低压工艺的紧凑型静电保护器件及整体静电防护方法技术

本发明专利技术提供了一种低压工艺的紧凑型静电保护器件及整体静电防护方法。本发明专利技术的紧凑型静电防护器件的触发电压非常低，适用于先进低压电路的静电防护。与此同时，该紧凑型静电防护方案，相比经典的静电防护方案，或是现有的“一体化”静电防护方案，可以只利用一个P阱，一个N阱环和一个深N阱，便可实现对所有ESD泄放模式的静电防护功能，版图布局非常紧凑，可以大幅降低电子产品的制造成本和封装尺寸。本发明专利技术专利尤其适用于消费类电子领域，对其产品的小型化、便携化需求，提供了一种良好的整体静电防护解决方案。电防护解决方案。电防护解决方案。

【技术实现步骤摘要】
低压工艺的紧凑型静电保护器件及整体静电防护方法


[0001]本专利技术涉及静电保护
，特别涉及一种低压工艺的紧凑型静电保护器件及整体静电防护方法。

技术介绍

[0002]目前，静电放电(Electro
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Static Discharge，简称ESD)是集成电路可靠性领域的一个重要分支。随着半导体制造工艺的不断发展，静电放电事件所引起的芯片/印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)损伤愈发严重，这很大程度上会延长电子产品的研发周期，增大研发费用，并很有可能恶化产品最终的使用寿命。因此，为电子产品提供有效的片上(on
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chip)ESD防护，以及为PCB电路提供可靠的片外(off
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chip)防护，如瞬变电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressor，简称TVS)，均是十分必要的。
[0003]目前，工业界典型的整体静电防护架构有两种：基于电源轨的静电防护架构和基于局部输入/输出端口(Input/Output，简称I/O)的静电防护架构，如附图9所示。其中，基于电源轨的静电防护架构通常由“二极管器件+电源钳位电路”所构成，二极管器件具有单向导通能力，通过为每个I/O端口分别配置一个上管和一个下管，借助电源钳位电路的帮助，便可以实现对所有ESD泄放模式(I/O
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VDD，简称PD模式；I/O
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GND，简称PS模式；VDD
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I/O，简称ND模式；GND
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I/O，简称NS模式；VDD
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GND，简称DS模式；GND
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VDD，简称SD模式)的静电防护功能。这种静电防护架构的主要优点为设计简单，并与电路仿真相兼容；缺点为对于某些ESD放电模式(如PS和ND)，电流路径过长，从而恶化整体的电压钳制性能。在先进低压工艺中，ESD设计窗口不断微缩，上述缺点带来的劣势将更加明显。而基于局部I/O端口的静电防护架构通常要求所使用的ESD防护器件具有双向电流导通能力，如BJT，MOSFET和可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier，简称SCR)等，从而摆脱对电源钳位电路的依赖。这种架构的优势是显而易见的：针对所有ESD泄放模式，电流导通路径均较短，电压钳制性能更优，同时针对不同的I/O端口需求，ESD设计灵活度高；而缺点则为设计难度较大，且很难与电路仿真相兼容等。
[0004]众所周知，为了满足既定的鲁棒性指标，ESD防护电路通常会占用较大的面积(芯片or PCB)。然而，随着便捷式消费电子的蓬勃发展，电子产品的体积越来越小，这对于静电防护电路，无论上on
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chip的ESD防护单元，还是PCB板级的TVS器件，均提出了巨大的面积挑战。为了进一步缩减静电防护电路的面积，现有专利(US6635931B1)将上述两种静电防护架构融合在一起，提出了“一体化”静电防护架构，如附图10所示。这种架构通过在I/O端口，VDD和GND三端之间构造出三个相互耦合的“双向SCR器件”，便可实现对所有ESD泄放模式的静电防护。然而，当被应用于先进的平面CMOS工艺或FinFET工艺中时，为了满足电学隔离，这种架构至少需要使用三个P阱，若干个用于隔离的N阱环以及深N阱来实现，整体的版图布局仍然较为松散，不够紧凑；同时，该“一体化”静电防护架构的触发电压较高，超出了先进低压工艺中的典型ESD设计窗口，这会使得内部电路先于ESD防护器件而发生失效，大幅恶化了电子产品的ESD鲁棒性。
[0005]综上，需要提供一种在先进低压工艺中版图布局紧凑、封装尺寸降低的静电保护器件。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种低压工艺的紧凑型静电保护器件及整体静电防护方法，通过只利用一个P阱，一个N阱环和一个深N阱，便可实现对所有ESD泄放模式的静电防护功能，版图布局非常紧凑，可以大幅降低电子产品的制造成本和封装尺寸，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种低压工艺的紧凑型静电保护器件，包括：
[0008]衬底，所述衬底为N型衬底或P型衬底；
[0009]阱环，设置于所述衬底上；其中，
[0010]所述阱环内还设置有第一重掺杂有源区；
[0011]深阱区，设置于所述阱环内；
[0012]阱区，设置于所述深阱区内；
[0013]所述阱区内还设置有第二重掺杂有源区；其中，
[0014]所述第一重掺杂有源区和和第二重掺杂有源区分别连接至电源端、I/O端口和接地端。
[0015]优选地、所述衬底包括：所述衬底还通过如下方式进行检测，以确定其是否存在缺陷：
[0016]将预设检测光线照射至衬底上，获取反射光线；其中，
[0017]所述预设检测光线为紫外线、红外线、γ射线和β射线其中一种；
[0018]根据所述反射光线，生成衬底待测图像；
[0019]将所述衬底待测图像转换为灰度图像，在所述灰度图像上选取多个检测区域；其中，
[0020]不同检测区域不重叠；
[0021]不同检测区域均设置有对应的标准图像；
[0022]提取不同检测区域的各个像素的灰度值；
[0023]将所述灰度值与所述标准图像的灰度值进行对比，确定灰度值高于标准图像的灰度值的像素数量；
[0024]当所述像素数量不高于预设值时，所述衬底不存在缺陷；
[0025]当所述像素数量高于预设值时，所述衬底存在缺陷；其中，
[0026]所述预设值为衬底符合标准像素的数量值。
[0027]优选地、所述衬底为P型衬底时：
[0028]所述阱环为N型阱环；
[0029]所述深阱区为深N阱区；
[0030]所述阱区为P型阱区；
[0031]所述第一重掺杂有源区包括：第一P+重掺杂有源区、第二P+重掺杂有源区和第三P+重掺杂有源区；
[0032]所述第二重掺杂有源区包括：第一N+重掺杂有源区、第二N+重掺杂有源区和第三N+重掺杂有源区。
[0033]优选地、所述衬底为N型衬底时：
[0034]所述阱环为P型阱环；
[0035]所述深阱区为深P阱区；
[0036]所述阱区为N型阱区；
[0037]所述第一重掺杂有源区包括：第一N+重掺杂有源区、第二N+重掺杂有源区和第三N+重掺杂有源区；
[0038]所述第二重掺杂有源区包括：第一P+重掺杂有源区、第二P+重掺杂有源区和第三P+重掺杂有源区。
[0039]优选地、所述阱环和深阱区用于生成隔离结构，将阱区和衬底隔离开，生成第一隔离结构；
[0040]任意相邻的所述第一重掺杂有源区之间或所述第一重掺杂有源区和所述第二重掺杂有源区之间或任意相邻的所述第二重掺杂有源区之间均设置有第二隔离结构；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压工艺的紧凑型静电保护器件，其特征在于，包括：衬底，所述衬底为N型衬底或P型衬底；阱环，设置于所述衬底上；其中，所述阱环内还设置有第一重掺杂有源区；深阱区，设置于所述阱环内；阱区，设置于所述深阱区内；所述阱区内还设置有第二重掺杂有源区；其中，所述第一重掺杂有源区和第二重掺杂有源区分别连接至电源端、I/O端口和接地端。2.如权利要求1所述的一种低压工艺的紧凑型静电保护器件，其特征在于，所述衬底通过如下方式进行检测，以确定其是否存在缺陷：将预设检测光线照射至衬底上，获取反射光线；其中，所述预设检测光线为紫外线、红外线、γ射线和β射线其中一种；根据所述反射光线，生成衬底待测图像；将所述衬底待测图像转换为灰度图像，在所述灰度图像上选取多个检测区域；其中，不同检测区域不重叠；不同检测区域均设置有对应的标准图像；提取不同检测区域的各个像素的灰度值；将所述灰度值与所述标准图像的灰度值进行对比，确定灰度值高于标准图像的灰度值的像素数量；当所述像素数量不高于预设值时，所述衬底不存在缺陷；当所述像素数量高于预设值时，所述衬底存在缺陷；其中，所述预设值为衬底符合标准像素的数量值。3.如权利要求2所述的一种低压工艺的紧凑型静电保护器件，其特征在于，所述衬底为P型衬底时：所述阱环为N型阱环；所述深阱区为深N阱区；所述阱区为P型阱区；所述第一重掺杂有源区包括：第一P+重掺杂有源区、第二P+重掺杂有源区和第三P+重掺杂有源区；所述第二重掺杂有源区包括：第一N+重掺杂有源区、第二N+重掺杂有源区和第三N+重掺杂有源区。4.如权利要求2所述的一种低压工艺的紧凑型静电保护器件，其特征在于，所述衬底为N型衬底时：所述阱环为P型阱环；所述深阱区为深P阱区；所述阱区为N型阱区；所述第一重掺杂有源区包括：第一N+重掺杂有源区、第二N+重掺杂有源区和第三N+重掺杂有源区；所述第二重掺杂有源区包括：第一P+重掺杂有源区、第二P+重掺杂有源区和第三P+重
掺杂有源区。5.如权利要求1所述的一种低压工艺的紧凑型静电保护器件，其特征在于，所述阱环和深阱区用于生成隔离结构，将阱区和衬底隔离开，生成第一隔离结构；任意相邻的所述第一重掺杂有源区之间、所述第一重掺杂有源区和所述第二重掺杂有源区之间或任意相邻的所述第二重掺杂有源区之间均设置有第二隔离结构；所述第二隔离结构包括以下结构的任意一种：无隔离结构、浅沟槽隔离和场氧化层。6.如权利要求5所述的一种低压工艺的紧凑型静电保护器件，其特征在于，所述无隔离结构通过如下步骤形成：步骤1：获取所述衬底的第一光刻模板，并仿真出第一无隔离结构，并在所述无隔离结构种设置测试区；其中，所述第一光刻模板设置有电流路径的路径走向标记；步骤2：根据所述测试区对所述第一无隔离结构的有源区进行模拟，并对模拟结果进行电流路径测试，获取测试结果；步骤3：根据所述测试结果，判断所述电流路径是否与所述路径走向标记一致；步骤4：当所述路径走向标记一致时，将所述第一无隔离结构作为目标无隔离结构。7.如权利要求6所述的一种低压工艺的紧凑型静电保护器件，其特征在于，所述场氧化层设置于所述沟槽的内壁；其中，所述内壁还包括一种用于调节所述内壁曲线的调节方法，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：高东兴，郑家强，
申请(专利权)人：深圳市晶扬电子有限公司，
类型：发明
国别省市：