一种由反偏二极管触发的双向可控硅器件制造技术

本发明专利技术公开了一种由反偏二极管触发的双向可控硅器件，其器件结构由P型衬底；P型衬底上的BN+埋层和高压N阱（HV Nwell）；以及位于高压N阱（HV Nwell）中的P-body、P-base、P-base、P-body；位于P-body之中的P+扩散区、N+扩散区、P+扩散区；位于P-base之中的P+环形扩散区、N+扩散区；位于P-base之中的P+环形扩散区、N+扩散区；位于P-body之中的N+扩散区、P+扩散区、P+扩散区构成。本发明专利技术为可控硅静电防护器件，具有双向泄放静电的能力和基本对称的正反向静电防护特性；采用二极管反偏的击穿电压触发SCR的开启，有效地降低了SCR的触发电压；在版图的布局上将触发用二极管嵌入到SCR结构中，较大地节省了器件面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术电路静电防护器件设计领域，尤其涉及一种可泄放正静电脉冲和负静电脉冲、具有低触发、低漏电、泄放电荷能力强的双向可控硅器件。
技术介绍
静电放电（Electro-StaticDischarge，ESD）是一种无处不在的现象，可能发生在任何两个物体之间。它一般由物体的摩擦、碰撞、电感应等方式产生，通过人体接触、金属机械设备接触、生产线上的电磁场等途径进入芯片内，其放电波形具有放电速度快、瞬时电压高的特点。静电放电对芯片的正常工作造成了巨大的威胁，严重时将烧毁芯片。且随着芯片向小型化、高密度和多功能化的发展，芯片对静电放电也愈来愈敏感，仅美国的电子产业每年因静电放电造成的经济损失就高达数百亿美元，可见提高芯片对静电放电的防护能力是重要而迫切的。可控硅器件（SiliconControlledRectifier，SCR）是一种芯片内用于ESD防护的常规器件结构如图1所示（图1为双向SCR），它具有极好地释放静电的能力。它与二极管、三极管、场效应晶体管相比，因其自身的正反馈机制而具有电流泄放能力强、单位面积泄放效率高、导通电阻小、鲁棒性强、防护级别高的优点，能够在半导体平面工艺上，以较小的芯片面积达成较高的静电防护等级。触发电压（Triggervoltage）指的是使得SCR结构开启时需要的电压。一般普通的SCR具有较高的触发电压，其触发电压很可能大于一些在较低电压下工作的电路的耐压。所以对于耐压需求低的电路，为了保证内部电路在SCR结构开启并泄放电流之前不被损坏，我们不能仅仅使用普通的SCR器件进行静电防护。维持电压（Holdingvoltage）指的是SCR结构在泄放电流时所保持的电压。如图1所示，为了使ESD保护器件可以在正常泄放ESD电流或噪声干扰消失后可以自动关断，恢复正常工作，维持电压一般设置为高于VDD的电压。在现有的SCR结构图中提高维持电压的办法就是增加图1中“S”的距离，但是这样就会造成面积的增加，若可以有效的利用这些增加的面积，就可以减小器件面积的浪费。TVS瞬态抑制二极管(TransientVoltageSuppressor)是一种在稳压管工艺基础上发展起来的新产品，是一种二极管形式的高效能保护器件，虽然它在电路中的表示符号与普通二极管一样，但是它却有独特的性能，当TVS的两端在受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度(最高达1/(10^12)秒)使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。达林顿管（Darlingtontube）又称复合管，用于把很微小的信号放大成较大的信号。如图2所示为正偏二极管低压触发的双向可控硅器件等效电路，这种结构相比于反偏二极管低压触发的双向可控硅器件等效电路，为了达到合适的触发电压，需要依靠N个正偏二极管的正偏电压累加到大于电路的工作电压，从而保证电路的正常工作（N取决于所设计的触发电压，例如，按每个二极管正向导通的电压为0.7伏，12伏左右的触发电压大概需要17个二极管）。所以正偏二极管低压触发的双向可控硅器件不能有效地减小版图面积的使用，而且较多的二极管集成在一起很可能形成达林顿管的结构，造成较大的漏电或其它危害导致器件失效。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术由反偏二极管触发的双向可控硅器件，本专利技术CR结构以满足ESD的高效泄放，同时要解决SCR触发电压过高的问题和为了提高维持电压而导致面积增大的问题，以及解决较多的二极管结构可能产生的达林顿管效应，以保证所设计的ESD保护器件可以在低触发、高维持电压、稳定性好的条件下良好工作，完成ESD的泄放。为达到上述目的，本专利技术术方案是：一种由反偏二极管触发的双向可控硅器件，包括：P型半导体衬底、形成于P型半导体衬底上的BN+埋层以及形成于BN+埋层上的高压N阱，所述的高压N阱内从左到右依次设有第一P-body区、第一P-base区、第二P-base区、第二P-body区；第一P-body区内横向上从左至右依次为第一P+注入区、第一N+注入区，纵向上第一N+注入区与第五P+注入区交替分布，第一N+注入区与第五P+注入区之间无间距，第一P+注入区与第一N+注入区、第五P+注入区存在一定间距，第一P+注入区与第一N+注入区接到阳极；第一P-base区内从左至右依次为第二环形P+注入区、第二N+注入区，第二环形P+注入区与第二N+注入区之间有一定间隔（第一P-base区内的整个结构组成了一个二极管）；第二P-base区内从左至右依次为第三环形P+注入区、第三N+注入区，第三环形P+注入区与第三N+注入区之间有一定间隔（第二P-base区内的整个结构组成了一个二极管）；第二P-body区内横向上从左至右依次为第四P+注入区、第四N+注入区，纵向上第四N+注入区与第六P+注入区交替分布，第四N+注入区与第六P+注入区之间无间距，第四P+注入区与第四N+注入区、第六P+注入区存在一定间距，第四P+注入区与第四N+注入区接到阴极。正向路径的第二环形P+注入区、第三环形P+注入区、第五P+注入区均接到一起；反向路径的第二环形P+注入区、第三环形P+注入区、第六P+注入区均接到一起；正向路径的第二N+注入区、第三N+注入区与反向路径的第二N+注入区、第三N+注入区均接到一起。与现有的器件相比，本专利技术点：1、相比于现有的正偏二极管触发SCR器件，本专利技术偏二极管触发SCR的结构，避免了太多二极管结构可能形成的达林顿管效应，保证了该器件有较高的稳定性；2、相比于现有的SCR器件，本专利技术原有的反向击穿PN结转移到了反偏二极管的反向击穿PN结上，从而降低了SCR的触发电压，解决了原有的SCR触发电压较高的问题；3、相比于现有的SCR器件，为了得到较高的维持电压而增加面积，本专利技术发电压用的反偏二极管放在增加的面积处，合理的利用了版图的面积，避免了面积的浪费。附图说明图1为现有双向SRC结构剖面图；图2为现有正偏二极管低压触发的双向可控硅器件等效电路；图3为本专利技术管触发的双向可控硅器件的版图示意图；图4为图3中A1—A1处的正向路径的剖面图；图5为图3中A2—A2处的反向路径的剖面图；图6为本专利技术管低压触发的双向可控硅器件等效电路。具体实施方式以下结合附图和具体实施对本专利技术进一步的详细说明。如图3、图4、图5所示，一种适用于12V工作电压的由反偏二极管触发的双向可控硅器件，图3为该器件的版图示意图，图4为该器件正向路径的剖面图，图5为该器件反向路径的剖面图；该器件包括5层，其中底层为P型衬底；第二层为设置在P型衬底上的BN+埋层200；第三层为形成于BN+埋层上的高压N阱（HVNwell）300；第四层为位于高压N阱（HVNwell）中的四个注入区：第一P-body区400、第一P-base区401、第二P-base区402、第二P-body区403；第五层分别位于第一P-body区400、第一P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由反偏二极管触发的双向可控硅器件，包括：P型半导体衬底、形成于P型半导体衬底上的BN+埋层以及形成于BN+埋层上的高压N阱，所述的高压N阱内从左到右依次设有第一P‑body区、第一P‑base区、第二P‑base区、第二P‑body区；第一P‑body区内横向从左到右依次设有第一P+注入区、第一N+注入区，纵向设有第五P+注入区与第一N+注入区交替分布；第一P‑base区内从左到右依次设有第二环形P+注入区、第二N+注入区；第二P‑base区内从左到右依次设有第三环形P+注入区、第三N+注入区；第二P‑body区内横向从左到右依次设有第四P+注入区、第四N+注入区，纵向设有第六P+注入区与第四N+注入区交替分布；所述第一P+注入区、第一N+注入区连接阳极，第四N+注入区和第四P+注入区连接阴极，正向路径的第二环形P+注入区、第三环形P+注入区、第五P+注入区均接到一起；反向路径的第二环形P+注入区、第三环形P+注入区、第六P+注入区均接到一起；正向路径的第二N+注入区、第三N+注入区与反向路径的第二N+注入区、第三N+注入区均接到一起。

【技术特征摘要】
1.一种由反偏二极管触发的双向可控硅器件，包括：
P型半导体衬底、形成于P型半导体衬底上的BN+埋层以及形成于BN+埋层上的高压N阱，所述的高压N阱内从左到右依次设有第一P-body区、第一P-base区、第二P-base区、第二P-body区；
第一P-body区内横向从左到右依次设有第一P+注入区、第一N+注入区，纵向设有第五P+注入区与第一N+注入区交替分布；
第一P-base区内从左到右依次设有第二环形P+注入区、第二N+注入区；
第二P-base区内从左到右依次设有第三环形P+注入区、第三N+注入区；
第二P-body区内横向从左到右依次设有第四P+注入区、第四N+注入区，纵向设有第六P+注入区与第四N+注入区交替分布；
所述第一P+注入区、第一N+注入区连接阳极，第四N+注入区和第四P+注入区连接阴极，正向路径的第二环形P+注入区、第三环形P+注入区、第五P+注入区均接到一起；反向路径的第二环形P+注入区、第三环形P+注入区、第六P+注入区均接到一起；正...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，董鹏，周子杰，金湘亮，关健，
申请(专利权)人：湖南静芯微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43