淺槽隔離區(qū)202和ρ型重?fù)诫s區(qū)212，且所述η型重?fù)诫s區(qū)211和ρ型重?fù)诫s區(qū)212與陽極相連；
[0033]所述ρ型阱區(qū)230內(nèi)設(shè)有η型重?fù)诫s區(qū)213，淺槽隔離區(qū)204和ρ型重?fù)诫s區(qū)214，且所述η型重?fù)诫s區(qū)213和ρ型重?fù)诫s區(qū)214與陰極相連；
[0034]所述硅襯底210和η型阱區(qū)220之間跨接淺槽隔離區(qū)201，；
[0035]所述η型阱區(qū)220和ρ型阱區(qū)230之間跨接淺槽隔離區(qū)203 ;
[0036]所述ρ型阱區(qū)230和硅襯底210之間跨接淺槽隔離區(qū)205 ;
[0037]所述所述η型阱區(qū)220和ρ型阱區(qū)230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，其摻雜濃度分布如圖3中所示，原點(diǎn)表示η型阱區(qū)和ρ型阱區(qū)鄰接處。
[0038]從原理上講，該SCR器件是由一個寄生的ρηρ晶體管和一個寄生的ηρη晶體管構(gòu)成；其中，Ρ型重?fù)诫s區(qū)212、η型阱區(qū)220、ρ型阱區(qū)230和ρ型重?fù)诫s區(qū)214構(gòu)成一個ρηρ晶體管，η型重?fù)诫s區(qū)213、ρ型阱區(qū)230、η型阱區(qū)220和η型重?fù)诫s區(qū)211形成一個ηρη晶體管，R_nw為η型阱區(qū)220電阻，R_pw為ρ型阱區(qū)230電阻；所述的SCR器件的等效電路圖與圖1所示的SCR器件的等效電路相同，且工作原理相同。
[0039]如圖3中所示的沿虛線BB’的η型阱區(qū)220和ρ型阱區(qū)230的摻雜濃度分布。其中，η型阱區(qū)220的摻雜濃度變化分布，在阱區(qū)220內(nèi)從左向右逐漸減??；ρ型阱區(qū)230的摻雜濃度變化分布，在阱區(qū)230內(nèi)從右向左逐漸減小。η型阱區(qū)220在室溫下雜質(zhì)全電離，這時η型阱區(qū)220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，且兩者的分布一致。因此，電子濃度分布存在如圖3所示的濃度梯度。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，因此在η型阱區(qū)220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)220的左邊，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η型阱區(qū)220的右邊，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)220內(nèi)形成了從左指向右邊的電場。在該電場的作用下，寄生ρηρ晶體管的基區(qū)少數(shù)載流子空穴做從左向右的漂移運(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，在圖4所示的摻雜濃度分布下，η型阱區(qū)220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)渡越時間減小，SCR器件的開啟速度加快。而圖1所示的SCR器件由于寄生晶體管的基區(qū)摻雜濃度分布是均勻的，如圖2所示，不能在基區(qū)引入加速場，少數(shù)載流子在基區(qū)只做擴(kuò)散運(yùn)動，所以基區(qū)渡越時間長，SCR器件的開啟速度慢。對于ρ型阱區(qū)230，上述的分析同樣適用。
[0040]如圖4所示為通過條狀版圖設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例中SCR器件結(jié)構(gòu)的例子；其中，版圖300中設(shè)有摻雜區(qū)301和非摻雜區(qū)302，版圖310中設(shè)有摻雜區(qū)311、非摻雜區(qū)312、摻雜區(qū)313和非摻雜區(qū)314。當(dāng)基區(qū)的版圖結(jié)構(gòu)為版圖300所示時，摻雜過程只在摻雜區(qū)301內(nèi)進(jìn)行，而非摻雜區(qū)302內(nèi)不進(jìn)行摻雜過程。然后，利用工藝過程中高溫退火時雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散，在X軸的方向上形成雜質(zhì)濃度從左到右的下降，其分布如圖5所示的虛線所示。而版圖310設(shè)計(jì)則通過一定的摻雜區(qū)域311和313與非摻雜區(qū)312和314區(qū)域的寬度比例來達(dá)到雜質(zhì)濃度的可控制的變化，其相應(yīng)的基區(qū)濃度分布在圖5中的虛點(diǎn)線示出。由此可見，該方法可以在相同的基區(qū)面積內(nèi)，不改變工藝條件，實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)濃度的橫向變化分布。同樣的原理，通過調(diào)整版圖中未進(jìn)行摻雜和進(jìn)行摻雜區(qū)域的寬度比例，可以在X軸的方向上形成雜質(zhì)濃度從右到左的下降分布。
[0041 ] 如圖5所示為通過孔狀版圖設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例中SCR器件結(jié)構(gòu)的例子；其中，版圖中由進(jìn)行摻雜的區(qū)域(黑色)和未進(jìn)行摻雜的區(qū)域(白色)構(gòu)成；該版圖通過調(diào)整未摻雜的白色的孔的密度來調(diào)整雜質(zhì)的橫向的濃度分布；版圖中未進(jìn)行摻雜的孔的密度從左向右逐漸增大，在X軸的方向上形成雜質(zhì)濃度從左到右的下降分布；同樣的原理，版圖中未進(jìn)行摻雜的孔的密度從左到右逐漸減小，相應(yīng)的在X軸的方向上形成雜質(zhì)濃度從左到右的上升分布ο
[0042]在上述的器件描述中，器件的阱區(qū)都是由一次摻雜過程形成的。而在一些工藝流程中，同一種導(dǎo)電類型的阱可以由兩次或兩次以上的同種導(dǎo)電類型的摻雜過程來實(shí)現(xiàn)。
[0043]實(shí)施例2
[0044]本實(shí)施例中提供一種由兩次同種導(dǎo)電類型的摻雜過程的快速開啟新型SCR器件，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，該結(jié)構(gòu)中所述ρ型硅襯底210上形成阱區(qū)，所述阱區(qū)包括兩個η型子阱區(qū)220、240和兩個ρ型子阱區(qū)230、250，所述η型子阱區(qū)220和240在空間上重合，所述ρ型子阱區(qū)230和250在空間上重合，且η型子阱區(qū)220鄰接ρ型子阱區(qū)230，η型子阱區(qū)240鄰接P型子阱區(qū)250 ;η型子阱區(qū)220和240由兩次η型的摻雜過程形成；ρ型子阱區(qū)230和250由兩次ρ型的摻雜過程形成；
[0045]其中，由η型子阱區(qū)220和240所構(gòu)成的η型區(qū)域的摻雜濃度變化分布從左向右逐漸減小，由Ρ型子阱區(qū)230和250構(gòu)成的ρ型區(qū)域的摻雜濃度變化分布從右向左逐漸減小，與圖3中一致。上述兩種導(dǎo)電類型區(qū)域的摻雜濃度的變化分布可以采用圖4和圖5所示的版圖設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，且可以通過同一種導(dǎo)電類型的兩個阱區(qū)中的一個變化或兩個同時變化來實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)濃度的橫向變化分布。
[0046]除此以外，還可以采用梯形狀版圖設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的方法；在該方法中，同一種導(dǎo)電類型的阱區(qū)摻雜過程中至少一次摻雜過程是在整個該種導(dǎo)電類型區(qū)域內(nèi)是均勻摻雜的；具體版圖設(shè)計(jì)如圖7所示；圖中，黑色的區(qū)域?yàn)檫M(jìn)行雜質(zhì)注入的區(qū)域，白色的區(qū)域?yàn)槲催M(jìn)行雜質(zhì)注入的區(qū)域。該方法通過雜質(zhì)注入的梯形區(qū)域的兩條底邊的寬度比例變化，在X軸的方向上形成雜質(zhì)濃度從左到右的下降分布或從右到左的下降分布。
[0047]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于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)包括一個第二種導(dǎo)電類型阱區(qū)和一個第一種導(dǎo)電類型阱區(qū)，所述兩個阱區(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。2.按權(quán)利要求1所述用于ESD保護(hù)的快速開啟的新型SCR器件，其特征在于，所述第二種導(dǎo)電類型阱區(qū)由多個第二種導(dǎo)電類型子阱區(qū)重疊構(gòu)成，其中至少一個第二種導(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)鄰接處方向逐漸減小；所述第一種導(dǎo)電類型阱區(qū)由多個第一種導(dǎo)電類型子阱區(qū)重疊構(gòu)成，其中至少一個第一種導(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。
【專利摘要】本發(fā)明屬于集成電路的靜電放電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于ESD保護(hù)的快速開啟的SCR器件，用以克服SCR器件開啟速度慢的問題。該SCR器件包括第一種導(dǎo)電類型硅襯底，硅襯底上形成相鄰接的一個第二種導(dǎo)電類型阱區(qū)和一個第一種導(dǎo)電類型阱區(qū)，所述兩個阱區(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。本發(fā)明通過改變器件內(nèi)阱區(qū)的橫向摻雜濃度分布，在寄生pnp和/或寄生npn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)渡越時間，最終減少SCR器件的開啟時間，提高SCR器件開啟速度。
【IPC分類】H01L27/02, H01L29/74, H01L29/06, H01L23/60
【公開號】CN105374868
【申請?zhí)枴緾N201510981673
【發(fā)明人】劉繼芝, 郭駿雄, 紀(jì)長志, 劉志偉
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月23日