可控硅靜電保護器件及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及集成電路靜電保護電路設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種可控硅靜電保護器件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在集成電路芯片的制作和應(yīng)用中，隨著超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的不斷提高，目前的CMOS集成電路制作技術(shù)已經(jīng)進入深亞微米階段，MOS器件的尺寸不斷縮小，柵氧化層的厚度越來越薄，MOS器件耐壓能力顯著下降，靜電放電(Electrostatic Discharge,ESD)對集成電路的危害變得越來越顯著。因此，對集成電路進行ESD的保護也變得尤為重要。
[0003]為了加強對靜電的防護能力，大都在芯片的輸入輸出接口端(I/O pad)連接靜電保護電路，靜電保護電路是為芯片中的內(nèi)部電路提供靜電電流的放電路徑，以避免靜電將內(nèi)部電路擊穿。
[0004]可控娃整流器件(Silicon-Controlled Rectifier, SCR)又被稱為晶閘管是經(jīng)常使用于靜電保護器件(ESD)，其特點在于，晶閘管的陰極與陽極之間在正常情況下并不能導(dǎo)通，而需要在控制極上加入正向觸發(fā)脈沖，一旦晶閘管導(dǎo)通形成穩(wěn)定電流后，即使撤除控制極上的外置電壓也能夠持續(xù)導(dǎo)通，直至陰極與陽極之間的電流小于維持導(dǎo)通的最小電流(稱為維持電流)，晶閘管才會自行關(guān)斷。
[0005]如圖1所示，為一種典型的ESD靜電保護電路的電路原理圖，待保護器件4通過靜電釋放端3釋放自身靜電電荷，第一晶閘管I以及第二晶閘管2可以采用相同規(guī)格的雙向晶閘管，其中第一晶閘管I的陽極與高位電源線Vdd連接，陰極與靜電釋放端3連接；第二晶閘管2的陽極與靜電釋放端3連接，而陰極與低位電源線Vss連接。因此無論靜電釋放端3上的電勢位如何，均可以經(jīng)由兩個晶閘管向高位電源線Vdd或者低位電源線Vss釋放靜電電荷。
[0006]所述第一晶閘管I以及第二晶閘管2中，陽極、陰極僅僅表示晶閘管的輸入輸出電極，而并不限定晶閘管中的電流流向。此外在電路正常工作時一般將低位電源線Vss接地，以便固定電勢位。
[0007]再如圖1所示，根據(jù)靜電釋放時，不同電勢位的靜電釋放端3向高位電源線Vdd以及低位電源線Vss的電流流向不同，所述雙向晶閘管可以定義出四種工作模式，其中第一晶閘管I工作于ND或者H)模式，而第二晶閘管2工作于PS或者NS模式。
[0008]圖2提供了一種現(xiàn)有的可控硅靜電保護器件的剖面結(jié)構(gòu)，包括:
[0009]P型襯底100 ;位于P型襯底100內(nèi)且相鄰的N阱101以及P阱102 ;位于N阱101表面的第一 N+型注入?yún)^(qū)201、第一 P+型注入?yún)^(qū)202 ;位于P阱102表面的第二 N+型注入?yún)^(qū)204、第二 P+型注入?yún)^(qū)205 ;橫跨于N阱101以及P阱102表面的N+型連接區(qū)203 ;上述各注入?yún)^(qū)以及連接區(qū)之間通過淺溝槽隔離(STI)109絕緣隔離。其中第一 N+型注入?yún)^(qū)201與第一 P+型注入?yún)^(qū)202相連接作為晶閘管的陽極；第二 N+型注入?yún)^(qū)204作為晶閘管的陰極；而第二 P+型注入?yún)^(qū)205接地。當(dāng)應(yīng)用于圖1所示ESD保護電路時，可以將第二 P+型注入?yún)^(qū)205與低位電壓源Vss連接。
[0010]圖3為上述可控硅靜電保護器件的等效電路圖，結(jié)合圖3以及圖2所示，N阱101、P阱102以及第二 N+型注入?yún)^(qū)204構(gòu)成NPN型三極管T2，其中根據(jù)注入濃度的差異可知，P阱102與第二 N+型注入?yún)^(qū)204構(gòu)成的PN結(jié)為發(fā)射極；同理第一 P+型注入?yún)^(qū)202、N阱101以及P阱102構(gòu)成PNP型三極管Tl，其中根據(jù)注入濃度差異可推斷，第一 P+型注入?yún)^(qū)202與N阱101構(gòu)成的PN界面為發(fā)射極。由于相鄰的同摻雜類型的區(qū)域之間可以視為電連接，因此所述晶閘管的等效電路連接如下:NPN型三極管T2的發(fā)射極連接晶閘管的陰極，基極連接PNP型三極管Tl的集電極；而集電極經(jīng)由N阱101的等效電阻Rnwell連接晶閘管的陽極；同時PNP型三極管Tl的基極連接NPN型三極管T2的集電極，發(fā)射極連接晶閘管的陽極，集電極經(jīng)由P阱102的等效電阻Rpwell連接地。NPN型三極管T2與PNP型三極管Tl構(gòu)成了典型的晶閘管結(jié)構(gòu)。在陽極與陰極之間外加正向偏置電壓并超過觸發(fā)值，所述偏置電壓需在N阱以及P阱間形成反向擊穿電流，從而才能夠在晶閘管中形成穩(wěn)定電流，而無需另行設(shè)置控制極。
[0011]但是現(xiàn)有的可控硅靜電保護器件的性能仍有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明解決的問題是提高靜電保護器件的性能。
[0013]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種可控硅靜電保護器件，包括:半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)具有P型阱區(qū)和與P型阱區(qū)相鄰的N型阱區(qū)；位于P型阱區(qū)內(nèi)的第一 P型摻雜區(qū)；位于第一 P型摻雜區(qū)和N型阱區(qū)之間的P型阱區(qū)內(nèi)第一 N型摻雜區(qū)；位于N型阱區(qū)內(nèi)的第二 N型摻雜區(qū)；位于第二 N型摻雜區(qū)和P型阱區(qū)之間N型阱區(qū)內(nèi)的第二 P型摻雜區(qū)；位于第一 N型摻雜區(qū)和第二 P型摻雜區(qū)之間且橫跨P型阱區(qū)和N型阱區(qū)的第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)，第一摻雜區(qū)位于第二摻雜區(qū)中，第二摻雜區(qū)的深度大于第一摻雜區(qū)的深度，第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)的摻雜的雜質(zhì)離子的類型相同，第一摻雜區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度大于第二摻雜區(qū)中的雜質(zhì)離子濃度。
[0014]可選的，所述第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)中摻雜的雜質(zhì)離子的類型為N型。
[0015]可選的，所述第二摻雜區(qū)的深度小于N型阱區(qū)的深度，第二摻雜區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度大于N型阱區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度。
[0016]可選的，所述N型阱區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度小于lE18atom/cm3，所述第二摻雜區(qū)中的雜質(zhì)離子的濃度為1E18?lE19atom/cm3，所述第一摻雜區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度大于lE19atom/cm3。
[0017]可選的，所述第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)中摻雜的雜質(zhì)離子的類型為P型。
[0018]可選的，所述第二摻雜區(qū)的深度小于P型阱區(qū)的深度，第二摻雜區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度大于P型阱區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度。
[0019]可選的，所述P型阱區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度小于lE18atom/cm3，所述第二摻雜區(qū)中的雜質(zhì)離子的濃度為1E18?lE19atom/cm3，所述第一摻雜區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度大于lE19atom/cm3。
[0020]可選的，還包括:位于相鄰摻雜區(qū)之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
[0021]可選的，所述第二摻雜區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度從第二摻雜區(qū)的下部表面向上部表面逐漸增大。
[0022]可選的，所述第一 N型摻雜區(qū)內(nèi)具有若干分立的第三P型摻雜區(qū)。
[0023]可選的，所述第二 P型摻雜區(qū)內(nèi)具有若干分立的第三N型摻雜區(qū)。
[0024]本發(fā)明還提供了一種可控硅靜電保護器件的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成P型阱區(qū)和與P型阱區(qū)相鄰的N型阱區(qū)；形成橫跨所述P型阱區(qū)和N型阱區(qū)的第二摻雜區(qū)；在所述第二摻雜區(qū)內(nèi)形成第一摻雜區(qū)，第二摻雜區(qū)的深度大于第一摻雜區(qū)的深度，第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)的摻雜的雜質(zhì)離子的類型相同，第一摻雜區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度大于第二摻雜區(qū)中的雜質(zhì)離子濃度；在第二摻雜區(qū)一側(cè)的P型阱區(qū)內(nèi)形成第一 P型摻雜區(qū)；在第二摻雜區(qū)一側(cè)的P型阱區(qū)內(nèi)形成第一 N型摻雜區(qū)，第一 N型摻雜區(qū)位于第一 P型摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)之間；在第二摻雜區(qū)一側(cè)的N型阱區(qū)內(nèi)形成第二 N型摻雜區(qū)；在第二摻雜區(qū)一側(cè)的N型阱區(qū)內(nèi)形成第二 P型摻雜區(qū)，所述第二 P型摻雜區(qū)位于第二 N型摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)之間。
[0025]可選的，所述第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)中摻雜的雜質(zhì)離子的類型為N型。
[0026]可選的，所述第二摻雜區(qū)的深度小于N型阱區(qū)的深度，第二摻雜區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度大于N型阱區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度。
[0027]可選的，所述N型阱區(qū)中雜質(zhì)離子的濃度小于lE18atom/cm3，所述第二摻雜區(qū)中的雜質(zhì)離子的濃度為1E18?lE19atom/cm3，所述