【技术实现步骤摘要】
低触发电压高维持电压单向可控硅静电防护器件及方法
[0001]本专利技术涉及静电防护领域，特别涉及一种低触发电压高维持电压单向可控硅静电防护器件及其制作方法。
技术介绍
[0002]随着半导体制程工艺的进步，ESD造成集成电路芯片以及电子产品失效的情况愈加严重了。对电子产品以及集成电路芯片进行ESD防护成为了产品工程师们面临的主要难题之一。ESD设计窗口是产品工程师在进行ESD防护设计时需要重点考虑的问题，其中包括触发电压V
t1
、触发电流I
t1
、维持电压V
h
、维持电流I
h
、失效电压V
t2
、失效电流I
t2
、导通电阻R
on
。ESD防护器件的触发电压要小于核心电路被保护端口的最高耐压即漏源击穿电压，通常触发电压要低最高耐压的10％～20％；ESD防护器件的维持电压要高于核心电路正常工作电压的1.1～1.2倍，保护核心电路不会因为ESD防护器件始终保持开启状态而无法关断形成闩锁；ESD防护器件的失效电流I
t2
是衡量ESD防护器件鲁棒性强弱程度的重要参数之一，表示ESD防护器件所能承受的最大电流，并且如果要对核心电路进行有效防护，在达到失效电流I
t2
时，ESD防护器件的钳位电压要小于被保护端口的最高耐压；ESD防护器件的导通电阻R
on
是器件进入维持点以后的电阻特性，跟维持电压V
h
、维持电流I
h>、失效电压V
t2
、失效电流I
t2
有关，根据欧姆定律可知导通电阻R
on
表示为失效电压V
t2
、维持电压V
h
差值与失效电流I
t2
、维持电流I
h
差值的比值；人体模式HBM将人体的等效电阻视为1.5kΩ，HBM防护等级为1500倍的I
t2
。
[0003]ESD引起失效的模式分别有硬失效、软失效、潜在失效。而引起这些失效的原因又可以分为电失效以及热失效。其中热失效指的是当ESD脉冲来临的时候，在芯片局部产生了几安培至几十安培的电流，持续时间短但是会产生大量的热量使得局部的金属连线熔化或者会使得芯片产生热斑，从而导致了二次击穿。电失效指的是加在栅氧化层的电压形成的电场强度大于了介电强度，使得表面产生击穿或者是介质的击穿。由于ESD对芯片造成的威胁越来越严重，其物理机制研究越来越受到重视。
[0004]传统单向可控硅器件与其他ESD器件相比，其自身具有双电导调制机构，单位面积泄放效率高，单位寄生电容小，鲁棒性最好。
[0005]传统单向可控硅静电防护器件的剖面图见图1，其等效电路图见图2。当ESD脉冲加在单向SCR阳极时，第一N阱与第一P阱形成反偏PN结。当这个脉冲电压高于这个PN结的雪崩击穿电压的时候，器件的内部就会产生大量的雪崩电流，电流流经第一P阱，通过寄生电阻流向阴极。第一P阱的寄生电阻两端压降相当于三极管NPN的基极压降，当这个电压高于纵向NPN三极管的正向的导通电压的时候，此三极管开启。此三极管开通后，为横向PNP三极管提供基极电流，横向PNP三极管也开启后，也进一步为纵向NPN三极管提供基极电流，形成一种正反馈机制，使SCR路径完全开启。所以就算之后没有雪崩电流，由于三极管导通，也可以泄放大电流。
技术实现思路
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种带NMOS的栅控二极管单向可控硅静电防护器件及其制作方法并应用于0～5.5V工作电压的ESD防护网络设计。
[0007]本专利技术解决上述问题的技术方案是：
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供了一种低触发电压高维持电压可控硅静电防护器件，包括P型衬底；所述衬底中设有N型埋层；
[0009]所述N型埋层上方为N型深阱；所述N型深阱上从左至右依次设有第一P阱、第一N阱、第二P阱、第二N阱；所述第一P阱上设有第一P+注入；所述第一N阱上从左至右依次设有第一N+注入、第二P+注入、第二N+注入；第一N阱与第二P阱之间设有第三N+注入；所述第二P阱上从左至右依次设有第一栅极、第四N+注入、第三P+注入；在第二P阱与第二N阱之间设有第五N+注入；所述第二N阱上设有第四P+注入；所述第一栅极在第三N+注入与第四N+注入之间；
[0010]所述第一P阱中的第一P+注入与第一N阱中的第一N+注入、第二P+注入三个电极均连接在一起并做器件的阳极；第二P阱中第四N+注入与第三P+注入两个电极与第一栅极连接在一起并做器件的阴极；第一N阱中的第二N+注入与第二N阱中的第四P+注入二者通过金属线连接在一起，不接电位。
[0011]优选地，有九个场氧隔离区；第一场氧隔离区在第一P+注入区左侧，第二场氧隔离区在第一P+注入和第一N+注入之间，第三场氧在第一N+注入和第二P+注入之间，第四场氧在第二P+注入和第二N+注入之间，第五场氧在第二N+注入和第三N+注入之间，第六场氧在第四N+注入与第三P+注入之间，第七场氧在第三P+注入与第五N+注入之间，第八场氧在第五N+注入与第四P+注入之间，第九场氧在第四P+注入右侧。
[0012]优选地，所述第一场氧隔离区位于第一P阱表面；第二场氧隔离区的左部位于第一P阱表面；第二场氧隔离区的右部位于第一N阱表面；第三场氧隔离区、第四场氧隔离区、第五场氧隔离区位于第一N阱表面；第六场氧隔离区、第七场氧隔离区位于第二P阱表面；第八场氧隔离区、第九场氧隔离区位于第二N阱表面。
[0013]优选地，当ESD脉冲到达器件的阳极，器件的阴极接低电位时，其击穿面为第三N+注入与第二P阱注入之间；此时由第三N+注入、第一栅极、第四N+注入构成的GGNMOS结构先触发，第二P+注入、第一N阱/N型深阱/N型埋层、第二P阱/第三P+注入构成寄生三极管PNP1，第一P+注入、第一N阱/N型深阱/N型埋层、第二P阱/第三P+注入构成寄生三极管PNP2，第四P+注入、第二N阱/N型深阱/N型埋层、第二P阱/第三P+注入构成寄生三极管PNP3，第四N+注入、第二P阱、第一N阱/N型深阱/N型埋层构成纵向寄生三极管NPN；当寄生三极管PNP1和寄生三极管NPN开启后，构成SCR主路径，当寄生三极管PNP1、PNP3开启后，寄生BJT路径开启，可抑制SCR主路径的正反馈效应，从而提高维持电压。
[0014]优选地，当ESD脉冲到达器件的阳极时，器件阴极接低电位时，ESD电流沿着所述第一N+注入流入所述第一N阱、所述第三N+注入、所述第二P阱再到所述第三P+注入，当ESD电流增大到一定值时，所述第三N+注入和所述第二P阱所组成的反向PN结发生雪崩击穿，此时第三N+注入、第一栅极、第四N+注入所组成的结构先触发，第一栅极与阴极低电位相连，会吸引空穴到栅极附近，此时雪崩击穿面附近的空穴浓度将会提升，从而降低触发电压，ESD电流通过所述第三N+注入流入所述第二P本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低触发电压高维持电压的单向可控硅静电防护器件，其特征在于：包括P型衬底；所述衬底中设有N型埋层；所述N型埋层上方为N型深阱；所述N型深阱上从左至右依次设有第一P阱、第一N阱、第二P阱、第二N阱；所述第一P阱上设有第一P+注入；所述第一N阱上从左至右依次设有第一N+注入、第二P+注入、第二N+注入；第一N阱与第二P阱之间设有第三N+注入；所述第二P阱上从左至右依次设有第一栅极、第四N+注入、第三P+注入；在第二P阱与第二N阱之间设有第五N+注入；所述第二N阱上设有第四P+注入；所述第一栅极在第三N+注入与第四N+注入之间；所述第一P阱中的第一P+注入与第一N阱中的第一N+注入、第二P+注入三个电极均连接在一起并做器件的阳极；第二P阱中第四N+注入与第三P+注入两个电极与第一栅极连接在一起并做器件的阴极；第一N阱中的第二N+注入与第二N阱中的第四P+注入二者通过金属线连接在一起，不接电位。2.根据权利要求1所述的低触发电压高维持电压单向可控硅静电防护器件，其特征在于：有九个场氧隔离区；第一场氧隔离区在第一P+注入区左侧，第二场氧隔离区在第一P+注入和第一N+注入之间，第三场氧在第一N+注入和第二P+注入之间，第四场氧在第二P+注入和第二N+注入之间，第五场氧在第二N+注入和第三N+注入之间，第六场氧在第四N+注入与第三P+注入之间，第七场氧在第三P+注入与第五N+注入之间，第八场氧在第五N+注入与第四P+注入之间，第九场氧在第四P+注入右侧。3.根据权利要求2所述的低触发电压高维持电压单向可控硅静电防护器件，其特征在于：所述第一场氧隔离区位于第一P阱表面；第二场氧隔离区的左部位于第一N阱表面；第二场氧隔离区的右部位于第一P阱表面；第三场氧隔离区、第四场氧隔离区、第五场氧隔离区位于第一N阱表面；第六场氧隔离区、第七场氧隔离区位于第二P阱表面；第八场氧隔离区、第九场氧隔离区位于第二N阱表面。4.根据权利要求1所述的低触发电压高维持电压单向可控硅静电防护器件，其特征在于：当高压ESD脉冲到达器件的阳极，器件的阴极接低电位时，所述第一P+注入、所述第一N阱、所述第二P阱构成了横向的PNP三极管结构，所述第二P+注入、所述第一N阱、所述第二P阱构成了横向的PNP三极管结构，所述第四N+注入、所述第二P阱、所述第一N阱组成纵向的NPN三极管结构，所述第四P+注入、所述第二N阱、所述第二P阱组成横向的PNP型三极管，所述N型埋层、所述第二P阱、所述第四N+注入组成纵向的NPN型三极管。5.根据权利要求1所述的低触发电压高维持电压单向可控硅静电防护器件，其特征在于：当高压ESD脉冲到达器件的阳极，器件的阴极接低电位时...
【专利技术属性】
技术研发人员：董鹏，陶洪柯，骆生辉，李幸，黄昭，李忠，
申请(专利权)人：湖南静芯微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。