用于ESD保护的PNP_SCR器件结构及制作工艺制造技术

本发明专利技术提供一种用于ESD保护的PNP_SCR器件结构，包括P型衬底，在P型衬底的内部左上方制作有N型阱区，在N型阱区表面通过离子注入制作有第一SN区和第一SP区，第一SP区位于第一SN区右侧；第一SN区和第一SP区通过金属相连，形成器件的阳极；在N型阱区右侧和P型衬底的交界处靠表面制作有第二SN区，第二SN区左侧与第一SP区相隔一个距离；在第二SN区右侧的P型衬底表面制作有第三SN区，第二SN区右侧与第三SN区相隔一个距离，在第三SN区右侧制作有第二SP区，第二SP区通过金属线引出作为器件阴极，而第三SN区则浮空设置。本发明专利技术既提高了维持电压又增加了电流能力。又增加了电流能力。又增加了电流能力。

【技术实现步骤摘要】
用于ESD保护的PNP_SCR器件结构及制作工艺


[0001]本专利技术属于半导体
，尤其是一种用于ESD保护的PNP_SCR器件结构。

技术介绍

[0002]PNP双极型晶体管与SCR可控硅整流器均为静电保护（ESD）中常用的半导体器件结构，这两种结构在ESD保护应用时具有不同的优势。PNP结构得益于其超高的维持电压Vh导致其极不容易发生闩锁，是一种稳定可靠的设计，在高压ESD中被常用，但PNP的缺点是电流能力很弱，在集成电路中要占据较大面积，因此效率低下。SCR器件具有最强的单位面积电流能力，其能够在很小的面积下通过相同的电流，但SCR器件维持电压Vh一般很低（约1.4 V），因此在应用是极易发生不稳定的闩锁效应，因此不适合用于高压ESD保护。而即使是低压ESD保护领域SCR也不能直接使用。
[0003]传统SCR结构如图1所示，当寄生PNP（SP/NW/P
‑
sub）与NPN（NW/P
‑
sub/SN）开启时其正反馈作用会迅速使SCR器件进入大注入状态从而拉低两端电压，这使得SCR器件极易发生闩锁从而将被保护电路短路；为了防止闩锁，必须提高Vh，而提高Vh必须削弱SCR正反馈作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是在于克服现有技术中存在的不足，提供一种用于ESD保护的PNP_SCR器件结构及制作工艺，实现了一种PNP引导SCR开启的具有新型高维持电压Vh高失效电流的高效保护器件。为实现以上技术目的，本专利技术实施例采用的技术方案是：本专利技术实施例提供了一种用于ESD保护的PNP_SCR器件结构，包括P型衬底，在P型衬底的内部左上方制作有N型阱区，在N型阱区表面通过离子注入制作有第一SN区和第一SP区，第一SP区位于第一SN区右侧；第一SN区和第一SP区通过金属相连，形成器件的阳极；在N型阱区右侧和P型衬底的交界处靠表面制作有第二SN区，第二SN区左侧与第一SP区相隔一个距离；在第二SN区右侧的P型衬底表面制作有第三SN区，第二SN区右侧与第三SN区相隔一个距离，在第三SN区右侧制作有第二SP区，第二SP区通过金属线引出作为器件阴极，而第三SN区则浮空设置。
[0005]进一步地，所述第一SN区和第一SP区相隔一个距离设置或者直接相切设置。
[0006]进一步地，所述第三SN区和第二SP区相隔一个距离设置或者直接相切设置。
[0007]进一步地，所述第三SN区分为第一段SN区、第二段N区
……
第n段SN区，其中的奇数段的掺杂浓度高于偶数段的掺杂浓度。
[0008]进一步地，所述第三SN区中所有奇数段的掺杂浓度相同，并通过离子注入形成，离子注入剂量为1E14/cm2量级。
[0009]进一步地，所述第三SN区中所有偶数段的掺杂浓度相同，并通过离子注入形成，离子注入剂量为1E13/cm2量级。
[0010]本专利技术实施例还提供了一种用于ESD保护的PNP_SCR器件结构的制作工艺，包括以
下步骤：步骤S01，提供P型衬底，在P型衬底的内部左上方制作N型阱区；然后通过光刻和离子注入形成第一SN区、第二SN区和第三SN区中奇数段的SN区；此步骤中的离子注入剂量为1E14/cm2量级；步骤S02，再通过光刻和离子注入形成第一SP区和第二SP区；此步骤中的离子注入剂量为1E14/cm2量级；步骤S03，继续通过光刻和离子注入形成第三SN区中偶数段的N区；此步骤中的离子注入剂量为1E13/cm2量级；步骤S04，继续通过退火激活注入的离子。
[0011]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本申请提出的器件结构先利用了PNP器件的高维持电压Vh特性让器件具有较高的初始Vh，然后通过触发一个阴极浮空的SCR让其实现更弱的准正反馈，从而达到提高Vh的目的。同时PNP和阴极浮空SCR路径均能导电，从而增加其电流能力。
附图说明
[0012]图1为传统SCR结构示意图。
[0013]图2为本专利技术实施例一中的PNP_SCR器件结构示意图。
[0014]图3为本专利技术实施例一中的工作原理图。
[0015]图4为本专利技术实施例二中的PNP_SCR器件结构示意图。
[0016]图5为本专利技术实施例三中的PNP_SCR器件结构的制备工艺图。
具体实施方式
[0017]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0018]以下实施例中，SN代表重掺杂N型，SP代表重掺杂P型；NW代表N型阱区，P
‑
Sub代表P型衬底；实施例一；如图2所示，本专利技术实施例一提出的一种用于ESD保护的PNP_SCR器件结构，包括P型衬底1，在P型衬底1的内部左上方制作有N型阱区2，在N型阱区2表面通过离子注入制作有第一SN区11和第一SP区12，第一SP区12位于第一SN区11右侧；第一SN区11和第一SP区12通过金属相连，形成器件的阳极21；在N型阱区2右侧和P型衬底1的交界处靠表面制作有第二SN区13，第二SN区13左侧与第一SP区12相隔一个距离；在第二SN区13右侧的P型衬底1表面制作有第三SN区15，第二SN区13右侧与第三SN区15相隔一个距离，在第三SN区15右侧制作有第二SP区14，第二SP区14通过金属线引出作为器件阴极22，而第三SN区15则浮空设置；其中，第一SN区11和第一SP区12可以相隔一个距离设置或者直接相切设置；其中，第三SN区15和第二SP区14可以相隔一个距离设置或者直接相切设置；其工作原理为如图3所示，由于第三SN区15被设计为浮空，其中的电子流动为被动；当器件中的寄生PNP结构被激活，空穴会沿着PNP路径（图3中虚线路径）流动，随着空穴
浓度增加，位于P型衬底1和第二SP区14交界处的P
‑
sub/SP结会因为大注入而发生雪崩击穿效应（根据泊松方程可知P
‑
sub耗尽区将代正电荷，SP耗尽区会带负电荷）；雪崩击穿产生的电子毫无疑问会率先通过浮空的第三SN区15沿图3所示的实线路径流动；这样以来，除了PNP结构，第一SP区12/N型阱区2/P型衬底1/第三SN区15所构成的PNPN结构将形成第二条放电通道（图3中实线路径），从而增加电流能力；同时该PNPN结构由于阴极浮空，其正反馈能力较弱，因此Vh会比传统SCR更高，更利于避免闩锁效应。
[0019]实施例二；如图4所示，在实施例一的基础上，实施例二提出了一种改进的用于ESD保护的PNP_SCR器件结构；在第三SN区15原有尺寸保持不变的情况下，将第三SN区15分为第一段SN区151、第二段N区152
……
第n段SN区15n，其中的奇数段的掺杂浓度高于偶数段的掺杂浓度；其余结构同实施例一；实施例二中改进结构的好处是当P
‑
sub/SP处（位于P型衬底1和第二SP区14本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于ESD保护的PNP_SCR器件结构，包括P型衬底(1)，其特征在于，在P型衬底(1)的内部左上方制作有N型阱区(2)，在N型阱区(2)表面通过离子注入制作有第一SN区(11)和第一SP区(12)，第一SP区(12)位于第一SN区(11)右侧；第一SN区(11)和第一SP区(12)通过金属相连，形成器件的阳极(21)；在N型阱区(2)右侧和P型衬底(1)的交界处靠表面制作有第二SN区(13)，第二SN区(13)左侧与第一SP区(12)相隔一个距离；在第二SN区(13)右侧的P型衬底(1)表面制作有第三SN区(15)，第二SN区(13)右侧与第三SN区(15)相隔一个距离，在第三SN区(15)右侧制作有第二SP区(14)，第二SP区(14)通过金属线引出作为器件阴极(22)，而第三SN区(15)则浮空设置。2.如权利要求1所述的用于ESD保护的PNP_SCR器件结构，其特征在于，所述第一SN区(11)和第一SP区(12)相隔一个距离设置或者直接相切设置。3.如权利要求1所述的用于ESD保护的PNP_SCR器件结构，其特征在于，所述第三SN区(15)和第二SP区(14)相隔一个距离设置或者直接相切设置。4.如权利要求1～3中任一项所述的用于ESD保护的PNP_SCR器件结构，其特征在于，所述第三SN区(15)分为第一段SN区(151...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伟东，赵泊然，
申请(专利权)人：南京融芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：