具有垂直触发和放电路径的晶体管注入式可控硅整流器(SCR)制造技术

一种静电放电(ESD)保护电路具有可控硅整流器(SCR)，其放电电流路径在第一方向上。触发晶体管的触发电流在垂直于第一方向的第二方向上流动。触发晶体管可以是鳍式场效应晶体管(FinFET)晶体管，其电流沿着鳍片长边方向流动。触发电流流入连接N+漏极，并流入连接N+漏极中心部分下方的N‑阱，将载流子注入PNPN SCR的N‑基极。注入的电流流过基极，产生一个电压梯度，该电压梯度导通与FinFET晶体管平行但隔开的P+发射极中的PN结，导致垂直于鳍片流动的放电电流。垂直的放电电流流过衬底，衬底可以处理比小鳍片更大的电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有垂直触发和放电路径的晶体管注入式可控硅整流器(SCR)
本专利技术涉及静电放电(electro-static-discharge，ESD)保护电路，特别涉及鳍式场效应晶体管(FinField-EffectTransistor，FinFET)制程中带有垂直触发和放电装置的ESD保护电路。
技术介绍
集成电路(IC)很容易受到静电放电(ESD)脉冲的损坏。在IC的输入、输出或双向I/O引脚附近放置了各种ESD保护结构。这些保护结构中许多都使用无源组件，如串联电阻、二极管和厚氧化物晶体管。其他ESD结构则使用有源晶体管来安全地分流ESD电流。随着制造能力的提高和器件尺寸的缩小，在正常工作期间对晶体管施加较低的电压。这些较小的晶体管更容易发生过电压故障，但可以在较低的电源电压下工作，因此消耗的功率和产生的热量较少。这种较小的晶体管通常放置在IC的内“核”中，而栅长超过最小值的较大的晶体管会放置在核心周围的外围器件里。ESD保护结构则放置在使用这些较大晶体管的外围器件里。核心晶体管的较薄栅极氧化物，会被施加到微小核心器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种触发式可控硅整流器(SCR)静电放电(ESD)保护结构，包括：/n触发晶体管，其栅极用于控制在源极和连接漏极之间流动的触发电流，其中所述栅极、所述源极和所述连接漏极的第一部分形成在第一极性类型的衬底上方，其中所述源极和所述连接漏极是第二极性类型；/n其中，所述连接漏极延伸跨过阱边界，所述连接漏极在所述第一极性类型的衬底上方具有所述第一部分，在具有所述第二极性类型的阱上方具有第二部分；/n具有所述第一极性类型的第一SCR区域，其形成在所述阱中；/n第一端子，其连接到所述第一SCR区域；/n第二端子，其连接到所述源极；/n其中，所述第一SCR区域提供来自所述第一端子的放电电流，所述放电电流...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20210113 US 17/147,6011.一种触发式可控硅整流器(SCR)静电放电(ESD)保护结构，包括：
触发晶体管，其栅极用于控制在源极和连接漏极之间流动的触发电流，其中所述栅极、所述源极和所述连接漏极的第一部分形成在第一极性类型的衬底上方，其中所述源极和所述连接漏极是第二极性类型；
其中，所述连接漏极延伸跨过阱边界，所述连接漏极在所述第一极性类型的衬底上方具有所述第一部分，在具有所述第二极性类型的阱上方具有第二部分；
具有所述第一极性类型的第一SCR区域，其形成在所述阱中；
第一端子，其连接到所述第一SCR区域；
第二端子，其连接到所述源极；
其中，所述第一SCR区域提供来自所述第一端子的放电电流，所述放电电流从所述第一SCR区域穿过所述阱，流到所述源极下方的所述衬底，并流到所述源极至所述第二端子；
其中，所述放电电流沿第一方向流动；
其中，所述触发电流在所述栅极下方沿第二方向从所述源极流向所述连接漏极；
其中所述第一方向与所述第二方向正交；
从而所述触发电流和所述放电电流是正交的。


2.根据权利要求1所述的触发式SCRESD保护结构，还包括：
具有所述第一极性类型的第一抽头，所述第一抽头形成在所述衬底中，所述第一抽头通过连接到第二电源来偏置所述衬底；
具有所述第二极性类型的第二抽头，所述第二抽头形成在所述阱中，所述第二抽头通过连接到第一电源来偏置所述阱。


3.根据权利要求2所述的触发式SCRESD保护结构，其中所述第一SCR区域与包含所述触发晶体管、所述源极和所述连接漏极的一条线基本平行，其中，所述第一SCR区域通过所述阱与所述触发晶体管、所述源极和所述连接漏极分开。


4.根据权利要求3所述的触发式SCRESD保护结构，其中所述第一SCR区域位于所述第二抽头与所述触发晶体管之间。


5.根据权利要求2所述的触发式SCRESD保护结构，其中所述栅极和所述源极以及所述连接漏极的第一部分形成在所述第一极性类型的衬底的岛内；
其中，所述岛被所述第二极性类型的阱包围。


6.根据权利要求5所述的触发式SCRESD保护结构，还包括：
多个岛，每个岛都具有所述栅极、所述源极和所述连接漏极的第一部分；
其中，所述多个岛沿所述第二方向排列；
其中，相邻岛的所述连接漏极被连接在一起，所述连接漏极的第一部分在第一岛中，所述连接漏极的第二个第一部分在第二岛中，所述连接漏极的第二部分在所述第一部分和所述第二个第一部分之间。


7.根据权利要求2所述的触发式SCRESD保护结构，还包括：
第二栅极，其位于所述源极和具有所述第二极性类型的端部漏极之间；
其中，所述端部漏极延伸跨过所述阱边界，所述端部漏极的第一部分在所述第一极性类型的衬底上方，所述端部漏极的第二部分在具有所述第二极性类型的阱上方；
其中，所述端部漏极、所述源极和所述连接漏极均位于与所述第二方向平行的一条线上。


8.根据权利要求2所述的触发式SCRESD保护结构，其中所述源极和所述连接漏极形成在所述衬底表面上方的鳍片中，所述鳍片的长边方向平行于所述第二方向；
其中，所述触发电流在所述鳍片中沿所述第二方向流动；
其中，所述栅极形成在所述鳍片的顶部和所述鳍片的两个侧面上，所述栅极形成在所述源极和所述连接漏极之间；
其中，所述栅极、所述源极和所述连接漏极的第一部分形成鳍式场效应晶体管(FinFET)晶体管。


9.根据权利要求8所述的触发式SCRESD保护结构，其中，多个鳍片沿所述第二方向平行地形成，每个鳍片具有一个FinFET晶体管，其在所述第二方向上承载一部分触发电流；
其中，相邻鳍片的所述源极通过相邻鳍片之间的所述衬底中的第二极性类型的横向扩散而连接在一起；
其中，相邻鳍片上的所述栅极连接在一起；
其中，相邻鳍片的所述连接漏极通过所述相邻鳍片之间的所述衬底中的第二极性类型的横向扩散在而连接在一起。


10.根据权利要求9所述的触发式SCRESD保护结构，其中，所述第一SCR区域还包括形成在所述阱表面上方的多个鳍片，其中，所述多个鳍片包括彼此平行的鳍片，每个鳍片的长边都平行于所述第二方向。


11.根据权利要求2所述的触发式SCRESD保护结构，其中，所述第一极性类型为p型，所述第二极性类型为n型。


12.根据权利要求11所述的触发式SCRESD保护结构，其中，所述栅极连接至触发信号发生器，所述触发信号发生器在检测到静电放电(ESD)时激活所述栅极以传导所述触发电流。


13.根据权利要求2所述的触发式SCRESD保护结构，还包括：
第一极性类型的第一二极管区域，其连接到所述第二端子；
第二极性类型的第二二极管区域，其连接到所述第一端子；
其中所述第二抽头位于所述第一SCR区域和所述第一二极管区之间；
其中所述第一二极管区域位于所述第二抽头和所述第二二极管区域之间。


14.一种电气保护装置，包括：
第一极性类型的衬底；
形成在所述衬底中的第二极性类型的阱；
其中所述第一极性类型与所述第二极性类型相反；
被所述阱包围的衬底岛；
第一极性类型的第一发射极区域，所述第一发射极区域在所述阱中形成为一连续的发射带，所述连续发射带比所述岛更宽并在所述岛两侧延伸到所述岛之外，所述第一发射极区域与所述岛隔开；
栅极，其形成在所述岛中，所述栅极用于控制在所述栅极下方的沟道中流动的触发电流；
扩散带，其平行于所述第一发射极区域的连续发射带，所述扩散带与所述栅极相交以形成在所述栅极下方的沟道；
源极区域，其在所述扩散带的第一端上，所述源极区域完全在所述岛内并且在一端有所述栅极；
漏极区域，其在所述栅极另一端的所述扩散带上，所述栅极穿过所述扩散带，所述漏极区域在所述岛内；
所述扩散带的延伸部分，其连接到所述漏极区域，并延伸到所述岛之外与所述阱连接；
其中所述扩散带除了所述栅极下方的沟道之外还掺杂有第二极性类型的掺杂剂；
第二极性类型的阱抽头，其形成在所述阱中，并且比所述第一发射极区域离所述岛更远；
第一极性类型的衬底抽头，所述衬底抽头形成在所述阱外和所述岛外；
其中，与所述衬底平面正交的x截面与所述衬底平面相...

【专利技术属性】
技术研发人员：任俊杰，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81