一种高防护等级双向可控硅静电防护器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高防护等级双向可控硅静电防护器件，包括P型衬底；衬底中设有N型埋层；N型埋层上方为N型深阱；N型深阱内设有第一P阱、第二P阱；第一P阱内设有第一P+注入区和多个N+注入区Ⅰ；第二P阱内设有第二P+注入区和多个N+注入区Ⅱ；第一P+注入区、所有的N+注入区Ⅰ连接在一起并作为器件的阳极，第二P+注入区、所有的N+注入区Ⅱ连接在一起并作为器件的阴极。本发明专利技术可根据防护等级的不同进行增减N+注入区Ⅰ和N+注入区Ⅱ的数量，即若防护等级高，则增加N+注入区Ⅰ和N+注入区Ⅱ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+注入区Ⅰ和N+注入区Ⅱ的数量，缩小版图面积。

【技术实现步骤摘要】
一种高防护等级双向可控硅静电防护器件及其制作方法
本专利技术涉及静电防护领域，特别涉及一种高防护等级双向可控硅静电防护器件及其制作方法。
技术介绍
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。ESD引起失效的模式分别有硬失效、软失效、潜在失效。而引起这些失效的原因又可以分为电失效以及热失效。其中热失效指的是当ESD脉冲来临的时候，在芯片局部产生了几安培至几十安培的电流，持续时间短但是会产生大量的热量使得局部的金属连线熔化或者会使得芯片产生热斑，从而导致了二次击穿。电失效指的是加在栅氧化层的电压形成的电场强度大于了介电强度，使得表面产生击穿或者是介质的击穿。由于ESD对芯片造成的威胁越来越严重，其物理机制研究越来越受到重视。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。但是由于其触发电压高，维持电压低容易造成闩锁，需要在设计的时候重点考虑。双向可控硅器件是在传统可控硅基础上改良而来的，可以认为是一些反并联连接的普通可控硅的集成，其工作原理与传统单向可控硅相同，可以分别在正反两个方向对电压进行箝位。传统的双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脉冲加在双向SCR阳极时，N型深阱与第三P+注入区形成反偏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第二P阱寄生电阻流向了另一端，既阴极。当这个寄生的阱电阻两端的电压高于纵向NPN三极管的cb结（由第二P阱与第二N注入构成）的正向的导通电压的时候，此三极管开启。此三极管开通后，为横向PNP三极管提供基极电流，横向PNP三极管也开启后，也为纵向NPN三极管提供基极电流，构成正反馈回路。所以就算之后没有雪崩电流，由于三极管导通，也可以泄放静电。双向SCR为一个对称结构，当阴极出现ESD脉冲的时候，N型深阱与第二P+注入区产生的PN结雪崩击穿，使得PNP三极管与NPN三极管先后导通泄放静电。但是SCR具有高触发电压以及低维持电压，易超出设计窗口，容易造成闩锁，故需要提高其维持电压。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。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种结构简单的高防护等级双向可控硅静电防护器件及其制作方法。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种高防护等级双向可控硅静电防护器件，包括P型衬底；所述衬底中设有N型埋层；所述N型埋层上方为N型深阱；所述N型深阱内左侧设有第一P阱，N型深阱内右侧设有第二P阱；所述第一P阱内设有第一P+注入区和多个N+注入区Ⅰ，其中第一P+注入区位于第一P阱左侧，多个N+注入区Ⅰ依次排列位于第一P+注入区右侧；所述第二P阱内设有第二P+注入区和多个N+注入区Ⅱ，其中第二P+注入区位于第二P阱右侧，多个N+注入区Ⅱ依次排列位于第二P+注入区左侧；所述第一P+注入区、所有的N+注入区Ⅰ连接在一起并作为器件的阳极，所述第二P+注入区、所有的N+注入区Ⅱ连接在一起并作为器件的阴极。上述高防护等级双向可控硅静电防护器件，所述第一P+注入区左侧与P型衬底左侧边缘之间设有第一场氧隔离区，第一P+注入区右侧与位于最左侧的N+注入区Ⅰ左侧连接，每相邻两个N+注入区Ⅰ之间设有一个场氧隔离区Ⅰ；所述第二P+注入区右侧与P型衬底右侧边缘之间设有第七场氧隔离区，第二P+注入区左侧与位于最右侧的N+注入区Ⅱ右侧连接，每相邻两个N+注入区Ⅱ之间设有一个场氧隔离区Ⅱ；位于最右侧的N+注入区Ⅰ右侧与位于最左侧的N+注入区Ⅱ左侧之间设有第四场氧隔离区。上述高防护等级双向可控硅静电防护器件，所述第一场氧隔离区的左部位于P型衬底的表面，第一场氧隔离区右部位于第一P阱的表面；所述第七场氧隔离区左部位于第二P阱的表面，第七场氧隔离区右部位于P型衬底的表面；所述第四场氧隔离区左部位于第一P阱的表面，第四场氧隔离区右部位于第二P阱的表面。上述高防护等级双向可控硅静电防护器件，当高压ESD脉冲到达器件的阳极，器件的阴极接低电位时，任意一个N+注入区Ⅰ、第一P阱、N型深阱构成了纵向NPN型三极管，第一P阱、N型深阱、第二P阱构成横向PNP型三极管结构，任意一个N+注入区Ⅱ、第二P阱、N型深阱构成了纵向NPN型三极管。上述高防护等级双向可控硅静电防护器件，当高压ESD脉冲到达器件的阳极时，器件阴极接地电位，N型深阱与第二P阱被反偏，若脉冲电压高于N型深阱与第二P阱所形成的反偏PN结的雪崩击穿电压，器件的内部产生大量的雪崩电流，使得寄生电阻两端电压加大，由于最内侧的纵向NPN型三极管的阱寄生电阻总阻值最大，所以最内侧的纵向NPN型三极管先导通，最内侧的纵向NPN型三极管导通后提供触发电流给次内侧的纵向NPN型三极管，以此类推，直到所有纵向NPN型三极管全部开启，从而使得整个器件均匀触发。上述高防护等级双向可控硅静电防护器件，所述N+注入区Ⅰ和N+注入区Ⅱ的数量可根据防护等级的不同进行增减，即若防护等级高，则增加N+注入区Ⅰ和N+注入区Ⅱ的数量，防护等级低，则减少N+注入区Ⅰ和N+注入区Ⅱ的数量。上述高防护等级双向可控硅静电防护器件，最右侧N+注入区Ⅰ与第一P阱右侧边缘之间的距离S2可调，当S2增大时，静电防护器件的触发电压也随之增大。上述高防护等级双向可控硅静电防护器件，所述第一P阱与第二P阱之间的距离S1可调，当S1增大时，使得纵向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。一种高防护等级双向可控硅静电防护器件的制作方法，包括以下步骤：步骤一：根据防护等级确定N+注入区Ⅰ和N+注入区Ⅱ的数量均为M；步骤二：在P型衬底中从左至右依次生成第一场氧隔离区、M-1个场氧隔离区Ⅰ、第四场氧隔离区、M-1个场氧隔离区Ⅱ、第七场氧隔离区；步骤三：在P型衬底中形成N型埋层；步骤四：在N型埋层上方生成N型深阱；步骤五：在N型深阱里两侧分别生成第一P阱、第二P阱；步骤六：在第一P阱中从左至右依次形成第一P+注入区、M个N+注入区Ⅰ，在第二P阱中从左至右依次形成M个N+注入区Ⅱ、第二P+注入区；且第一场氧隔离区左侧与P型衬底左侧边缘接触，第一场氧隔离区右侧与第一P+注入区左侧接触，第一P+注入区右侧与位于最左侧的N+注入区Ⅰ左侧连接，每个场氧隔离区Ⅰ均位于两个相邻的N+注入区Ⅰ之间，第四场氧隔离区左侧与位于最右侧的N+注入区Ⅰ右侧接触，第四场氧隔离区右侧与位于最左侧的N+注入区Ⅱ左侧接触，每个场氧隔离区Ⅱ均位于两个相邻的N+注入区Ⅱ之间，位于最右侧的N+注入区Ⅱ右侧与第二P+注入区左侧接触，第二P+注入区右侧与第七场氧隔离区左侧接触，第七场氧隔离区右侧与P型衬底右侧边缘接触；步骤七：对第一P+注入区、M个N+注入区Ⅰ、M个N+注入区Ⅱ、第二P+注入区进行退火处理，消除杂质在注入区进行的迁移；步骤八：将第一P+注入区和M个N+注入区Ⅰ连接在一起并作为器件的阳极，将M个N+注入区Ⅱ和第二P+注入区连接在一起并作为器件的阴极。上述高防护等级双向可控硅静电防本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高防护等级双向可控硅静电防护器件，其特征在于：包括P型衬底；所述衬底中设有N型埋层；所述N型埋层上方为N型深阱；所述N型深阱内左侧设有第一P阱，N型深阱内右侧设有第二P阱；所述第一P阱内设有第一P+注入区和多个N+注入区Ⅰ，其中第一P+注入区位于第一P阱左侧，多个N+注入区Ⅰ依次排列位于第一P+注入区右侧；所述第二P阱内设有第二P+注入区和多个N+注入区Ⅱ，其中第二P+注入区位于第二P阱右侧，多个N+注入区Ⅱ依次排列位于第二P+注入区左侧；所述第一P+注入区、所有的N+注入区Ⅰ连接在一起并作为器件的阳极，所述第二P+注入区、所有的N+注入区Ⅱ连接在一起并作为器件的阴极。

【技术特征摘要】
1.一种高防护等级双向可控硅静电防护器件，其特征在于：包括P型衬底；所述衬底中设有N型埋层；所述N型埋层上方为N型深阱；所述N型深阱内左侧设有第一P阱，N型深阱内右侧设有第二P阱；所述第一P阱内设有第一P+注入区和多个N+注入区Ⅰ，其中第一P+注入区位于第一P阱左侧，多个N+注入区Ⅰ依次排列位于第一P+注入区右侧；所述第二P阱内设有第二P+注入区和多个N+注入区Ⅱ，其中第二P+注入区位于第二P阱右侧，多个N+注入区Ⅱ依次排列位于第二P+注入区左侧；所述第一P+注入区、所有的N+注入区Ⅰ连接在一起并作为器件的阳极，所述第二P+注入区、所有的N+注入区Ⅱ连接在一起并作为器件的阴极。2.根据权利要求1所述的高防护等级双向可控硅静电防护器件，其特征在于：所述第一P+注入区左侧与P型衬底左侧边缘之间设有第一场氧隔离区，第一P+注入区右侧与位于最左侧的N+注入区Ⅰ左侧连接，每相邻两个N+注入区Ⅰ之间设有一个场氧隔离区Ⅰ；所述第二P+注入区右侧与P型衬底右侧边缘之间设有第七场氧隔离区，第二P+注入区左侧与位于最右侧的N+注入区Ⅱ右侧连接，每相邻两个N+注入区Ⅱ之间设有一个场氧隔离区Ⅱ；位于最右侧的N+注入区Ⅰ右侧与位于最左侧的N+注入区Ⅱ左侧之间设有第四场氧隔离区。3.根据权利要求2所述的高防护等级双向可控硅静电防护器件，其特征在于：所述第一场氧隔离区的左部位于P型衬底的表面，第一场氧隔离区右部位于第一P阱的表面；所述第七场氧隔离区左部位于第二P阱的表面，第七场氧隔离区右部位于P型衬底的表面；所述第四场氧隔离区左部位于第一P阱的表面，第四场氧隔离区右部位于第二P阱的表面。4.根据权利要求2所述的高防护等级双向可控硅静电防护器件，其特征在于：当高压ESD脉冲到达器件的阳极，器件的阴极接低电位时，任意一个N+注入区Ⅰ、第一P阱、N型深阱构成了纵向NPN型三极管，第一P阱、N型深阱、第二P阱构成横向PNP型三极管结构，任意一个N+注入区Ⅱ、第二P阱、N型深阱构成了纵向NPN型三极管。5.根据权利要求4所述的高防护等级双向可控硅静电防护器件，其特征在于：当高压ESD脉冲到达器件的阳极时，器件阴极接地电位，N型深阱与第二P阱被反偏，若脉冲电压高于N型深阱与第二P阱所形成的反偏PN结的雪崩击穿电压，器件的内部产生大量的雪崩电流，使得寄生电阻两端电压加大，由于最内侧的纵向NPN型三极管的阱寄生电阻总阻值最大，所以最内侧的纵向NPN型三极管先导通，最内侧的纵向NPN型三极管导通后提供触发电流给次内侧的纵向NPN型三极管，以此类推，直到所有纵向NPN型三极管全部开启，从而使得整个器件均匀触发。6.根据权利要求4所述的高防护等级双向可...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，夹丹丹，杨红姣，芦俊，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43