一種新型的靜電放電防護(hù)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的靜電放電防護(hù)裝置，屬于集成電路靜電防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多的功能多樣化的集成電路。為了適應(yīng)各種電子系統(tǒng)的應(yīng)用需求，這些集成電路往往具有不同的工作電壓。此外，為了減少印刷電路板上的元器件個(gè)數(shù)，提高電子系統(tǒng)整體的可靠性，越來(lái)越多的功能電路被集成在單片的集成電路中做成集成的片上系統(tǒng)。這種片上系統(tǒng)集成電路本身就擁有不同工作電壓的管腳。為了提高集成電路的可靠性，無(wú)論是片上系統(tǒng)集成電路還是其他特定功能的集成電路，需要有對(duì)應(yīng)于不同工作電壓的靜電放電防護(hù)裝置，即靜電放電防護(hù)裝置需要不同的觸發(fā)電壓。如果靜電放電防護(hù)裝置的觸發(fā)電壓大于集成電路管腳的失效電壓，那么它將不能提供有效的防護(hù)；如果靜電放電防護(hù)裝置的觸發(fā)電壓小于集成電路管腳的工作電壓，那么它將影響集成電路的正常工作。因此集成電路設(shè)計(jì)人員需要選用具有合適觸發(fā)電壓的靜電放電防護(hù)裝置來(lái)設(shè)計(jì)可靠的集成電路。這也使得相應(yīng)的靜電放電防護(hù)裝置設(shè)計(jì)人員需開(kāi)發(fā)不同結(jié)構(gòu)的裝置來(lái)滿(mǎn)足上述要求。但是在一個(gè)半導(dǎo)體工藝上集成具有多種觸發(fā)電壓的不同的靜電放電防護(hù)裝置需要花費(fèi)大量的研發(fā)時(shí)間，而且這也使得對(duì)半導(dǎo)體器件不熟悉的集成電路設(shè)計(jì)人員需要花費(fèi)較多的時(shí)間去考慮如何選用合適的靜電放電防護(hù)裝置。
[0003]對(duì)于制作在單片集成電路上的片上系統(tǒng)，在許多應(yīng)用場(chǎng)合中要求其ESD防護(hù)能力達(dá)到系統(tǒng)級(jí)的ESD防護(hù)能力。這就要求設(shè)計(jì)的用于片上防護(hù)的ESD防護(hù)裝置有較高的魯棒性(即較高的ESD電流泄放能力)，足夠高的維持電壓來(lái)防止系統(tǒng)工作時(shí)由ESD事件引起的栓鎖問(wèn)題。這種片上系統(tǒng)單片集成電路往往是制作在SOI (Silicon On Insulator，絕緣娃)材料上，但是SOI材料的散熱性能比較差導(dǎo)致傳統(tǒng)的ESD防護(hù)裝置的魯棒性較低，無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)級(jí)ESD防護(hù)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種新型的靜電放電防護(hù)裝置。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種新型的靜電放電防護(hù)裝置，包括具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的P外延層(201)和具有第二導(dǎo)電類(lèi)型的N襯底(101);所述的P外延層(201)制作在N襯底(101)的上方；
所述的N襯底上從左到右依次設(shè)置有三個(gè)埋氧層(102)，規(guī)劃出陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)；在陽(yáng)極區(qū)內(nèi)設(shè)置第一導(dǎo)電類(lèi)型的P埋層(104)，P埋層(104)與中間的埋氧層(102)相連，與左側(cè)的埋氧層(102)留有間距;在陰極區(qū)設(shè)置第一導(dǎo)電類(lèi)型的P阱(103)，P阱(103)與中間的埋氧層(102)和右側(cè)的埋氧層(102)均相連；
所述的P外延層(201)制作在N襯底(101)的上方，與N襯底(101)相連;在P外延層的左側(cè)和右側(cè)均制作有STI氧化層隔離(202);兩個(gè)氧化層(202)之間是裝置的有源區(qū)，有源區(qū)的橫向位置包含了所述的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)的位置;在P外延層(201)上所述的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)各設(shè)有一個(gè)N+注入?yún)^(qū)(203);陽(yáng)極區(qū)的N+注入?yún)^(qū)(203)的右側(cè)與中間的埋氧層(102)相連，且超過(guò)了中間的埋氧層(102)的邊界；陰極區(qū)的N+注入?yún)^(qū)(203)的左側(cè)與中間的埋氧層(102)相連，且超過(guò)了中間的埋氧層(102)的邊界;兩個(gè)N+注入?yún)^(qū)(203)不相連，中間設(shè)置有P外延層(201)；
在所述的P外延層(201)表面上還制作了氧化層(204)，將P外延層(201)與上方的電氣連接金屬進(jìn)行隔離;在氧化層的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)還制作了接觸孔，在接觸孔內(nèi)制作金屬電極(205)，分別與陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)的N+注入?yún)^(qū)(203)形成歐姆接觸，并將陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)引出。
[0006]作為優(yōu)選方案，還包括:P+注入?yún)^(qū)，所述陽(yáng)極區(qū)的N+注入?yún)^(qū)(203)右側(cè)還依次設(shè)置有氧化層(202)、P+注入?yún)^(qū)(206)，所述氧化層(202)、P+注入?yún)^(qū)(206)均設(shè)置在P阱(103)上表面;所述P+注入?yún)^(qū)(206)上表面也設(shè)置有接觸孔，所述接觸孔內(nèi)制作金屬電極(205)，分別與陽(yáng)極區(qū)N+注入?yún)^(qū)(203)，陰極區(qū)的N+注入?yún)^(qū)(203)和P+注入?yún)^(qū)(206)形成歐姆接觸，并將陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)引出。
[0007]作為優(yōu)選方案，還包括柵結(jié)構(gòu)，所述柵結(jié)構(gòu)包括與P外延層(201)的大小對(duì)準(zhǔn)的柵氧化層(301)，在所述的柵氧化層(301)的上方制作有多晶硅或者金屬材料的柵電極(303)，在柵氧化層和柵電極的兩側(cè)均制作有柵側(cè)墻(302);柵氧化層(301)、柵電極(303)和柵側(cè)墻(302)構(gòu)成一個(gè)完整的柵結(jié)構(gòu)。
[0008]有益效果:本發(fā)明提供的一種新型的靜電放電防護(hù)裝置，包括具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的P外延層和具有第二導(dǎo)電類(lèi)型的N襯底。所述的P外延層制作在N襯底的上方。這樣兩層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得該靜電放電防護(hù)裝置擁有兩條ESD泄放路徑。在低電流條件下，ESD電流通過(guò)P外延層，在高電流條件下，ESD電流主要通過(guò)N襯底。這樣做的好處是通過(guò)P外延層內(nèi)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)獲得可調(diào)的觸發(fā)電壓，在高電流條件下將ESD電流導(dǎo)向N襯底來(lái)獲得高魯棒性和高維持電壓。外延層長(zhǎng)度的大小是可以調(diào)整的。通過(guò)調(diào)整這個(gè)間距的大小來(lái)獲得不同的觸發(fā)電壓。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為實(shí)施例1中所描述的一種靜電放電防護(hù)裝置的剖面圖。
[0010]圖2(a)為實(shí)施例1中所描述的一種靜電放電防護(hù)裝置的等效電路圖。
[0011]圖2(b)為實(shí)施例1中所描述的一種靜電放電防護(hù)裝置的剖面圖與等效電路圖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0012]圖3(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)為實(shí)施例1中所描述的一種靜電放電防護(hù)裝置的中間制作步驟。
[0013]圖4為具有不同長(zhǎng)度的留出的外延層的一種靜電放電防護(hù)裝置的電流電壓特性圖。
[0014]圖5為實(shí)施例2中所描述的另一種靜電放電防護(hù)裝置的剖面圖。
[0015]圖6(a)為實(shí)施例2中所描述的另一種靜電放電防護(hù)裝置的等效電路圖。
[0016]圖6(b)為實(shí)施例2中所描述的另一種靜電放電防護(hù)裝置的剖面圖與等效電路圖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0017]圖7為實(shí)施例3中所描述的另一種靜電放電防護(hù)裝置的剖面圖。
[0018]圖8(a)為實(shí)施例3中所描述的另一種靜電放電防護(hù)裝置的等效電路圖。
[0019]圖8(b)為實(shí)施例3中所描述的另一種靜電放電防護(hù)裝置的剖面圖與等效電路圖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例1
如圖1所示為一種新型的靜電放電防護(hù)裝置的剖面圖。這種新型的靜電放電防護(hù)裝置，包括具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的P外延層201和具有第二導(dǎo)電類(lèi)型的N襯底101。所述的P外延層201制作在N襯底101的上方。
[0022]所述的N襯底上從左到右依次設(shè)置有三個(gè)埋氧層102，規(guī)劃出該裝置的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)。在陽(yáng)極區(qū)內(nèi)還設(shè)有一具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的P埋層104，該P(yáng)埋層104與中間的埋氧層102相連，與左側(cè)的埋氧層102留有一定的間距。在陰極區(qū)設(shè)有一具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的P阱103，該P(yáng)阱103與中間的埋氧層102和右側(cè)的埋氧層102均相連。
[0023]所述的P外延層201制作在N襯底101的上方，與N襯底101相連。在P外延層的左側(cè)和右側(cè)均制作有STI氧化層隔離202。兩個(gè)氧化層202之間是裝置的有源區(qū)，該有源區(qū)的橫向位置包含了所述的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)的位置。在P外延層201上所述的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)各設(shè)有一個(gè)N+注入?yún)^(qū)203。陽(yáng)極區(qū)的N+注入?yún)^(qū)203的右側(cè)與中間的埋氧層102相連且超過(guò)了它的邊界。陰極區(qū)的N+注入?yún)^(qū)203的左側(cè)也與中間的埋氧層102相連且超過(guò)了它的邊界。但是這兩個(gè)N+注入?yún)^(qū)203不相連，中間有一定的間距，留下原有的P外延層201。這個(gè)間距的大小是可以調(diào)整的。
[0024]在所述的P外延層201表面上還制作了氧化層204，將P外延層201與其上方的電氣連接金屬進(jìn)行隔離。在氧化層的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)還制作了接觸孔，在接觸孔內(nèi)制作金屬電極205，分別與陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)的N+注入?yún)^(qū)203形成歐姆接觸，并將陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)引出。
[0025]該實(shí)施例所描述的一種靜電放電防護(hù)裝置的等效電路圖如圖2(a)所示。為了更好地將等效電路圖與該實(shí)施例的靜電放電防護(hù)裝置的剖面圖相對(duì)應(yīng)，將等效電路圖內(nèi)嵌于剖面圖內(nèi)，如圖2(b)所示。具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系描述如下:
陽(yáng)極區(qū)的N+注入203和P外延層201形成二極管Dl，陰極區(qū)的N+注入203和P外延層201形成二極管D2。
[0026]P阱103，N襯底101和P埋層104構(gòu)成PNP型三極管Ql;陰極區(qū)的N+注入203，P阱103和N襯底101構(gòu)成NPN三極管Q2。由于PNP三極管Ql和NPN三極管Q2的正反饋?zhàn)饔眯纬筛唠娏餍狗拍芰Φ目煽毓杞Y(jié)構(gòu)，來(lái)獲得高魯棒性的特性。陽(yáng)極區(qū)的N+注入?yún)^(qū)203和P埋層104形成二極管D3，該二極管的作用是將可控硅的大電流引向陽(yáng)極區(qū)，形成持續(xù)的電流泄放路徑。
[0027]電阻Rl為N襯底101的等效電阻。
[0028]為了更清楚地闡述該實(shí)施例所描述的一種靜電放電防護(hù)裝置，將其制作流程描述如下:
在一塊N襯底101上制作埋氧層102規(guī)劃出器件的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)，如圖3(a)所示。
[0029]在陰極區(qū)通過(guò)離子注入和熱擴(kuò)散等方式制作P阱103，如圖3(b)所示。
[0030]在陽(yáng)極區(qū)通過(guò)離子注入的方式制作高濃度的P埋層104，如圖3(c)所示。
[0031]在已制作有埋氧層102、P阱103和P埋層104的N襯底101上通過(guò)外延的方式制作P外延層201，如圖3(d)所示。
[0032]在P外延層201上制作STI淺槽隔離202，將該靜電放電防護(hù)裝置與外延層201上的其他器件隔離。即制作的STI淺槽隔離202規(guī)劃出該靜電放電防護(hù)裝置的有源區(qū)域，如圖3(e)所示。
[0033]在P外延層201上的有源區(qū)域通過(guò)離子注入在陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)各制作有一個(gè)N+注入203，如圖3(f)所示。兩個(gè)N+注入203之間留有間距，露出所需要的P外延層201，來(lái)獲得合適的觸發(fā)電壓，如圖3(f)所示。
[0034]在P外延層201上通過(guò)化學(xué)氣相淀積等方式制作用于隔離的氧化層204，并規(guī)劃出陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)的通孔，用于制作金屬電極，如圖3(g)所示。
[0035]最后，制作金屬電