專利名稱：Scr防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，尤其是一種SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
靜電對(duì)于電子產(chǎn)品的傷害一直是不易解決的問(wèn)題，當(dāng)今流行的工藝技 術(shù)是使用SCR (可控硅結(jié)構(gòu))作為ESD (靜電放電)保護(hù)器件，如圖1所示， 現(xiàn)有的SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，包括P型襯底6，在所述P型襯底6上包括有 N阱注入?yún)^(qū)4和P阱注入?yún)^(qū)5;在所述N阱注入?yún)^(qū)4內(nèi)包括有一個(gè)P型注入 區(qū)8和一個(gè)N型注入?yún)^(qū)9以及隔開(kāi)二者的一個(gè)場(chǎng)氧化層隔離區(qū)10;在所述 P阱注入?yún)^(qū)5也包括有一個(gè)P型注入?yún)^(qū)2和一個(gè)N型注入?yún)^(qū)3，不過(guò)在二者 之間有若干二極管單元7，每個(gè)二極管單元由P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)以及 位于二者之間的場(chǎng)氧化層隔離區(qū)組成。ESD電荷注入端(圖中未示出)與所 述N阱注入?yún)^(qū)4的P型注入?yún)^(qū)8和N型注入?yún)^(qū)9相連接。P阱注入?yún)^(qū)5中的 P型注入?yún)^(qū)2， P阱注入?yún)^(qū)5中的N阱注入?yún)^(qū)3， N阱注入?yún)^(qū)4中的P型注入 區(qū)8以及N型注入?yún)^(qū)9組成了 P-N-P-N四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。這也是導(dǎo)致金屬 氧化層晶體管閂鎖效應(yīng)問(wèn)題的結(jié)構(gòu)。在ESD的防護(hù)能力上，這種結(jié)構(gòu)能在 最小的布局面積下，提供最高的ESD防護(hù)能力。其開(kāi)啟電壓相當(dāng)于N阱注 入?yún)^(qū)4與P阱注入?yún)^(qū)5的接面擊穿電壓。由于N阱注入具有較低的摻雜濃 度，因此其擊穿電壓高達(dá)30-50V，具有如此高的擊穿電壓，使得其要保護(hù) 的內(nèi)部電路有可能早于其開(kāi)啟就被ESD靜電電荷打壞。
這種防靜電保護(hù)器件的等效電路可參見(jiàn)圖2，包括有一個(gè)PNP管和一個(gè) NPN管，所述PNP管的發(fā)射極通過(guò)一個(gè)電阻接到該P(yáng)NP管的基極，所述PNP 管的集電極連接到所述NPN管的基極，所述PNP管的基極還連接到所述NPN 管的集電極，所述NPN管的發(fā)射極通過(guò)另一個(gè)電阻連接到該NPN管的基極， 所述NPN管的發(fā)射極經(jīng)二極管串單元后接地，所述PNP管的發(fā)射極作為 Anode陽(yáng)極。當(dāng)ESD發(fā)生時(shí)，泄放的靜電電荷會(huì)造成保護(hù)器件的兩個(gè)寄生三 極管，即圖2中的PNP管和NPN管導(dǎo)通。如圖3所示，器件會(huì)產(chǎn)生Snapback (階躍恢復(fù))的現(xiàn)象，當(dāng)ESD發(fā)生時(shí)，泄放的靜電電荷會(huì)造成這兩個(gè)寄生 三極管的開(kāi)啟，其N阱的反向PN結(jié)發(fā)生擊穿，此時(shí)寄生三極管進(jìn)行正向放 大區(qū)，出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)，電流增大，電壓減小，見(jiàn)AB—段，B點(diǎn)為發(fā)生負(fù)阻 效應(yīng)的電壓最小值，在NPN管的發(fā)射基增加二極管串單元接地后，可以有 效的提高B點(diǎn)電壓，使得發(fā)生Snapback現(xiàn)象后的維持電壓B點(diǎn)不至于低于 正常工作時(shí)的VDD電壓，防止閂鎖效應(yīng)發(fā)生。
但是，隨著ESD電荷的進(jìn)一步增大，電壓又會(huì)隨著電流一起增大，見(jiàn) BC—段。C點(diǎn)為電流過(guò)大造成三極管熱損壞點(diǎn)。其中A點(diǎn)N阱反向PN結(jié)擊 穿電壓高達(dá)30-50V，具有如此高的擊穿電壓，使得其要保護(hù)的內(nèi)部電路有 可能早于其開(kāi)啟就被ESD靜電電荷打壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，它可以 降低觸發(fā)電壓，能夠在發(fā)生靜電放電時(shí)，寄生NPN管和PNP管能夠及時(shí)開(kāi) 啟，充分的對(duì)器件進(jìn)行保護(hù)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案是，它
包括P型襯底，在所述P型襯底上包括有N阱注入?yún)^(qū)和P阱注入?yún)^(qū)；在所
述N阱注入?yún)^(qū)內(nèi)包括有一個(gè)P型注入?yún)^(qū)和一個(gè)N型注入?yún)^(qū)，所述N阱注入 區(qū)內(nèi)的P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)之間被一個(gè)場(chǎng)氧化層隔離區(qū)隔開(kāi)；在所述P 阱注入?yún)^(qū)也包括有一個(gè)P型注入?yún)^(qū)和一個(gè)N型注入?yún)^(qū)，所述P阱注入?yún)^(qū)的P 型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)之間有若干二極管單元，所述二極管單元由P型注 入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)以及位于二者之間的場(chǎng)氧化層隔離區(qū)組成，其中，在所 述N阱注入?yún)^(qū)內(nèi)的P型注入?yún)^(qū)與所述P阱注入?yún)^(qū)的N型注入?yún)^(qū)之間的場(chǎng)氧 化層隔離區(qū)的上面設(shè)置有多晶硅，所述多晶硅連接有一個(gè)觸發(fā)電路。
本發(fā)明通過(guò)在傳統(tǒng)的可控硅結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了多晶硅與氧化層隔離 組成的觸發(fā)結(jié)構(gòu)，有效的降低了可控硅的開(kāi)啟電壓(圖3A點(diǎn))，而不影響其 保護(hù)能力。既保證不增加新的工藝條件，又使得用于ESD放電的寄生NPN 管與PNP管更容易開(kāi)啟，可以充分發(fā)揮其ESD能力。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明
圖1為現(xiàn)有的SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的示意圖2為現(xiàn)有的SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的等效電路圖3為產(chǎn)生階躍恢復(fù)現(xiàn)象的電流一電壓曲線圖4為本發(fā)明SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的示意圖5為本發(fā)明SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的等效電路圖。
圖中附圖標(biāo)記為，1.場(chǎng)氧化層隔離區(qū)；2. P型注入?yún)^(qū)；3. N型注入
區(qū)；4. N阱注入?yún)^(qū)；5. P阱注入?yún)^(qū)；6. P型襯底；7.若干二極管單元； 8. P型注入?yún)^(qū)；9. N型注入?yún)^(qū)；10.場(chǎng)氧化層隔離區(qū)；11.多晶硅。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)圖4所示。和現(xiàn)有技術(shù)一樣，它包 括P型襯底6，在P型襯底6上包括有N阱注入?yún)^(qū)4和P阱注入?yún)^(qū)5;在N 阱注入?yún)^(qū)4內(nèi)包括有一個(gè)P型注入?yún)^(qū)8和一個(gè)N型注入?yún)^(qū)9以及隔開(kāi)二者 的一個(gè)場(chǎng)氧化層隔離區(qū)10;在P阱注入?yún)^(qū)5也包括有一個(gè)P型注入?yún)^(qū)2和 一個(gè)N型注入?yún)^(qū)3，不過(guò)在二者之間有若干二極管單元7，每個(gè)二極管單元 由位于獨(dú)立的N阱注入?yún)^(qū)的P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)以及位于二者之間的 場(chǎng)氧化層隔離區(qū)組成。另外，二極管單元的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要的維持電壓 設(shè)定。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在N型注入?yún)^(qū)3和P型注入?yún)^(qū)8之間的場(chǎng)氧 化層隔離區(qū)1置有一個(gè)多晶硅11。
多晶硅11連接有一個(gè)觸發(fā)電路。所述觸發(fā)電路包括一個(gè)電阻R和一個(gè) 電容C，電阻R的一端與多晶硅11相連接，電容C的一端也與所述多晶硅 IO相連接，電阻R的另一端連接接地端，電容C的另一端連接到ESD電荷 進(jìn)入端。
本發(fā)明SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的等效電路如圖5所示，包括有一個(gè)PNP 管和一個(gè)NPN管，PNP管的發(fā)射極通過(guò)一個(gè)電阻接到該P(yáng)NP管的基極，所
述PNP管的集電極連接到所述NPN管的基極，所述PNP管的基極還連接到 所述NPN管的集電極，所述NPN管的發(fā)射極通過(guò)另一個(gè)電阻連接到該NPN
管的基極，所述NPN管的發(fā)射極接地，所述PNP管的發(fā)射極作為ESD電荷 注入端。電容C的一端連接到ESD電荷進(jìn)入端，另一端連接與電阻R的一 端相連接，電阻R的另一端接地，電容C與電阻R相連接的一端產(chǎn)生觸發(fā) 信號(hào)，控制NPN管。
這種可控硅整流器上加多晶硅觸發(fā)結(jié)構(gòu)，當(dāng)ESD發(fā)生時(shí)，會(huì)有一正電 壓加到多晶硅11上，在多晶硅11和場(chǎng)氧化層隔離區(qū)1下面，在N型注入 區(qū)3與N阱注入?yún)^(qū)4之間的P型襯底6區(qū)域，會(huì)有感應(yīng)電子產(chǎn)生，這些感 應(yīng)生成的離子擴(kuò)展了 N阱注入?yún)^(qū)4的耗盡層區(qū)域，減小與N型注入?yún)^(qū)3的 距離，這時(shí)由于ESD電荷聚集在N阱注入?yún)^(qū)4內(nèi)，提高了N阱注入?yún)^(qū)4的 電壓，導(dǎo)致N阱注入?yún)^(qū)4的耗盡區(qū)進(jìn)一步向橫向擴(kuò)展，與N型注入?yún)^(qū)3相 接觸時(shí)就發(fā)生了穿通效應(yīng)(punch through),電流急劇上升，導(dǎo)致寄生的 NPN管與PNP管導(dǎo)通進(jìn)入電流放大區(qū)，瀉放了 ESD電荷。而在非ESD發(fā)生狀 態(tài)下，多晶硅11是通過(guò)大電阻R接地，N阱注入?yún)^(qū)4與N型注入?yún)^(qū)3不會(huì) 發(fā)生穿通效應(yīng)。此結(jié)構(gòu)可降低圖3中A點(diǎn)觸發(fā)電位，使其進(jìn)行ESD瀉流時(shí) 的電壓不會(huì)因?yàn)樘咴斐蓛?nèi)部電路損壞。
權(quán)利要求
1. 一種SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，包括P型襯底，在所述P型襯底上包括有N阱注入?yún)^(qū)和P阱注入?yún)^(qū)；在所述N阱注入?yún)^(qū)內(nèi)包括有一個(gè)P型注入?yún)^(qū)和一個(gè)N型注入?yún)^(qū)，所述N阱注入?yún)^(qū)內(nèi)的P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)之間被一個(gè)場(chǎng)氧化層隔離區(qū)隔開(kāi)；在所述P阱注入?yún)^(qū)也包括有一個(gè)P型注入?yún)^(qū)和一個(gè)N型注入?yún)^(qū)，所述P阱注入?yún)^(qū)的P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)之間有若干二極管單元，所述二極管單元由P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)以及位于二者之間的場(chǎng)氧化層隔離區(qū)組成，其特征在于，在所述N阱注入?yún)^(qū)內(nèi)的P型注入?yún)^(qū)與所述P阱注入?yún)^(qū)的N型注入?yún)^(qū)之間的場(chǎng)氧化層隔離區(qū)的上面設(shè)置有多晶硅，所述多晶硅連接有一個(gè)觸發(fā)電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述二 極管單元的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要的維持電壓設(shè)定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述觸 發(fā)電路包括一個(gè)電阻和一個(gè)電容，所述電阻的一端與所述多晶硅相連接， 所述電容的一端也與所述多晶硅相連接，所述電阻的另一端接地，所述電 容的另一端連接到ESD電荷注入端。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種SCR防靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，包括P型襯底，在P型襯底上包括有N阱注入?yún)^(qū)和P阱注入?yún)^(qū)；在N阱注入?yún)^(qū)內(nèi)包括有一個(gè)P型注入?yún)^(qū)和一個(gè)N型注入?yún)^(qū)，N阱注入?yún)^(qū)內(nèi)的P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)之間被一個(gè)場(chǎng)氧化層隔離區(qū)隔開(kāi)；在P阱注入?yún)^(qū)也包括有一個(gè)P型注入?yún)^(qū)和一個(gè)N型注入?yún)^(qū)，P阱注入?yún)^(qū)的P型注入?yún)^(qū)和N型注入?yún)^(qū)之間有若干二極管單元，在所述N阱注入?yún)^(qū)內(nèi)的P型注入?yún)^(qū)與所述P阱注入?yún)^(qū)的N型注入?yún)^(qū)之間的場(chǎng)氧化層隔離區(qū)的上面設(shè)置有多晶硅，所述多晶硅連接有一個(gè)觸發(fā)電路。本發(fā)明有效的降低了可控硅的開(kāi)啟電壓，既保證不增加新的工藝條件，又使得用于ESD放電的寄生NPN管與PNP管更容易開(kāi)啟，可以充分發(fā)揮其ESD能力。
文檔編號(hào)H01L27/04GK101207122SQ20061014741
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
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