一种基于SCR的高维持电压ESD器件制造技术

本发明专利技术提供一种基于SCR的高维持电压ESD器件，包括：P型衬底、NWELL区、第一N+接触区、第一P+接触区、PWELL区、第一齐纳注入区、第二N+接触区、第二P+接触区；第一齐纳注入区覆盖第二N+接触区尺寸为D1，第二P+接触区位于第二N+接触区右侧；第一N+接触区、第一P+接触区通过金属短接形成金属阳极；第二N+接触区、第二P+接触区通过金属短接形成金属阴极，本发明专利技术可以通过控制齐纳注入覆盖第二N+接触区距离D1调节器件的维持电压，可以通过控制浮空N+区与浮空P+区距离D2调节触发电压，本发明专利技术版图结构，在不增加横向面积的条件下，显著提高了器件的鲁棒性。

A High Maintenance Voltage ESD Device Based on SCR

【技术实现步骤摘要】
一种基于SCR的高维持电压ESD器件
本专利技术属于电子科学与
，主要涉及到集成电路片上静电泄放(ElectroStaticDischarge，简称为ESD)防护技术，具体的说是涉及一类同时具有高鲁棒性，强抗闩锁(latch-up)能力的，用于高压集成电路的ESD防护器件。
技术介绍
ESD即静电泄放，是自然界普遍存在的现象。ESD存在于人们日常生活的各个角落。而就是这样习以为常的电学现象对于精密的集成电路来讲却是致命的威胁。然而，对于已经完成封装的芯片来说，各个电源/输入/输出引脚就成为人体模型(HBM)，机器模型(MM)，人体金属模型(HMM)等脉冲电流的进入的通道。强的ESD脉冲不仅会造成芯片的硬失效，还会诱发由于ESD防护器件设计不当所带来的各种效应(如latch-up闩锁效应，softleakage软失效等)。除此之外，在芯片的制造过程中，只有极少数的ESD失效可以直接检测出来。大部分的ESD损伤并不会对芯片的性能产生明显影响从而通过标准测试，最终进入到客户手中。这类芯片在各种应用场合中“带病工作”，不断的威胁着其所在系统的可靠性。对于高压集成电路而言，由于闩锁效应(latch-uplike)的存在，传统SCR结构(如图1所示)通常不能够直接用于高压ESD防护。为了避免在高压应用中由于ESD引起的闩锁效应，需要将ESD防护器件的维持电压提升至VDD电压以上，以满足ESD防护器件的传统设计窗口。根据SCR器件的工作原理，高维持电压技术可大致分为两类：BJT退化和堆叠SCR结构。然而这样的高维持电压设计虽然能够消除latch-up现象，但同时也会提高器件开态时所承受的电压从而提高功率，ESD防护器件本身的鲁棒性会大大降低。为了使得器件具有高鲁棒性，将不可避免的增加了芯片面积，如堆叠SCR结构、多指状版图结构。因此ESD器件版图面积、高维持电压以及强ESD鲁棒性三者构成了一个难以折中的矛盾关系。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种具有高维持电压的ESD防护结构、小面积且强鲁棒性的版图方案，可用于高压ESD防护。为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：一种基于SCR的高维持电压ESD器件，包括：P型衬底101、位于P型衬底101上方左侧的NWELL区201、位于NWELL区201内部上方的第一N+接触区211、位于NWELL区201内部上方的第一P+接触区111；其中，P+接触区111位于第一N+接触区211右侧；位于P型衬底101上方右侧的PWELL区102、位于PWELL区102内部上方的第一齐纳注入区121、位于PWELL区102内部上方的第二N+接触区212、位于PWELL区102内部上方的第二P+接触区112；其中，第一齐纳注入区121覆盖第二N+接触区212尺寸为D1，0≤D1<第二N+接触区总尺寸，第二P+接触区112位于第二N+接触区212右侧；第一N+接触区211、第一P+接触区111通过金属短接形成金属阳极301；第二N+接触区212、第二P+接触区112通过金属短接形成金属阴极302。作为优选方式，NWELL区201与PWELL区102上方相交处中间设有与第一P+接触区111相切的N+浮空区213，N+浮空区213右侧与第一齐纳注入区121距离为D2。作为优选方式，PWELL区102上表面设有P+浮空区113，P+浮空区113左侧与第一齐纳注入区121左侧重合，P+浮空区113右侧与第二N+接触区212左侧相切。作为优选方式，NWELL区201表面第一P+接触区111替换为第二齐纳注入区122，第二齐纳注入区122右侧与N+浮空区213相切。作为优选方式，所述NWELL区201与PWELL区102相切；N+浮空区213、第一齐纳注入区121与P+浮空区113在宽度方向(y方向)形成尺寸比第二齐纳注入区122、第二N+接触区212更大的终端结构。作为优选方式，N+浮空区213形成半包围第二齐纳注入区122终端结构，第一齐纳+注入区121与P+浮空区113形成半包围第二N+接触区212终端结构。本专利技术的有益效果为1：本专利技术提出的ESD防护器件可以通过控制齐纳注入覆盖第二N+接触区距离D1调节器件的维持电压。2：本专利技术提出的ESD防护器件可以通过控制浮空N+区与浮空P+区距离D2调节触发电压。3：本专利技术提出的ESD防护器件的版图结构，在不增加横向面积的条件下，显著提高了器件的鲁棒性。附图说明图1为传统SCR器件结构图；图2为实施例1的结构图；图3为实施例2的结构图；图4为实施例3的结构图；图5为实施例4的结构图；图6为实施例1等效电路图；图7为实施例1传统版图结构；图8为实施例5的版图结构；图9为实施例6的版图结构；图10为实施例1拉偏参数D1的I-V特性；图11为实施例3拉偏参数D1的I-V特性；图12为实施例4不同版图结构的I-V特性；图13为实施例4不同版图结构的失效点分布；101为P型衬底，201为NWELL区，102为PWELL区；211为第一N+接触区、212为第二N+接触区、213为N+浮空区、111为第一P+接触区、112为第二P+接触区、113为P+浮空区、121为第一齐纳注入区、122为第二齐纳注入区、301为金属阳极，302为金属阴极、401为有源区、501为接触孔。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。实施例1如图2所示，本实施例器件结构，包括：P型衬底101、位于P型衬底101上方左侧的NWELL区201、位于NWELL区201内部上方的第一N+接触区211、位于NWELL区201内部上方的第一P+接触区111；其中，P+接触区111位于第一N+接触区211右侧；位于P型衬底101上方右侧的PWELL区102、位于PWELL区102内部上方的第一齐纳注入区121、位于PWELL区102内部上方的第二N+接触区212、位于PWELL区102内部上方的第二P+接触区112；其中，第一齐纳注入区121覆盖第二N+接触区212尺寸为D1，0≤D1<第二N+接触区总尺寸，第二P+接触区112位于第二N+接触区212右侧；第一N+接触区211、第一P+接触区111通过金属短接形成金属阳极301；第二N+接触区212、第二P+接触区112通过金属短接形成金属阴极302。本例的工作原理为：图6为本专利技术技术方案提供的基于SCR的高维持电压ESD器件的等效电路图，与现有的基于SCR的ESD器件相比，新增的第一齐纳注入区121与第二N+接触区212形成了齐纳二极管。Rpw为P阱区电阻，Rnw1为N阱区电阻，ZD为齐纳二极管，Q1、Q1’为寄生PNP晶体管，Q2为寄生NPN晶体管。ZP/NWELL/PWELL结构提供了一种新的PNP路径(Q1’+ZD称为路径1)。未被第一齐纳注入区121覆盖的第二N+接触区212(有效N+)/NWELL/PWELL也形成了SCR路径(Q1+Q2称为路径2)。下面对照图6说明本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SCR的高维持电压ESD器件，其特征在于包括：P型衬底(101)、位于P型衬底(101)上方左侧的NWELL区(201)、位于NWELL区(201)内部上方的第一N+接触区(211)、位于NWELL区(201)内部上方的第一P+接触区(111)；其中，P+接触区(111)位于第一N+接触区(211)右侧；位于P型衬底(101)上方右侧的PWELL区(102)、位于PWELL区(102)内部上方的第一齐纳注入区(121)、位于PWELL区(102)内部上方的第二N+接触区(212)、位于PWELL区(102)内部上方的第二P+接触区(112)；其中，第一齐纳注入区(121)覆盖第二N+接触区(212)尺寸为D1，0≤D1<第二N+接触区总尺寸，第二P+接触区(112)位于第二N+接触区(212)右侧；第一N+接触区(211)、第一P+接触区(111)通过金属短接形成金属阳极(301)；第二N+接触区(212)、第二P+接触区(112)通过金属短接形成金属阴极(302)。

【技术特征摘要】
1.一种基于SCR的高维持电压ESD器件，其特征在于包括：P型衬底(101)、位于P型衬底(101)上方左侧的NWELL区(201)、位于NWELL区(201)内部上方的第一N+接触区(211)、位于NWELL区(201)内部上方的第一P+接触区(111)；其中，P+接触区(111)位于第一N+接触区(211)右侧；位于P型衬底(101)上方右侧的PWELL区(102)、位于PWELL区(102)内部上方的第一齐纳注入区(121)、位于PWELL区(102)内部上方的第二N+接触区(212)、位于PWELL区(102)内部上方的第二P+接触区(112)；其中，第一齐纳注入区(121)覆盖第二N+接触区(212)尺寸为D1，0≤D1<第二N+接触区总尺寸，第二P+接触区(112)位于第二N+接触区(212)右侧；第一N+接触区(211)、第一P+接触区(111)通过金属短接形成金属阳极(301)；第二N+接触区(212)、第二P+接触区(112)通过金属短接形成金属阴极(302)。2.根据权利要求1所述的一种基于SCR的高维持电压ESD器件，其特征在于：NWELL区(201)与PWELL区(102)上方相交处中间设有与第一P+接触区(111)...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔明，齐钊，何林蓉，肖家木，梁龙飞，童成伟，张发备，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51