一種用于esd保護(hù)的快速開啟的scr器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路的靜電放電(ESD)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于ESD保護(hù)的快速開啟的SCR器件，用于提高片上1C的ESD保護(hù)的可靠性。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電放電(Electrostatic Discharge, ESD)現(xiàn)象是指有限的電荷在兩個(gè)近距離并具有不同靜電勢的物體之間發(fā)生轉(zhuǎn)移的事件。集成電路的靜電放電現(xiàn)象特指芯片在不上電的情況下，大量電荷從外部或內(nèi)部經(jīng)由芯片內(nèi)部電路泄放的瞬時(shí)過程；由于ESD泄放脈沖瞬時(shí)、高峰值的特點(diǎn)，會在芯片內(nèi)部產(chǎn)生大量焦耳熱，從而造成集成電路芯片失效問題。
[0003]娃控整流器(Silicon control Rectifier, SCR)由于其能夠在最小的面積下實(shí)現(xiàn)最高的靜電放電魯棒性而成為最有效的ESD保護(hù)器件；然而，作為ESD保護(hù)器件的SCR存在開啟速度慢的缺點(diǎn)。隨著工藝水平的不斷提高，柵氧化層的厚度越來越薄，柵氧化層的擊穿電壓隨之下降；因此，在遇到ESD事件，特別是在快速充電器件模式(Charged-DeviceModel, CDM)下，為了保護(hù)薄柵氧化層不致遭受到致命的損傷或破壞，必須減小ESD保護(hù)器件SCR的開啟時(shí)間。
[0004]目前，現(xiàn)有的基本的SCR器件結(jié)構(gòu)及其等效電路圖如圖1所示，該SCR器件結(jié)構(gòu)包括:
[0005]p型硅襯底110;
[0006]所述p型硅襯底110上形成阱區(qū)，所述阱區(qū)包括一個(gè)η型阱區(qū)120和一個(gè)ρ型阱區(qū)130，所述阱區(qū)120鄰接所述阱區(qū)130 ;
[0007]所述η型阱區(qū)120內(nèi)設(shè)有η型重?fù)诫s區(qū)111，淺槽隔離區(qū)102和ρ型重?fù)诫s區(qū)112，且所述η型重?fù)诫s區(qū)111和ρ型重?fù)诫s區(qū)112與陽極相連；
[0008]所述ρ型阱區(qū)130內(nèi)設(shè)有η型重?fù)诫s區(qū)113，淺槽隔離區(qū)104和ρ型重?fù)诫s區(qū)114，且η型重?fù)诫s區(qū)113和ρ型重?fù)诫s區(qū)114與陰極相連；
[0009]所述ρ型硅襯底110和η型阱區(qū)120之間跨接淺槽隔離區(qū)101 ;
[0010]所述η型阱區(qū)120和ρ型阱區(qū)130之間跨接淺槽隔離區(qū)103 ;
[0011]所述ρ型阱區(qū)130和ρ型硅襯底110之間跨接淺槽隔離區(qū)105。
[0012]如圖2所示為上述SCR器件沿圖1所示的虛線ΑΑ’的η型阱區(qū)120和ρ型阱區(qū)130的摻雜濃度分布，其中η型阱區(qū)120的摻雜濃度均勻分布，ρ型阱區(qū)130的摻雜濃度均勾分布。
[0013]從該SCR器件的等效電路圖能夠看到，該SCR器件是由一個(gè)寄生的ρηρ晶體管和一個(gè)寄生的ηρη晶體管構(gòu)成；其中，ρ型重?fù)诫s區(qū)112、η型阱區(qū)120、ρ型阱區(qū)130和ρ型重?fù)诫s區(qū)114構(gòu)成一個(gè)ρηρ晶體管，η型重?fù)诫s區(qū)113、ρ型阱區(qū)130、η型阱區(qū)120和η型重?fù)诫s區(qū)111形成一個(gè)ηρη晶體管，R_nw為η型講區(qū)120電阻，R_pw為ρ型講區(qū)130電阻。當(dāng)ESD事件來臨時(shí)，η型阱區(qū)和ρ型阱區(qū)所構(gòu)成的ρη結(jié)反偏；當(dāng)該反偏電壓大于該ρη結(jié)的雪崩擊穿電壓就會產(chǎn)生大量的電子空穴對，電子電流流過η型阱區(qū)120并在R_nw上產(chǎn)生壓降，使P型重?fù)诫s區(qū)112和η型阱區(qū)120形成的ρη結(jié)正偏，即寄生ρηρ管的發(fā)射結(jié)正偏；隨著ρηρ管開啟，ρηρ管的集電極電流流過ρ型講區(qū)130電阻R_pw，使η型重?fù)诫s區(qū)113和ρ型講區(qū)130形成的ρη結(jié)正偏，即ηρη管中的發(fā)射結(jié)正偏，使ηρη管開啟；之后，ρηρ管的集電極電流為ηρη管提供基極電流，且ηρη管的集電極電流為ρηρ管提供基極電流，在寄生ρηρ管與ηρη管之間產(chǎn)生正反饋機(jī)制，SCR導(dǎo)通。
[0014]上述的SCR器件的開啟過程需要寄生ηρη和ρηρ晶體管首先開啟，因此所述器件的開啟時(shí)間由兩個(gè)寄生晶體管的開啟時(shí)間決定；而雙極型晶體管的開啟時(shí)間與該晶體管的基區(qū)少數(shù)載流子的基區(qū)渡越時(shí)間密切相關(guān)；因此，本發(fā)明提供一種用于ESD保護(hù)的快速開啟的SCR器件，通過減小寄生晶體管的基區(qū)渡越時(shí)間來提高SCR器件的開啟速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于針對SCR器件開啟速度慢的問題提供一種新型的SCR結(jié)構(gòu)，該SCR結(jié)構(gòu)通過改變SCR器件的寄生晶體管的基區(qū)摻雜濃度的橫向分布，在寄生ρηρ和/或寄生ηρη晶體管的基區(qū)內(nèi)引入少數(shù)載流子的加速電場，加速該區(qū)少數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動，以減小該少數(shù)載流子的基區(qū)渡越時(shí)間，最終減少SCR器件的開啟時(shí)間，提高其開啟速度。
[0016]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種用于ESD保護(hù)的快速開啟的SCR器件，包括:第一種導(dǎo)電類型硅襯底，所述硅襯底上形成阱區(qū)，所述阱區(qū)包括一個(gè)第二種導(dǎo)電類型阱區(qū)和一個(gè)第一種導(dǎo)電類型阱區(qū)，所述兩個(gè)阱區(qū)相鄰接，所述第二種導(dǎo)電類型阱區(qū)、第一種導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)分別設(shè)有第二種導(dǎo)電類型重?fù)诫s區(qū)，淺槽隔離區(qū)和第一種導(dǎo)電類型重?fù)诫s區(qū)；其特征在于，所述第二種導(dǎo)電類型阱區(qū)和第一種導(dǎo)電類型阱區(qū)內(nèi)摻雜濃度變化分布，沿著指向兩阱區(qū)鄰接處方向逐漸減小。
[0017]進(jìn)一步的，所述第二種導(dǎo)電類型阱區(qū)由多個(gè)第二種導(dǎo)電類型子阱區(qū)重疊構(gòu)成，其中至少一個(gè)第二種導(dǎo)電類型子阱區(qū)內(nèi)摻雜濃度變化分布，沿著指向兩阱區(qū)鄰接處方向逐漸減?。凰龅谝环N導(dǎo)電類型阱區(qū)由多個(gè)第一種導(dǎo)電類型子阱區(qū)重疊構(gòu)成，其中至少一個(gè)第一種導(dǎo)電類型子阱區(qū)內(nèi)摻雜濃度變化分布，沿著指向兩阱區(qū)鄰接處方向逐漸減小。
[0018]從原理上講，本發(fā)明提供SCR結(jié)構(gòu)同樣由一個(gè)寄生的ρηρ晶體管和一個(gè)寄生的ηρη晶體管構(gòu)成，其等效電路圖與圖1所示的SCR器件的等效電路相同，且工作原理相同。所述SCR結(jié)構(gòu)中η型阱區(qū)和ρ型阱區(qū)內(nèi)摻雜濃度變化分布，沿著指向η型阱區(qū)和ρ型阱區(qū)鄰接處方向逐漸減小。η型阱區(qū)在室溫下雜質(zhì)全電離，此時(shí)η型阱區(qū)內(nèi)有不能移動的帶正電的電離受主雜質(zhì)和可以移動的帶負(fù)電的電子，且兩者的濃度分布一致；因此，電子濃度分布存在濃度梯度，在該濃度梯度的作用下，電子會從高濃度的區(qū)域向低濃度的區(qū)域做擴(kuò)散運(yùn)動，而電離雜質(zhì)不能移動，則在η型阱區(qū)內(nèi)帶負(fù)電的電子濃度和帶正電的電離雜質(zhì)濃度之差發(fā)生變化，電荷在空間上分離了。在η型阱區(qū)遠(yuǎn)離鄰接處的一側(cè)，帶負(fù)電的電子濃度小于帶正電的電離雜質(zhì)濃度，該區(qū)域帶正電；在11型阱區(qū)鄰接處一側(cè)，帶負(fù)電的電子濃度大于帶正電的電離雜質(zhì)濃度，該區(qū)域帶負(fù)電；從而在η型阱區(qū)內(nèi)形成了從遠(yuǎn)離鄰接處的一側(cè)指向鄰接處一側(cè)的電場。在該電場的作用下，寄生ρηρ晶體管的基區(qū)少數(shù)載流子空穴做從遠(yuǎn)離鄰接處的一側(cè)指向鄰接處一側(cè)的漂移運(yùn)動，漂移運(yùn)動的方向與原有的擴(kuò)散運(yùn)動的方向一致；因此，在變化的摻雜濃度分布下，η型阱區(qū)內(nèi)形成了少數(shù)載流子的加速場，在該加速場的作用下，少數(shù)載流子既做擴(kuò)散運(yùn)動又做漂移運(yùn)動，基區(qū)渡越時(shí)間減小，SCR器件的開啟速度加快。所述P型阱區(qū)內(nèi)同理適用。
[0019]綜上，本發(fā)明提供的SCR結(jié)構(gòu)通過改變器件內(nèi)阱區(qū)的橫向摻雜濃度分布，在寄生ρηρ和/或寄生ηρη的基區(qū)內(nèi)引入少數(shù)載流子的加速電場，減小相應(yīng)少數(shù)載流子的基區(qū)渡越時(shí)間，最終減少SCR器件的開啟時(shí)間，提高其開啟速度。
【附圖說明】
[0020]圖1是現(xiàn)有的SCR器件的結(jié)構(gòu)示意圖和等效電路圖。
[0021]圖2是圖1所示SCR結(jié)構(gòu)沿虛線ΑΑ’的摻雜濃度分布示意圖。
[0022]圖3是實(shí)施例1提供的新型的SCR器件結(jié)構(gòu)及其沿虛線ΒΒ’的摻雜濃度分布示意圖。
[0023]圖4是實(shí)施例1中用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明SCR結(jié)構(gòu)的一種條狀版圖。
[0024]圖5是實(shí)施例1中用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明SCR結(jié)構(gòu)的一種孔狀版圖。
[0025]圖6是實(shí)施例2中采用兩層同種導(dǎo)電類型的摻雜過程來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明SCR結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖7是實(shí)施例1中用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明SCR結(jié)構(gòu)的一種梯形狀版圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0028]實(shí)施例1
[0029]本實(shí)施例中一種用于ESD保護(hù)的快速開啟的SCR器件，如圖3所示，包括:
[0030]ρ型硅襯底210 ；
[0031]所述ρ型硅襯底210上形成阱區(qū)，所述阱區(qū)包括一個(gè)η型阱區(qū)220和一個(gè)ρ型阱區(qū)230，所述η型阱區(qū)220鄰接所述ρ型阱區(qū)230 ;
[0032]所述η型阱區(qū)220內(nèi)設(shè)有η型重?fù)诫s區(qū)211，