可控硅靜電保護(hù)器件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及SOI技術(shù)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有常規(guī)SOI器件自熱效應(yīng)明顯的問(wèn)題，提供了一種可控硅靜電保護(hù)器件，其技術(shù)方案可概括為：可控硅靜電保護(hù)器件，包括可控硅靜電保護(hù)器件本體，其特征在于，還包括阻變器件及可調(diào)電源，所述阻變器件與可調(diào)電源并聯(lián)，并連接在可控硅靜電保護(hù)器件本體的柵極與陰極之間。本發(fā)明的有益效果是，利用阻變器件及可調(diào)電源，使可控硅靜電保護(hù)電路及雙向可控硅靜電保護(hù)電路的開(kāi)啟電壓可調(diào)，方便用戶(hù)，適用于可控硅靜電保護(hù)器件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】可控硅靜電保護(hù)器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)，特別涉及集成電路ESD防護(hù)的可控硅器件。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電是一種客觀存在的自然現(xiàn)象，產(chǎn)生的方式多種，如接觸、摩擦、電器間感應(yīng)等，靜電在多個(gè)領(lǐng)域都造成了嚴(yán)重危害。靜電在電子工業(yè)中常常造成電子電器產(chǎn)品運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至損壞。隨著越來(lái)越小的工藝尺寸，更薄的柵氧厚度都使集成電路收到靜電放電破壞的幾率大大增加，因此改善集成電路靜電防護(hù)的可靠性，減少靜電對(duì)內(nèi)部電路破壞具有非常重要的作用。
[0003]靜電放電保護(hù)電路(ESD)在集成電路正常工作狀態(tài)下處于關(guān)閉狀態(tài)，而在外部靜電進(jìn)入集成電路而產(chǎn)生瞬間高電壓的時(shí)候，保護(hù)電路會(huì)導(dǎo)通，迅速的釋放掉靜電電流。
[0004]用于ESD的常規(guī)器件包括Diode、MOSFET、Resistor、BJT、SCR (可控硅)等。其中SCR是一種四層結(jié)構(gòu)(PNPN)的大功率半導(dǎo)體器件，有三個(gè)引出電極，即陽(yáng)極A、陰極K及柵極G。SCR具有導(dǎo)通與關(guān)斷兩個(gè)狀態(tài)，其開(kāi)啟電壓由陽(yáng)極電壓、陽(yáng)極電流和柵極電流共同決定。SCR在相同的面積下具有更高的電流泄放能力，因此在ESD中SCR是最有效率的防護(hù)器件之一。
[0005]ESD防護(hù)設(shè)計(jì)不但要對(duì)內(nèi)部芯片保護(hù)，還要保證不對(duì)芯片的正常工作產(chǎn)生影響。在集成電路正常操作下，靜電放電保護(hù)器件處于關(guān)閉狀態(tài)，不影響集成電路輸入輸出電壓，因此SCR靜電保護(hù)器件必須要有適當(dāng)?shù)拈_(kāi)啟(觸發(fā))電壓，才能起到保護(hù)內(nèi)部電路的作用，現(xiàn)有可控娃靜電保護(hù)器件只有一固定的開(kāi)啟電壓，若開(kāi)啟電壓過(guò)高，ESD電壓尚未上升到SCR靜電保護(hù)器件開(kāi)啟電壓之前，此SCR靜電保護(hù)器件是關(guān)閉的，而該器件所要保護(hù)的內(nèi)部電路可能早已被ESD電壓所破壞，得不到有效的保護(hù)。反之若開(kāi)啟電壓過(guò)低，容易造成誤觸發(fā)，且現(xiàn)有SCR靜電保護(hù)器件開(kāi)啟電壓的電壓值不易調(diào)整，這大大限制了其應(yīng)用范圍。
[0006]如圖1所示，為常規(guī)SCR靜電保護(hù)器件的等效電路圖，其包括PNP三極管Ql及NPN三極管Q2，NPN三極管Q2的基極與PNP三極管Ql的集電極連接作為柵極G，NPN三極管Q2的集電極與PNP三極管Ql的基極連接，NPN三極管Q2的發(fā)射極作為陰極K，PNP三極管的發(fā)射極作為陽(yáng)極A。
[0007]如圖2所示，為常規(guī)SCR靜電保護(hù)器件的剖面圖，其包括P型襯底1，P型襯底I上并排有N阱區(qū)2及P阱區(qū)3，N阱區(qū)2中具有第一重?fù)诫sN區(qū)4及第一重?fù)诫sP區(qū)5，P阱區(qū)3中具有第二重?fù)诫sN區(qū)6及第二重?fù)诫sP區(qū)7，第二重?fù)诫sP區(qū)7引出柵極G，第二重?fù)诫sN區(qū)6引出陰極K,第一重?fù)诫sP區(qū)5引出陽(yáng)極A,第一重?fù)诫sN區(qū)6作為PNP三極管基極或NPN三極管集電極。第一重?fù)诫sP區(qū)5與N阱區(qū)2組成可控硅靜電保護(hù)器件的第一PN結(jié)，N阱區(qū)2與P阱區(qū)3組成第二 PN結(jié)，P阱區(qū)3與第二重?fù)诫sN區(qū)6組成第三PN結(jié)。
[0008]阻變器件結(jié)構(gòu)類(lèi)似于電容器，兩端為金屬電極，中間為絕緣或半導(dǎo)體材料，阻變器件兩端所加電壓不同時(shí)，器件會(huì)在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間轉(zhuǎn)變。阻變器件由高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)的過(guò)程稱(chēng)為置位(SET)，由低阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)的過(guò)程稱(chēng)為復(fù)位(RESET)。阻變器件可以分為單極型器件和雙極型器件，雙極型器件高低阻態(tài)的轉(zhuǎn)變與上(TE)下(BE)電極電壓的極性和大小有關(guān)，當(dāng)上電極電壓Vte和下電極電壓Vbe差值大于預(yù)設(shè)SET電壓時(shí)，阻變器件置位，由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)；當(dāng)下電極電壓Vbe和上電極電壓Vte差值大于預(yù)設(shè)RESET電壓時(shí)，阻變器件復(fù)位，由低阻態(tài)變?yōu)楦咦钁B(tài)。單極型阻變器件的置位和復(fù)位電壓極性相同。
[0009]阻變器件也可以通過(guò)在阻變器件兩端施加脈沖電壓實(shí)現(xiàn)多電阻狀態(tài)，改變脈沖數(shù)目、脈沖寬度以及脈沖幅度，就可獲得阻變器件的多個(gè)電阻值，可以更好的滿(mǎn)足電路要求，通常阻變器件的高阻態(tài)和低阻態(tài)電阻值相差三個(gè)以上數(shù)量級(jí)，兩種阻態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí)間可低至納秒量級(jí)，置位和復(fù)位電壓低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是克服目前可控硅靜電保護(hù)器件只有一固定的開(kāi)啟電壓限制了其應(yīng)用范圍的缺點(diǎn)，提供一種可控硅靜電保護(hù)器件及雙向可控硅靜電保護(hù)器件。
[0011]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，可控硅靜電保護(hù)器件，包括可控硅靜電保護(hù)器件本體，其特征在于，還包括阻變器件及可調(diào)電源，所述阻變器件與可調(diào)電源并聯(lián)，并連接在可控硅靜電保護(hù)器件本體的柵極與陰極之間。
[0012]具體的，所述阻變器件為憶阻器。
[0013]可控硅靜電保護(hù)器件，包括可控硅靜電保護(hù)器件本體，其特征在于，還包括阻變器件及可調(diào)電源，所述阻變器件與可調(diào)電源并聯(lián)，并連接在可控硅靜電保護(hù)器件本體的柵極與陽(yáng)極之間。
[0014]具體的，所述阻變器件為憶阻器。
[0015]可控硅靜電保護(hù)器件，包括可控硅靜電保護(hù)器件本體，其特征在于，還包括阻變器件及可調(diào)電源，所述阻變器件與可調(diào)電源并聯(lián)，并連接在可控硅靜電保護(hù)器件本體的PNP三極管基極或NPN三極管集電極與陽(yáng)極之間。
[0016]具體的，所述阻變器件為憶阻器。
[0017]雙向可控硅靜電保護(hù)器件，包括第一可控硅靜電保護(hù)器件與第二可控硅靜電保護(hù)器件，其特征在于，所述第一可控硅靜電保護(hù)器件為上述可控硅靜電保護(hù)器件，第二可控硅靜電保護(hù)器件為與第一可控娃靜電保護(hù)器件相同的可控娃靜電保護(hù)器件，第一可控娃靜電保護(hù)器件的陰極與第二可控硅靜電保護(hù)器件的陽(yáng)極連接作為第一主電極，第一阻變器件的陽(yáng)極與第二阻變器件的陰極連接作為第二主電極。
[0018]本發(fā)明的有益效果是，通過(guò)上述可控硅靜電保護(hù)器件及雙向可控硅靜電保護(hù)器件，利用阻變器件及可調(diào)電源，使可控硅靜電保護(hù)電路及雙向可控硅靜電保護(hù)電路的開(kāi)啟電壓可調(diào)，方便用戶(hù)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為現(xiàn)有可控硅靜電保護(hù)器件的等效電路圖；
[0020]圖2為現(xiàn)有可控硅靜電保護(hù)器件剖視圖；
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的可控硅靜電保護(hù)器件的等效電路圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的可控硅靜電保護(hù)器件剖視圖；
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中的可控硅靜電保護(hù)器件1-V特性圖；[0024]圖6為本發(fā)明實(shí)施例2的可控硅靜電保護(hù)器件的等效電路圖；
[0025]圖7為本發(fā)明實(shí)施例2的可控硅靜電保護(hù)器件剖視圖；
[0026]圖8為本發(fā)明實(shí)施例3的可控硅靜電保護(hù)器件的等效電路圖；
[0027]圖9為本發(fā)明實(shí)施例3的可控硅靜電保護(hù)器件剖視圖；
[0028]圖10為本發(fā)明實(shí)施例4的雙向可控硅靜電保護(hù)器件的等效電路圖；
[0029]圖11為本發(fā)明實(shí)施例4的雙向可控硅靜電保護(hù)器件剖視圖；
[0030]圖12為本發(fā)明實(shí)施例4的雙向可控硅靜電保護(hù)器件1-V特性圖；
[0031]其中，I為P型襯底，2為N阱區(qū)，3為P阱區(qū)，4為第一重?fù)诫sN區(qū)，5為第一重?fù)诫sP區(qū)，6為第二重?fù)诫sN區(qū),7為第二重?fù)诫sP區(qū),A為陽(yáng)極,K為陰極,G為柵極,Ql為PNP三極管，Q2為NPN三極管，Rs為P阱區(qū)3的寄生電阻，U為可調(diào)電源，R為阻變器件，Ml為第一主電極，M2為第二主電極。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0033]本發(fā)明所述的可控硅靜電保護(hù)器件，包括可控硅靜電保護(hù)器件本體、阻變器件及可調(diào)電源，阻變器件與可調(diào)電源并聯(lián)，并連接在可控硅靜電保護(hù)器件本體的柵極與陰極之間，或連接在可控硅靜電保護(hù)器件本體的柵極與陽(yáng)極之間，或連接在可控硅靜電保護(hù)器件本體的PNP三極管基極或NPN三極管集電極與陽(yáng)極之間。本發(fā)明所述的雙向可控硅靜電保護(hù)器件，包括第一可控硅靜電保護(hù)器件與第二可控硅靜電保護(hù)器件，第一可控硅靜電保護(hù)器件為上述可控硅靜電保護(hù)器件，第二可控硅靜電保護(hù)器件為與第一可控硅靜電保護(hù)器件相同的可控硅靜電保護(hù)器件，第一可控硅靜電保護(hù)器件的陰極與第二可控硅靜電保護(hù)器件的陽(yáng)極連接作為第一主電極，第一阻變器件的陽(yáng)極與第二阻變器件的陰極連接作為第二主電極。
[0034]實(shí)施例1
[0035]圖3為本例提出的柵極和陰極之間連接阻變器件的可控硅靜電保護(hù)器件等效電路圖，其包括一個(gè)PNP三級(jí)管Ql、一個(gè)NPN三極管Q2，一個(gè)阻變器件R以及連接在阻變器件兩端的可調(diào)電源U，有三個(gè)弓I出電極，即陽(yáng)極A、陰極K和柵極G。圖4為本例提出的柵極和陰極之間連接阻變器件可控硅靜電保護(hù)器件剖面圖，包括:P型襯底1，位于P型襯底上的N阱區(qū)2和P阱區(qū)3，位于N阱區(qū)2中的第一重?fù)诫sN區(qū)4和第一重?fù)诫sP區(qū)5，位于N阱區(qū)3中的第二重?fù)诫sN區(qū)6和第二重?fù)诫sP區(qū)7，組成阻變器件R，可調(diào)電源U。其中P+區(qū)5形成PNP三極管Ql發(fā)射區(qū)，N阱區(qū)2形成PNP三極管Ql基區(qū)及NPN三極管Q2集電區(qū)，P阱區(qū)3形成PNP三極管Ql集電區(qū)及NPN三極管Q2基區(qū)，第二重?fù)诫sN區(qū)6形成NPN三極管Q2發(fā)射區(qū)，Rs為P阱區(qū)3寄生電阻。第一重?fù)诫sP區(qū)5與N阱區(qū)2形成可控硅靜電保護(hù)器件的第一 PN結(jié)，N阱區(qū)2與P阱區(qū)3形成第二 PN結(jié)，P阱區(qū)3與第二重?fù)诫sN區(qū)6形成第三PN結(jié)。可見(jiàn)其與常規(guī)可控硅靜電保護(hù)器件的區(qū)別僅在于，陰極K與柵極G之間連接有與可調(diào)電源U并聯(lián)的阻變器件R。
[0036]阻變器件R由下電極、上電極和阻變材料組成，其中阻變材料為金屬或者半導(dǎo)體材料，具體的，阻變器件R可以為憶阻器。
[0037]圖1為常規(guī)可控硅靜電釋放保護(hù)電路等效電路圖。當(dāng)陽(yáng)極A施加電壓相對(duì)于陰極K為正，第一 PN結(jié)和第三PN結(jié)正向偏置，而第二 PN結(jié)反向偏置，大部分外加電壓降在第二PN結(jié)上。要使可控硅靜電保護(hù)器件導(dǎo)通，關(guān)鍵是使第二 PN結(jié)失去阻擋作用。當(dāng)外加電壓上升到第二 PN結(jié)的雪崩擊穿電壓Vb2時(shí)，反偏第二 PN結(jié)空間電荷區(qū)寬度擴(kuò)展的同時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)也大大增強(qiáng)，從而引起倍增效應(yīng)加強(qiáng)，通過(guò)第二 PN結(jié)的電流突然增大，并使得流過(guò)器件的電流也增大。此時(shí)，通過(guò)第二 PN結(jié)的電流，由原來(lái)的反向電流轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕傻谝?PN和第三PN結(jié)注入在第二 PN結(jié)空間電荷區(qū)倍增了的電流，使得兩晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)，此時(shí)可控硅靜電保護(hù)器件兩端的電壓降明顯降低。可控硅靜電保護(hù)器件開(kāi)啟進(jìn)入轉(zhuǎn)折區(qū)。
[0038]圖3為本發(fā)明提出的靜電釋放保護(hù)電路等效電路圖，與常規(guī)可控硅靜電釋放保護(hù)電路相比，它在柵極G和陰極K之間添加了一個(gè)阻變器件R以及連接在其兩端的可調(diào)電源U。Rs為P阱區(qū)3的寄生電阻。柵極G和陰極K之間連接的阻變器件R起分流作用，此時(shí)總陰極K電流Ik是發(fā)射極電流Ie2和旁路電流Is之和。電阻來(lái)源于阻變器件R及寄生電阻Rs，旁路的作用是減少NPN 二極管的電流增益，此時(shí)有效電流增益為:
【權(quán)利要求】
1.可控硅靜電保護(hù)器件，包括可控硅靜電保護(hù)器件本體，其特征在于，還包括阻變器件及可調(diào)電源，所述阻變器件與可調(diào)電源并聯(lián)，并連接在可控硅靜電保護(hù)器件本體的柵極與陰極之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可控硅靜電保護(hù)器件，其特征在于，所述阻變器件為憶阻器。
3.可控硅靜電保護(hù)器件，包括可控硅靜電保護(hù)器件本體，其特征在于，還包括阻變器件及可調(diào)電源，所述阻變器件與可調(diào)電源并聯(lián)，并連接在可控硅靜電保護(hù)器件本體的柵極與陽(yáng)極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述可控硅靜電保護(hù)器件，其特征在于，所述阻變器件為憶阻器。
5.可控硅靜電保護(hù)器件，包括可控硅靜電保護(hù)器件本體，其特征在于，還包括阻變器件及可調(diào)電源，所述阻變器件與可調(diào)電源并聯(lián)，并連接在可控硅靜電保護(hù)器件本體的PNP三極管基極或NPN三極管集電極與陽(yáng)極之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述可控硅靜電保護(hù)器件，其特征在于，所述阻變器件為憶阻器。
7.雙向可控娃靜電保護(hù)器件,包括第一可控娃靜電保護(hù)器件與第二可控娃靜電保護(hù)器件，其特征在于，所述第一可控硅靜電保護(hù)器件為權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7所述的可控硅靜電保護(hù)器件，第二可控硅靜電保護(hù)器件為與第一可控硅靜電保護(hù)器件相同的可控硅靜電保護(hù)器件，第一可控硅靜電保護(hù)器件的陰極與第二可控硅靜電保護(hù)器件的陽(yáng)極連接作為第一主電極，第一阻變器件的陽(yáng)極與第二阻變器件的陰極連接作為第二主電極。
【文檔編號(hào)】H01L27/02GK103515381SQ201310424584
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】劉洋, 吳霜毅, 張鐸, 董華, 顧野, 徐艷飛 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)