用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR、制造方法和设计结构技术

提供了用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR、制造方法以及设计结构。该装置包括对称双向背对背堆叠可控硅整流器（SCR）。第一背对背堆叠SCR（10）的阳极（10a）连接至输入（30）。第二背对背堆叠SCR（20）的阳极（20a）连接至地（GND）。所述第一和第二背对背堆叠SCR的阴极（10b，20b）连接在一起。所述对称双向背对背SCR中的每一个包括二极管对（Di，D2），所述二极管对将电流导引为朝向阴极，当施加电压时，所述二极管对有效地变为反向偏置，从而使来自所述对称双向背对背SCR中的一者的元件去激活，同时所述对称双向背对背SCR中的另一者的二极管（D3，D4）将电流导引为沿着与所述反向偏置二极管相同的方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体结构和制造方法，更具体而言，涉及用于高电压引脚(pin) ESD保护的双向背对背堆叠(stacked) SCR、制造方法和设计结构。
技术介绍
随着集成电路变得愈来愈小，静电放电(ESD )保护正变得更加重要。存在若干提供ESD保护的方式，每一种方式具有其自身的优点和缺点。例如，ESD可由可控硅整流器(SCR)提供。SCR为开启和关闭电流的固态开关器件。电路中半导体二极管的行为由该半导体二极管的电流-电压特性给出。曲线的形状由通过所谓的耗尽层或耗尽区的电荷载流子的传输而决定，该耗尽层或耗尽区存在于不同半导体之间的p-n结处。耗尽区的宽度不能无限制地增长。如果跨二极管设置与内建电势(built-1n potential)相同极性的外部电压,则耗尽区域继续充当绝缘体，阻止任何显著的电流。这是反向偏置现象。然而，如果外部电压的极性与内建电势相反，则复合可再次进行，导致通过P-n结的显著电流(即，显著数目的电子和空穴在结处复合)。在超过峰值反向电压的极大反向偏置下，发生被称作反向击穿的过程。这引起电流大幅增长(即，大量电子和空穴在该Pn结处产生，且从该pn结移开)，该电流大幅增长通常永久地破坏该器件。因此，所属领域中存在克服上述缺陷和限制的需要。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面中，一种装置包括对称双向背对背堆叠的可控硅整流器(SCR)0第一背对背堆叠SCR的阳极连接至输入。第二背对背堆叠SCR的阳极连接至地。所述第一和第二背对背堆叠SCR的阴极连接在一起。所述对称双向背对背SCR中的每一个包括二极管对，所述二极管对将电流导引为朝向阴极，当施加电压时，所述二极管对有效地变为反向偏置并使来自所述对称双向背对背SCR中的一者的元件去激活(deactivate)，同时，所述对称双向背对背SCR中的另一者的所述二极管将电流导引为沿着与反向偏置二极管相同的方向。在本专利技术的另一方面中，一种结构包括可控硅整流器(SCR)。所述SCR包括形成于N阱中的N+区和P+区；以及形成于P阱中的N+区和P+区，所述P阱邻近所述N阱。二极管包括形成于所述N阱中的所述N+区的一部分，该部分邻近形成于所述P阱中的所述P+区的一部分。在本专利技术的又一方面中，一种方法包括在第一部分中:使用光刻、蚀刻和沉积工艺，在绝缘体上硅衬底(SOI)的上层中形成沟槽隔离结构；在所述上层中形成以所述沟槽隔离结构为界的邻接的N阱和P阱；以及在用遮挡物(block)遮挡所述N阱和P阱的部分的同时，使用掺杂剂在所述N阱和P阱中的每一个中形成N+区和P+区。该方法还包括在邻近所述第一部分的第二部分中:使用与所述第一部分的所述沟槽隔离结构相同的CMOS处理步骤，形成所述沟槽隔离结构；使用与所述第一部分中的所述N阱和P阱相同的CMOS处理步骤，在所述上层中形成以所述沟槽隔离结构为界的所述邻接的N阱和P阱；以及使用与所述第一部分的所述N+区和P+区相同的CMOS处理步骤，在所述N阱中形成单个N+区且在所述P阱中形成单个P+区，其中所述N阱和P阱的部分将所述单个N+区和所述单个P+区分隔。在本专利技术的另一方面中，提供一种用于设计、制造或测试集成电路的在机器可读存储介质中有形地体现的设计结构。所述设计结构包括本专利技术的结构。在另外的实施例中，在机器可读数据存储介质上编码的硬件描述语言(HDL)设计结构包括这样的要素:当在计算机辅助设计系统中被处理时，所述要素生成ESD保护装置的机器可执行表示，该表示包括本专利技术的结构。在另外的实施例中，提供了计算机辅助设计系统中用于生成ESD保护装置的功能设计模型的方法。该方法包括生成ESD保护装置的结构要素的功能表示。附图说明通过本专利技术的示例性实施例的非限制性实例，参考给出的多个附图，在下面的详细说明中描述本专利技术。图1a示出根据本专利技术的一方面用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR的电路图1b示出根据本专利技术的一方面用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR的电路表不图2示出根据本专利技术的一方面使用双向背对背堆叠SCR的应用；图3a示出根据本专利技术的一方面用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR的俯视图3b和图3c示出用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR的截面图和图3a的相应处理步骤；图4示出根据本专利技术的一方面具有布线层的图3a_3c的用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR的俯视图5a示出根据本专利技术的一方面用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR的俯视图5b和图5c示出用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR的截面图和图5a的相应处理步骤；图6示出根据本专利技术的一方面具有布线层的图5a_5c的用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR的俯视图7示出根据本专利技术的一方面的击穿触发的SCR的ESD测试结果的图；以及图8为用于半导体设计、制造和/或测试的设计过程的流程图。具体实施方式本专利技术涉及半导体结构和制造方法，更具体而言，涉及用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR、制造方法和设计结构。在更具体的实施例中，本专利技术的装置为双向背对背堆叠的对称SCR，每个SCR具有PNP和NPN双极结和并联二极管。常规背对背堆叠的二极管具有极高的箝位电压(clamping voltage),这不利于ESD保护。在操作中(例如，当施加正电压或负电压时)，一个SCR中的二极管可被反向偏置，从而有效地将元件(二极管)从电路移除；而另一 SCR中的二极管保持正向偏置。以此方式，在施加电压时产生正向偏置ESD保护路径，这提供了优良的ESD保护。并且，有利地，双向背对背堆叠SCR维持低击穿电压和低Rm，从而提供优良的ESD保护。并且，用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR对工艺不敏感，即，在不同装置之间，性能对处理条件的改变不敏感。图1a示出根据本专利技术的方面用于高电压引脚ESD保护的双向背对背堆叠SCR的电路图。图1的电路5包括以背对背方式设置的SCRlO和SCR20。在实施例中，SCRlO和SCR20为对称的，每一者具有例如NPN和PNP结和并联二极管。SCRlO和SCR20具有高的正向SCR触发电压和低的P阱/N阱二极管导通电阻。SCRlO和SCR20以任一方向在正向偏置模式下工作。SCRlO和SCR20可为用于任意电压水平的多个堆叠结构，且可集成在与包括要保护的电路的相同的芯片或集成电路上。更具体而言，SCRlO在其阳极IOa处连接至输入30，且SCR20通过其阳极20a连接至地40。SCRlO和SCR20通过其各自的阴极10b、20b而连接在一起。SCRlO和SCR20的每一者包括分别与二极管D1和D2并联的电阻器R1和R2,每个二极管的正向方向朝向各自的SCRlO的阴极10b、SCR20的阴极20b。在实施例中，二极管D1和D2可分别为例如P阱二极管和N阱二极管。额外的二极管D3和D4分别设置在二极管D1和D2与电阻器R1和R2之间。二极管D3和D4可为P阱/N阱结二极管。在实施例中，二极管的设置可产生PNP或NPN双极晶体管。如参考图1b和图1c更详细地讨论的，当施加负电压时，SCRlO中的二极管D1和D2将反向偏置。并且，当施加正电压时，SCR20中的二极管01和％将反向偏置。这将有效地使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.05 US 12/898,0131.一种装置，包括: 对称双向背对背堆叠的可控硅整流器(SCR)，其包括: 第一背对背堆叠SCR的阳极，其被连接至输入； 第二背对背堆叠SCR的阳极，其被连接至地；以及 所述第一和第二背对背堆叠SCR的阴极，其被连接在一起，其中 所述对称双向背对背SCR中的每一个包括二极管对，所述二极管对将电流导引为朝向所述阴极，当施加电压时，所述二极管对有效地变为反向偏置，使来自第一对称双向背对背SCR的元件去激活，同时，第二对称双向背对背SCR的二极管将电流导引为沿着与反向偏置二极管相同的方向。2.根据权利要求1的装置，其中，所述对称双向背对背SCR中的每一个被集成到与要保护的电路相同的芯片中。3.根据权利要求1的装置，其中，所述对称双向背对背SCR中的每一个包括PNP和NPN双极结和并联二极管。4.根据权利要求1的装置，其中，所述对称双向背对背SCR中的每一个在正向偏置模式下以任一方向工作。5.根据权利要求1的装置，其中，所述对称双向背对背SCR中的每一个包括用于任意电压水平的多个堆叠结构。6.根据权利要求1的装置，其中，所述对称双向背对背SCR中的每一个包括分别与二极管D1和D2并联的电阻器R1和R2，在施加电压之前，二极管D1和D2中的每一个使其正向方向朝向所述阴极。7.根据权利要求6的装置，其中，所述二极管D1和D2分别为P阱二极管和N阱二极管。8.根据权利要求6的装置，其中，当施加负电压时，所述第一对称双向背对背SCR中的所述二极管D1和D2将反向偏置，且当施加正电压时，所述第二对称双向背对背SCR的所述二极管D1和D2将反向偏置。9.根据权利要求6的装置，其中: 当施加负电压时，所述第一对称双向背对背SCR中的二极管D3和D4变为在两个电阻器R1和R2之间的有效二极管Deff1，所述有效二极管Deff1将电流导引为朝向所述第一对称双向背对背SCR的阳极，这是与所述第二对称双向背对背SCR中的所述二极管D1和D2相同的方向；以及 当施加正电压时，所述第二对称双向背对背SCR中的二极管D3和D4变为在两个电阻器R1和R2之间的有效二极管Deff1，所述有效二极管Deff1将电流导引为朝向所述第二对称双向背对背SCR的阳极，这是与所述第一对称双向背对背SCR中的所述二极管D1和D2相同的方向。10.一种结构,包括: 可控硅整流器，其包括: 形成于N阱中的N+区和P+区；以及 形成于P阱中的N+区和P+区，所述P阱邻近所述N阱；以及二极管，其包括形成于所述N阱中的所述N+区的一部分，该部分邻近形成于所述P阱...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·阿布卡利尔，R·J·戈希尔，T·C·李，李军俊，S·米特拉，C·S·普特纳姆，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：
国别省市：