去除掉氮化硅层。
28.本发明的有益效果在于：
29.1、本发明可根据防护等级的不同进行增减n型深阱及其n 注入区、p 注入区的数量，即若防护等级高，则增加n型深阱及其n 注入区、p 注入区的数量，改善器件电流均匀分布的情况，提高器件的鲁棒性，防护等级低，则减少n型深阱及其n 注入区、p 注入区的数量，缩小版图面积。
30.2、本发明的p阱与第三n 注入区之间的距离s1可调，当s1增大时，使得npn型三极管的基区宽度也随之增大，减小了纵向npn型三极管的放大倍数，维持电压随之增加。
31.3、本发明器件的维持电压不会随叉指数的增加而减小，维持电压的大小由先导通的内测scr路径的距离长短而决定。
附图说明
32.图1为传统单向scr静电防护器件的剖面图。
33.图2为传统单向scr静电防护器件的等效电路图。
34.图3为本发明一实施例提供的高防护等级单向可控硅静电防护器件的剖面图。
35.图4为本发明一实施例的高防护等级单向可控硅静电防护器件的等效电路图。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
37.如图3所示，一种高防护等级单向可控硅静电防护器件，包括p型衬底101；衬底中设有第一n型深阱201，第二n型深阱202；第二n型深阱202右侧设有p阱301；第一n型深阱201内设有第一p 注入区402和第一n 注入区401；第二n型深阱202内设有第二p 注入区405和第二n 注入区404；第一n型深阱201和第二n型深阱202中间设有跨接的第四n 注入区403；p阱301内设有第三p 注入区407和第三n 注入区406；第一p 注入区402、第一n 注入区401、第二p 注入区405和第二n 注入区404连接在一起并作为器件的阳极，第三p 注入区407和第三n 注入区406连接在一起并作为器件的阴极。
38.所述第一n 注入区401左侧与p型衬底101左侧边缘之间设有第一场氧隔离区501；第一n 注入区401右侧与第一p 注入区402左侧连接，所述第一p 注入区402右侧与跨接在第一n型深阱201和第二n型深阱202之间的第四n 注入区403之间设有一个第二场氧隔离区502；所述跨接在第一n型深阱201和第二n型深阱202之间的第四n 注入区403与第二n 注入区404右侧之间设有一个第三场氧隔离区503；所述第二p 注入区405右侧与第三n 注入区406之间设有第四场氧隔离区504，第二p 注入区405左侧与位于第二n 注入区404右侧连接；位于最右侧的第三p 注入区407右侧与p型衬底101右侧边缘之间之间设有第五场氧隔离区505。
39.所述第一场氧隔离区501的左部位于p型衬底101的表面，第一场氧隔离区501右部位于第一n型深阱201的表面；所述第五场氧隔离区505左部位于p阱301的表面，第五场氧隔
离区505右部位于p型衬底101的表面；所述第二场氧隔离区502位于第一n型深阱201的表面，所述第三场氧隔离区503位于第二n型深阱202的表面；所述第四场氧隔离区504的左部位于第二n型深阱202的表面，第四场氧隔离区504右部位于p阱301的表面。
40.如图4所示，当高压esd脉冲到达器件的阳极，器件的阴极接低电位时，所述第二n型深阱202中的第二p 注入区405、第二n型深阱202、p阱301够成寄生pnp1三极管结构；第二n型深阱202、p阱301、第三n 注入区406构成了寄生npn三极管；同时，第一n型深阱301中的第一p 注入区402、第一n型深阱201、p型衬底101也够成寄生pnp2三极管结构。第一n型深阱201里面的寄生pnp2管与第二n型深阱202里面的寄生pnp1管可以与p阱301中的npn管构成双向scr结构。
41.当esd高压脉冲达到器件的阳极的时候，第一p 注入区、第一n 注入区、第二p 注入区和第二n 注入区为高电位，第三p 注入区和第三n 注入区为低电位阴极。第二n型深阱202与p阱301被反偏，当脉冲电压高于该结的雪崩击穿电压时，器件的内部就会产生大量的雪崩电流，使得两个寄生电阻r
n阱1
、r
p阱
两端电压加大，其中一个寄生三极管先导通，为另一个寄生三极管进一步提供基极电流。由于最内侧的scr路径较短，导通电阻小，所以最内侧t1和t2构成的的scr先导通，内侧的寄生pnp1三极管导通后提供触发电流给外侧的t3三极管，之后t2与t3也形成scr结构，继续泄放静电电流，从而使得整个器件全部开启。
42.与传统单向可控硅静电防护器件相比，本器件在阳极增加了一个寄生三极管，由于内测scr路径较短，因此先开启，并且器件的维持电压由内测的scr路径决定。电流继续增加时，内测寄生三极管pnp1为外侧寄生三极管pnp2提供基极电流，外侧scr也会开启。同时由于有条泄放路径，均导通工作，电流分布更均匀，可以更好地泄放静电，使得器件防护等级也会较高。
43.本器件可根据不同应用场景下esd设计窗口的要求，根据防护等级的不同进行增减n型深阱及其n 注入区、p 注入区的数量，即若防护等级高，则增加n型深阱及其n 注入区、p 注入区的数量，改善器件电流均匀分布的情况，提高器件的鲁棒性，防护等级低，则减少n型深阱及其n 注入区、p 注入区的数量，缩小版图面积。
44.一种高防护等级单向可控硅静电防护器件的制作方法，包括以下步骤：
45.步骤一：在p型衬底101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，然后进行化学机抛光，直到氮化硅层为止，去除掉氮化硅层；
46.步骤二：在衬底中从左往右依次形成第一场氧隔离区501、第二场氧隔离区502、第三场氧隔离区503、第四场氧隔离区504、第五场氧隔离区505；
47.步骤三：在衬底中形成第一n型深阱201、第二n型深阱202；
48.步骤四：对第一n型深阱201、第二n型深阱202进行退火处理，消除杂质的扩散；
49.步骤五：在第一n型深阱201中形成第一n 注入区401、第一p 注入区402；在第二n型深202阱中形成第二n 注入区404、第二p 注入区405；在p阱301中形成第三n 注入区406、第三p 注入区407；在第一n型深阱201右侧和第二n型深阱202的左侧跨接处形成第四n 注入区403；
50.步骤六：对第一n 注入区401、第一p 注入区402、第二n 注入区404、第二p 注入区
405、第三n 注入区406、第三p 注入区407、第四n 注入区403进行退火处理，消除杂质在注入区的迁移；
51.步骤七：第一p 注入区402、第一n 注入区401、第二p 注入区405和第二n 注入区404连接在一起并作为器件的阳极，第三p 注入区407和第三n 注入区406连接在一起并作为器件的阴极。
52.本发明高防护等级单向可控硅静电防护器件的制作方法过程简单、操作方便。制作出的单向可控硅静电防护器件结构，可以通过增加n型深阱及其n 注入区和p 注入区的个数，改善器件的电流均匀分布情况，提高器件的鲁棒性；若需要的防护等级较低时，可以减少n型深阱及其n 注入区和p 注入区的个数，达到缩小版图面积的目的；通过加大s1距离可以提高维持电压。本器件能够运用在esd保护设计中，有效地保护了内部芯片，远离闩锁的风险。本发明实例器件采用0.5μm的cmos工艺。