本发明专利技术公开了一种栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，包括衬底P‑Sub；衬底P‑Sub中设有DN‑Well区；DN‑Well区中设有第一P‑Well区和第二P‑Well区；第一P‑Well区中设有第一多晶硅栅、第二P+注入区；第二P‑Well区中设有第三P+注入区、第二多晶硅栅。本发明专利技术的第一多晶硅栅、第二P+注入区、第三P+注入区、第二多晶硅栅构成栅极增强型光控结构，能够使得双向可控硅器件的维持电压可调控，即利用雪崩倍增产生的光生载流子来调节P‑Well与DN‑Well的浓度，从而使得寄生BJT的基区浓度发生变化，达到改变发射效率，调控维持电压的目的。
Structure and fabrication of gate-enhanced photocontrolled silicon controlled electrostatic discharge device
【技术实现步骤摘要】
栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构及其制作方法
本专利技术涉及静电防护领域，特别涉及一种栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构及其制作方法。
技术介绍
随着社会的不断进步，科学水平的不断提高，集成电路的发展已经进入纳米级别。静电放电(ESD)是造成集成电路芯片失效的主要原因之一，并且静电积累位于人类日常生活中的方方面面。因此，越来越多的IC设计工程师开始关注于半导体ESD的保护。根据相关数据证明，在集成电路微电子领域的大环境下，由于ESD现象造成的电子产品失效达到58%以上，造成的经济损失达到数千亿，这个数据充分说明了静电放电保护的重要性。一个高性能的ESD保护器件，可以提高电子产品的良品率与稳健性。在位于可变的宽电源电压环境下，大电流、可变的工作电压、强电磁干扰等因素给ESD设计造成了很大的麻烦，而且设计ESD保护器件需要占用面积小、抗闩锁能力强是目前ESD设计人员需要克服的最大难题。传统双向可控硅(DDSCR)器件，具有正向和反向对称的ESD放电路径。当该器件开启时，由于器件内部寄生PNP与寄生NPN的类闩锁正反馈机制，导致可控硅的触发电压较高、维持电压较低，所以能够承受较高的ESD电流应力而不发生失效。作为一种很常用的ESD保护器件，可控硅结构被认作是单位面积鲁棒性最好的ESD器件，各类经过改进的可控硅结构广泛用于各个领域。但是，由于传统可控硅的触发依赖于触发面反偏PN结的雪崩击穿电压，因此该结构的触发电压较高。当BJT完全开启后，器件的维持电压很低且不可调控，很容易产生器件内部的闩锁，并且当传统可控硅应用于高压环境时，器件的抗ESD能力也略显不足。这些缺陷将使得被保护芯片的内部核心电路得不到有效的保护。所以在宽电源电压领域的ESD设计中，对可控硅结构进行改进时，应当设法提高结构的维持电压，使得维持电压始终保持1.2倍VDD以上，达到可调控的目的。降低结构的触发电压，使得器件触发电压低于芯片内部最低栅氧化层的击穿电压。并且还需要保证结构具有较高的失效等级。传统双向可控硅器件的剖面图和等效电路如图1所示。由于双向可控硅具有对称结构，因此正向和反向的工作原理一致。双向可控硅正向开启时，当阳极和阴极之间的电压差低于器件的触发电压时，双向可控硅器件为高阻态，当阳极和阴极之间的电压差达到其触发电压时，DN-Well和P+注入区(靠近阴极)的反偏PN结发生雪崩击穿效应，雪崩倍增的载流子经过DN-Well的寄生电阻Rn产生压降，当压降达到寄生PNP三极管的基极-发射极的导通电压时，PNP开启，从而导致经过P-Well(靠近阴极)的寄生电阻Rp2的电流迅速增加，其产生的压降导通寄生NPN2三极管，寄生的PNPN路径逐渐形成，泄放ESD电流，此时可控硅路径完全开启。双向可控硅反向开启时，当阳极和阴极之间的电压差低于器件的触发电压时，双向可控硅器件为高阻态，当阳极和阴极之间的电压差达到其触发电压时，DN-Well和P+注入区(靠近阳极)的反偏PN结发生雪崩击穿效应，雪崩倍增的载流子经过DN-Well的寄生电阻Rn产生压降，当压降达到寄生PNP三极管的基极-发射极的导通电压时，PNP开启，从而导致经过P-Well(靠近阳极)的寄生电阻Rp1的电流迅速增加，其产生的压降导通寄生NPN1三极管，寄生的PNPN路径逐渐形成，泄放ESD电流，此时可控硅路径完全开启。此时，双向可控硅器件产生负阻现象，发生电流不断提高而电压降低的现象，当电压回滞到维持电压后，器件工作在低阻区域。当电流最终增加到使双向可控硅器件发生二次击穿，此时器件结构就彻底失效了。
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、抗ESD能力强的栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，并提供其制作方法。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，其特征在于：包括衬底P-Sub；所述衬底P-Sub中设有DN-Well区；DN-Well区中从左至右依次设有第一P-Well区和第二P-Well区；所述第一P-Well区中从左至右依次设有第一场氧隔离区、第一P+注入区、第二场氧隔离区、第一N+注入区、第一多晶硅栅、第三场氧隔离区、第二P+注入区；所述第二P-Well区中从左至右依次设有第三P+注入区、第六场氧隔离区、第二多晶硅栅、第三N+注入区、第七场氧隔离区、第四P+注入区、第八场氧隔离区；所述第二P+注入区横跨在第一P-Well区和DN-Well区的表面，所述第三P+注入区横跨在DN-Well区和第二P-Well区的表面，所述第二P+注入区与第二P+注入区之间从左至右依次设有第四场氧隔离区、第二N+注入区、第五场氧隔离区；所述第一P+注入区、第一N+注入区、第一多晶硅栅连接在一起并作为器件的阴极；所述第二多晶硅栅、第三N+注入区、第四P+注入区连接在一起并作为器件的阳极。上述栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，所述第一P-Well区中的第一多晶硅栅、第二P+注入区、第二P-Well区中的第三P+注入区、第二多晶硅栅构成栅极增强型光控结构，所述栅极增强型光控结构在器件的阳极和阴极分别产生与ESD电流泄放路径一致的电场力，从而促进器件中的载流子移动，提高器件的失效电流。上述栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，所述第一场氧隔离区的左侧与衬底P-Sub的左侧边缘平齐，所述第一场氧隔离区的右侧与第一P+注入区的左侧相连接，所述第一P+注入区的右侧与第二场氧隔离区的左侧相连接，所述第二场氧隔离区的右侧与第一N+注入区的左侧相连接，所述第一N+注入区的右侧与第一多晶硅栅的左侧相连接，所述第一多晶硅栅的右侧与第三场氧隔离区的左侧相连接，所述第三场氧隔离区的右侧与第二P+注入区的左侧相连接。上述栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，所述第二P+注入区的右侧与第四场氧隔离区的左侧相连接，所述第四场氧隔离区的右侧与第二N+注入区的左侧相连接，所述第二N+注入区的右侧与第五场氧隔离区的左侧相连接，所述第五场氧隔离区的右侧与第三P+注入区的左侧相连接。上述栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，所述第三P+注入区的右侧与第六场氧隔离区的左侧相连接，所述第六场氧隔离区的右侧与第二多晶硅栅的左侧相连接，所述第二多晶硅栅的右侧与第三N+注入区的左侧相连接，所述第三N+注入区的右侧与第七场氧隔离区的左侧相连接，所述第七场氧隔离区的右侧与第四P+注入区的左侧相连接，所述第四P+注入区的右侧与第八场氧隔离区的左侧相连接，所述第八场氧隔离区的右侧与衬底P-Sub的右侧边缘平齐。上述栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，当正向ESD应力来到器件阳极，器件阴极接地电位时，所述第一N+注入区、第一P-Well区和DN-Well构成纵向NPN2三极管，同时所述第一P-Well区、DN-Well和第四P+注入区构成横向PNP三极管Ⅰ，并且横向PNP三极管Ⅰ的基极与纵向NPN2三极管的集电极通过DN-Well的寄生电阻连接在一起，纵向NPN2三极管的基极与横向PNP三极管Ⅰ的集电极通过第一P-Well区的寄生电阻连接在一起，即所述纵向NPN2三极管和横向PNP三极管Ⅰ构成可控硅结构。上述栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，当反向ESD应力来到器件阳极，器件阴极接地电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，其特征在于：包括衬底P‑Sub；所述衬底P‑Sub中设有DN‑Well区；DN‑Well区中从左至右依次设有第一P‑Well区和第二P‑Well区；所述第一P‑Well区中从左至右依次设有第一场氧隔离区、第一P+注入区、第二场氧隔离区、第一N+注入区、第一多晶硅栅、第三场氧隔离区、第二P+注入区；所述第二P‑Well区中从左至右依次设有第三P+注入区、第六场氧隔离区、第二多晶硅栅、第三N+注入区、第七场氧隔离区、第四P+注入区、第八场氧隔离区；所述第二P+注入区横跨在第一P‑Well区和DN‑Well区的表面，所述第三P+注入区横跨在DN‑Well区和第二P‑Well区的表面，所述第二P+注入区与第二P+注入区之间从左至右依次设有第四场氧隔离区、第二N+注入区、第五场氧隔离区；所述第一P+注入区、第一N+注入区、第一多晶硅栅连接在一起并作为器件的阴极；所述第二多晶硅栅、第三N+注入区、第四P+注入区连接在一起并作为器件的阳极。
【技术特征摘要】
1.一种栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，其特征在于：包括衬底P-Sub；所述衬底P-Sub中设有DN-Well区；DN-Well区中从左至右依次设有第一P-Well区和第二P-Well区；所述第一P-Well区中从左至右依次设有第一场氧隔离区、第一P+注入区、第二场氧隔离区、第一N+注入区、第一多晶硅栅、第三场氧隔离区、第二P+注入区；所述第二P-Well区中从左至右依次设有第三P+注入区、第六场氧隔离区、第二多晶硅栅、第三N+注入区、第七场氧隔离区、第四P+注入区、第八场氧隔离区；所述第二P+注入区横跨在第一P-Well区和DN-Well区的表面，所述第三P+注入区横跨在DN-Well区和第二P-Well区的表面，所述第二P+注入区与第二P+注入区之间从左至右依次设有第四场氧隔离区、第二N+注入区、第五场氧隔离区；所述第一P+注入区、第一N+注入区、第一多晶硅栅连接在一起并作为器件的阴极；所述第二多晶硅栅、第三N+注入区、第四P+注入区连接在一起并作为器件的阳极。2.根据权利要求1所述的栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，其特征在于：所述第一P-Well区中的第一多晶硅栅、第二P+注入区、第二P-Well区中的第三P+注入区、第二多晶硅栅构成栅极增强型光控结构，所述栅极增强型光控结构在器件的阳极和阴极分别产生与ESD电流泄放路径一致的电场力，从而促进器件中的载流子移动，提高器件的失效电流。3.根据权利要求2所述的栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，其特征在于：所述第一场氧隔离区的左侧与衬底P-Sub的左侧边缘平齐，所述第一场氧隔离区的右侧与第一P+注入区的左侧相连接，所述第一P+注入区的右侧与第二场氧隔离区的左侧相连接，所述第二场氧隔离区的右侧与第一N+注入区的左侧相连接，所述第一N+注入区的右侧与第一多晶硅栅的左侧相连接，所述第一多晶硅栅的右侧与第三场氧隔离区的左侧相连接，所述第三场氧隔离区的右侧与第二P+注入区的左侧相连接。4.根据权利要求3所述的栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，其特征在于：所述第二P+注入区的右侧与第四场氧隔离区的左侧相连接，所述第四场氧隔离区的右侧与第二N+注入区的左侧相连接，所述第二N+注入区的右侧与第五场氧隔离区的左侧相连接，所述第五场氧隔离区的右侧与第三P+注入区的左侧相连接。5.根据权利要求4所述的栅极增强型光控可控硅静电释放器件结构，其特征在于：所述第三P+注入区的右侧与第六场氧隔...
【专利技术属性】
技术研发人员：金湘亮，汪洋，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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