一種增大靜電電流有效流通面積的esd防護器件的製作方法

2023-05-15 22:14:41 1

專利名稱：一種增大靜電電流有效流通面積的esd防護器件的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於集成電路技術領域，特別涉及一種在不改變工藝的條 件下，節省布局、增加靜電電流洩放有效面積的靜電放電防護器件。
背景技術：
靜電放電是在一個集成電路浮接的情況下，大量的電荷從外向內灌入 集成電路的瞬時過程，整個過程大約耗時100ns。此外，在集成電路放電時 會產生數百甚至數千伏特的高壓，這會打穿集成電路中的輸入級的柵氧化 層。隨著集成電路中的MOS管的尺寸越來越小，柵氧化層的厚度也越來越 薄，在這種趨勢下，使用高性能的靜電防護器件來洩放靜電放電的電荷以 保護柵極氧化層不受損害是十分必需的。
靜電放電現象的模式主要有四種人體放電模式(HBM)、機械放電模 式(MM)、器件充電模式(CDM)以及電場感應模式(FIM)。對一般集成電路 產品來說， 一般要經過人體放電模式，機械放電模式以及器件充電模式的 測試。為了能夠承受如此高的靜電放電電壓，集成電路產品通常必須使用 具有高性能、高耐受力的靜電放電保護器件。
為了達成保護晶片抵禦靜電襲擊的目的，目前已有多種靜電防護器件 被提出，比如二極體，柵極接地的MOS管，其中公認效果比較好的防護器 件是可控矽SCR (silicon controlled rectifier)。該防護器件的具體結構如圖1 所示，P型襯底ll上為阱區，阱區包括N阱12和P阱16， N阱12和P阱 16上均有兩個注入區，分別是N+注入區14和P+注入區15。其中N阱12 的N+注入區設置在遠離P阱16的一端，P+注入區設置在靠近P阱16的一 端；P阱16的P+注入區設置在遠離N阱12的一端，N+注入區設置在靠近 N阱12的一端。一 N+注入區設置在N阱12和P阱16連接處上方並跨接 在N阱12和P阱16之間，所有注入區之間是用淺壕溝隔離STI 13進行隔
離。N阱12的N+注入區和P+注入區接電學陽極Anode， P阱16的N+注 入區和P+注入區接電學陰極Cathode。圖2是和這個SCR結構相對應的電 原理圖。在集成電路的正常操作下，靜電放電保護器件是處於關閉的狀 態，不會影響集成電路輸入輸出接合墊上的電位。而在外部的靜電灌入集 成電路而產生瞬間的高電壓的時候，這個器件會開啟導通，迅速地排放掉 靜電電流。但是該可控矽SCR在惡劣的靜電環境下防靜電的效果不是非常 理想。 發明內容
本實用新型的目的就是針對現有技術的不足，提供一種在不增加晶片 布局面積的前提下，增大SCR襯底內電流洩放的有效面積而有效提高防護 靜電能力的靜電放電防護器件。
本實用新型的靜電放電防護器件包括P型襯底，P型襯底上為阱區，阱 區包括N阱和P阱，N阱和P阱上均設有兩個注入區，分別是N+注入區和 P+注入區。其中N阱的N+注入區設置在遠離P阱的一端，P+注入區設置 在靠近P阱的一端；P阱的P+注入區設置在遠離N阱的一端，N+注入區設 置在靠近N阱的一端；中心N+注入區設置在N阱和P阱連接處上方並跨 接在N阱和P阱之間。阱區上方設置有多晶矽層，多晶矽層與阱區之間設 置SiCb氧化層。所述的多晶矽層和Si02氧化層的長度大於或等於N阱的 P+注入區靠近P阱的側面與P阱N+注入區靠近N阱的側面之間的距離；
多晶矽層和Si02氧化層開有與注入區對應的通孔。
多晶矽層和Si02氧化層的長度等於N阱的P+注入區靠近P阱的側面 與P阱N+注入區靠近N阱的側面之間的距離時，多晶矽層和&02氧化層 上開有與中心N+注入區對應的通 L，通孔的位置和形狀與中心N+注入區 相同。
多晶矽層和Si02氧化層的長度大於N阱的P+注入區靠近P阱的側面 與P阱N+注入區靠近N阱的側面之間的距離時，所有對應中心N+注入 區、N+注入區和P+注入區位置的多晶矽層和Si02氧化層上開有通孔，中 心N+注入區、N+注入區和P+注入區與對應的通孔的位置和形狀相同。
本實用新型中的P型襯底、N阱和P阱採用現有的可控矽SCR對應的
結構和工藝，Si02氧化層採用現有通用的澱積等工藝即可實現。
本實用新型的多晶矽版圖層是鏤空的，這樣不僅能使中心N+注入區能 夠穿越多晶矽的通孔，跨接在N型阱和P型阱之間，在多晶矽層和Si02氧 化層的長度大於N阱的P+注入區靠近P阱的側面與P阱N+注入區靠近N 阱的側面之間的距離時，N阱和P阱中的相應的N+注入區和P+注入區能 夠穿越多晶矽的通孔注入到對應的阱區，這樣便能夠顯著地提高靜電電流 洩放的有效面積。如此就能夠在不額外增加晶片面積的情況下，利用現有 的工藝條件來增大SCR襯底內的有效面積使得在靜電電流通過這個SCR器 件的時候，能夠更均勻，更分散，更快地洩放掉，從而提高了靜電放電防 護器件的靜電耐受力，有效提高防護靜電能力。

圖1為現有技術的可控矽SCR靜電放電防護器件的剖面圖2為圖l的等效電原理圖3為本實用新型一實施例的剖面圖4為圖3的俯視圖5為本實用新型另一實施例的剖面圖； 圖6為圖5的俯視圖7為本實用新型又一實施例的剖面圖8為圖7的俯視圖。
具體實施方式
以下結合說明書附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。
實施例1:
如圖3和圖4所示，增大靜電電流有效流通面積的ESD防護器件包括P 型襯底31， P型襯底31上為阱區，阱區包括N阱32和P阱39， N阱32和 P阱39上均設有兩個注入區，分別是N+注入區33和P+注入區35，兩個 注入區通過淺壕溝隔離STI 34進行隔離。其中N阱32的N+注入區設置在 遠離P阱39的一端，P+注入區設置在靠近P阱39的一端；P阱39的P+注
入區設置在遠離N阱32的一端，N+注入區設置在靠近N阱32的一端；中 心N+注入區36設置在N阱32和P阱39連接處上方並跨接在N阱32和P 阱39之間。阱區上方設置有多晶矽層37，多晶矽層37與阱區之間設置 Si02氧化層38。多晶矽層37和&02氧化層38的長度等於N阱32的P+注 入區靠近P阱39的側面與P阱39的N+注入區靠近N阱32的側面之間的 距離。多晶矽層37和Si02氧化層38上開有與中心N+注入區36對應的通 孔41，通孔41的位置和形狀與中心N+注入區36相同。 實施例2:
如圖5和圖6所示，增大靜電電流有效流通面積的ESD防護器件包括P 型襯底51， P型襯底51上為阱區，阱區包括N阱52和P阱59， N阱52和 P阱59上均設有兩個注入區，分別是N+注入區53和P+注入區55，兩個 注入區通過淺壕溝隔離STI 54進行隔離。其中N阱52的N+注入區設置在 遠離P阱59的一端，P+注入區設置在靠近P阱59的一端；P阱59的P+注 入區設置在遠離N阱52的一端，N+注入區設置在靠近N阱52的一端；中 心N+注入區56設置在N阱52和P阱59連接處上方並跨接在N阱52和P 阱59之間。阱區上方設置有多晶矽層57，多晶矽層57與阱區之間設置 Si02氧化層58。多晶矽層57和Si02氧化層58的長度等於N阱52的P+注 入區遠離P阱59的側面與P阱59的N+注入區遠離N阱52的側面之間的 距離。多晶矽層57和Si02氧化層58上開有與中心N+注入區56對應的通 孔61 ，以及與N阱52中P+注入區和P阱59中N+注入區對應的凹槽62， 通孔61的位置和形狀與中心N+注入區56相同，凹槽62的位置和形狀與 對應的N+注入區和P+注入區相同。 實施例3:
如圖7和圖8所示，增大靜電電流有效流通面積的ESD防護器件包括P 型襯底71， P型襯底71上為阱區，阱區包括N阱72和P阱78， N阱72和 P阱78上均設有兩個注入區，分別是N+注入區73和P+注入區74。其中N 阱72的N+注入區設置在遠離P阱78的一端，P+注入區設置在靠近P阱 78的一端；P阱78的P+注入區設置在遠離N阱72的一端，N+注入區設置在靠近N阱72的一端；中心N+注入區75設置在N阱72和P阱78連接處 上方並跨接在N阱72和P阱78之間。阱區上方設置有多晶矽層76，多晶 矽層76與阱區之間設置SiCb氧化層77。多晶矽層76和Si2氧化層77的 長度等於N阱72的N+注入區遠離P阱78的側面與P阱78的P+注入區遠 離N阱72的側面之間的距離。多晶矽層76和Si02氧化層77上開有與中心 N+注入區75、 N阱72的P+注入區和P阱78的N+注入區對應的通孔81 ， 以及與N阱72中N+注入區和P阱78中P+注入區對應的凹槽82。通孔81 的位置和形狀與中心N+注入區、N阱的P+注入區和P阱的N+注入區相 同，凹槽82的位置和形狀與對應的N+注入區和P+注入區相同。
權利要求1、一種增大靜電電流有效流通面積的ESD防護器件，包括P型襯底，P型襯底上為阱區，阱區包括N阱和P阱，N阱和P阱上均設有兩個注入區，分別是N+注入區和P+注入區，其中N阱的N+注入區設置在遠離P阱的一端，P+注入區設置在靠近P阱的一端，P阱的P+注入區設置在遠離N阱的一端，N+注入區設置在靠近N阱的一端，中心N+注入區設置在N阱和P阱連接處上方並跨接在N阱和P阱之間，其特徵在於所述的阱區上方設置有多晶矽層，多晶矽層與阱區之間設置SiO2氧化層；所述的多晶矽層和SiO2氧化層的長度大於或等於N阱的P+注入區靠近P阱的側面與P阱N+注入區靠近N阱的側面之間的距離；多晶矽層和SiO2氧化層開有與注入區對應的通孔。
2、 如權利要求1所述的一種增大靜電電流有效流通面積的ESD防護 器件，其特徵在於多晶矽層和Si02氧化層的長度與N阱的P+注入區靠近 P阱的側面與P阱N+注入區靠近N阱的側面之間的距離相同，多晶矽層 和Si02氧化層上開有與中心N+注入區對應的通孔，通孔的位置和形狀與 中心N+注入區相同。
3、 如權利要求1所述的一種增大靜電電流有效流通面積的ESD防護 器件，其特徵在於多晶矽層和Si02氧化層的長度大於N阱的P+注入區靠 近P阱的側面與P阱N+注入區靠近N阱的側面之間的距離，所有對應中 心N+注入區、N+注入區和P+注入區位置的多晶矽層和Si02氧化層上開 有通孔，中心N+注入區、N+注入區和P+注入區與對應的通孔的位置和 形狀相同。
專利摘要本實用新型涉及一種靜電放電防護器件。現有的可控矽SCR防靜電的效果不理想。本實用新型的阱區上方設置有多晶矽層和SiO2氧化層。多晶矽層和SiO2氧化層的長度大於或等於N阱的P+注入區靠近P阱的側面與P阱N+注入區靠近N阱的側面之間的距離。多晶矽層和SiO2氧化層開有與注入區對應的通孔。本實用新型可以使中心N+注入區、N+注入區和P+注入區能夠穿越通孔注入到對應的阱區，能夠顯著地提高靜電電流洩放的有效面積，更均勻、更分散、更快地洩放掉，從而提高了靜電放電防護電路的靜電耐受力，有效提高防護靜電能力。
文檔編號H01L27/04GK201041806SQ20072010694
公開日2008年3月26日 申請日期2007年3月5日 優先權日2007年3月5日
發明者強 崔, 張吉皓, 斯瑞珺, 曾才賦, 杜宇禪, 杜曉陽, 慧 洪, 董樹榮, 茗 陳, 霍明旭, 雁 韓, 黃大海 申請人:浙江大學