本發(fā)明涉及靜電防護(hù)領(lǐng)域,特別涉及一種低觸發(fā)電壓、高失效電流肖特基二極管觸發(fā)的單向可控硅靜電防護(hù)器件及其制作方法。
背景技術(shù):
1、隨著半導(dǎo)體制程工藝的進(jìn)步,esd造成集成電路芯片以及電子產(chǎn)品失效的情況愈加嚴(yán)重了。對(duì)電子產(chǎn)品以及集成電路芯片進(jìn)行esd防護(hù)成為了產(chǎn)品工程師們面臨的主要難題之一。
2、esd引起失效的模式分別有硬失效、軟失效、潛在失效。而引起這些失效的原因又可以分為電失效以及熱失效。其中熱失效指的是當(dāng)esd脈沖來臨的時(shí)候,在芯片局部產(chǎn)生了幾安培至幾十安培的電流,持續(xù)時(shí)間短但是會(huì)產(chǎn)生大量的熱量使得局部的金屬連線熔化或者會(huì)使得芯片產(chǎn)生熱斑,從而導(dǎo)致了二次擊穿。電失效指的是加在柵氧化層的電壓形成的電場(chǎng)強(qiáng)度大于了介電強(qiáng)度,使得表面產(chǎn)生擊穿或者是介質(zhì)的擊穿。由于esd對(duì)芯片造成的威脅越來越嚴(yán)重,其物理機(jī)制研究越來越受到重視。
3、傳統(tǒng)單向可控硅靜電防護(hù)器件的剖面圖見圖1,其等效電路圖見圖2。當(dāng)esd脈沖加在單向scr陽極時(shí),第一n阱與第一p阱形成反偏pn結(jié)。當(dāng)這個(gè)脈沖電壓高于這個(gè)pn結(jié)的雪崩擊穿電壓的時(shí)候,器件的內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生大量的雪崩電流,電流流經(jīng)第一p阱,通過寄生電阻流向陰極。第一p阱的寄生電阻兩端壓降相當(dāng)于三極管npn的基極壓降,當(dāng)這個(gè)電壓高于縱向npn三極管的正向的導(dǎo)通電壓的時(shí)候,此三極管開啟。此三極管開通后,為橫向pnp三極管提供基極電流,橫向pnp三極管也開啟后,也進(jìn)一步為縱向npn三極管提供基極電流,形成一種正反饋機(jī)制,使scr路徑完全開啟。所以就算之后沒有雪崩電流,由于三極管導(dǎo)通,也可以泄放大電流。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種肖特基二極管觸發(fā)的單向可控硅靜電防護(hù)器件及其制作方法并應(yīng)用于0~5.5v工作電壓的esd防護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。
2、本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是:
3、第一方面,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種肖特基二極管觸發(fā)的單向可控硅靜電防護(hù)器件,包括p型襯底;所述襯底上方設(shè)有第一n阱與第一p阱;所述p型襯底上從左往右依次設(shè)有第一n阱與第一p阱;所述第一n阱上從左往右依次設(shè)有第一n+注入、第一p+注入、第二p+注入、第一金屬和第三p+注入;所述第一p阱中從左往右依次設(shè)有第四p+注入、第二n+注入以及第五p+注入;
4、所述第一n阱中的第一n+注入、第二p+注入兩個(gè)個(gè)電極均連接在一起并做器件的陽極;所述第一n阱中的第二p+注入和第三p+注入沒有電極,處于浮空狀態(tài);第一p阱中的第二n+注入與第五p+注入兩個(gè)電極連接在一起并做器件的陰極;第一n阱中的第一金屬與第一p阱的第四p+注入通過金屬線連接在一起,不接電位。
5、優(yōu)選地,有五個(gè)場(chǎng)氧隔離區(qū);第一場(chǎng)氧隔離區(qū)在第一n+注入和第一p+注入?yún)^(qū)之間,第二場(chǎng)氧隔離區(qū)在第一p+注入和第二p+注入之間,第三場(chǎng)氧在第三p+注入和第四p+注入之間,第四場(chǎng)氧在第四p+注入和第二n+注入之間,第五場(chǎng)氧在第二n+注入和第五p+注入之間。
6、優(yōu)選地,所述第一場(chǎng)氧隔離區(qū)、第二場(chǎng)氧隔離區(qū)位于第一n阱表面;第三場(chǎng)氧隔離區(qū)位于第一n阱和第一p阱之間;第四場(chǎng)氧隔離區(qū)、第五場(chǎng)氧隔離區(qū)位于第一p阱表面。
7、優(yōu)選地,當(dāng)esd脈沖到達(dá)器件的陽極,器件的陰極接低電位時(shí),其擊穿面為第一n阱與第一金屬之間;此時(shí)第一n阱和第一金屬構(gòu)成肖特基二極管d1,第一n+注入、第一n阱、第一金屬、第四p+注入、第一p阱、第五p+注入構(gòu)成該器件的觸發(fā)電流路徑一,當(dāng)d1發(fā)生雪崩擊穿導(dǎo)通之后,觸發(fā)電流路徑一將提供觸發(fā)電流。
8、優(yōu)選地,當(dāng)esd脈沖到達(dá)器件的陽極,器件的陰極接低電位時(shí),第一p+注入、第一n阱和第一p阱構(gòu)成寄生三極管pnp,第一n阱、第一p阱與第二n+注入構(gòu)成寄生三極管npn,d1發(fā)生雪崩擊穿后形成觸發(fā)電流流過第一p阱中的r2,當(dāng)流過r2電阻的電壓降大于0.7v時(shí),第一p阱、第二n+注入構(gòu)成的pn結(jié)導(dǎo)通,而后右側(cè)寄生三極管npn導(dǎo)通并向左側(cè)的寄生三極管pnp提供基極電流進(jìn)而促進(jìn)其導(dǎo)通,當(dāng)寄生三極管pnp和寄生三極管npn開啟后,構(gòu)成正向scr路徑,形成正反饋效應(yīng),此時(shí)器件被成功觸發(fā)。
9、優(yōu)選地,所述寄生晶體管pnp的基區(qū)寬度s1可調(diào),當(dāng)s1增大時(shí),維持電壓增大。
10、第二方面,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種肖特基二極管觸發(fā)的單向可控硅靜電防護(hù)器件的制作方法,包括以下步驟:
11、步驟一:在p型襯底中生成第一n阱與第一p阱;
12、步驟二:在第一n阱上從左至右依次生成第一n+注入、第一p+注入、第二p+注入、第三p+注入與第一金屬;在第一p阱上從左至右依次生成第四p+注入、第二n+注入與第五p+注入;
13、步驟三:在第一n阱上的第一n+注入與第一p+注入之間形成第一場(chǎng)氧隔離區(qū),在第一n阱上的第一p+注入與第二p+注入之間生成第二場(chǎng)氧,在第一n阱與第一p阱之間跨接第三場(chǎng)氧,在第一p阱上的第四p+注入與第二n+注入之間生成第四場(chǎng)氧,在第一p阱上的第二n+注入與第五p+注入之間生成第五場(chǎng)氧;
14、步驟六:對(duì)所有注入?yún)^(qū)進(jìn)行退火處理,消除雜質(zhì)在注入?yún)^(qū)進(jìn)行的遷移;
15、步驟七:將第一n+注入和第一p+注入連接在一起并作為器件的陽極,將第二p+注入與第三p+注入之間的n阱、第四p+注入連接在一起不接電位,將第二n+注入與第五p+注入連接在一起并作為器件的陰極。
16、優(yōu)選地,所述在p型襯底上形成n阱和p阱之前,還包括:
17、在p型襯底上生長一層二氧化硅薄膜,之后淀積一層氮化硅;旋涂光刻膠層于晶圓上,加掩膜版對(duì)其進(jìn)行曝光以及顯影,形成隔離淺槽;將二氧化硅、氮化硅和隔離淺槽進(jìn)行刻蝕,去除光刻膠層,淀積一層二氧化硅,然后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光,直到氮化硅層為止,去除掉氮化硅層。
18、本發(fā)明的有益效果在于:
19、1、本發(fā)明通過調(diào)節(jié)擊穿面,基于傳統(tǒng)的單向可控硅靜電防護(hù)器件的基礎(chǔ)上,通過引入肖特基二極管,將擊穿面由第一n阱與第一p阱的阱擊穿變?yōu)榈谝籲阱與第一金屬形成的肖特基結(jié)擊穿,有效的降低了器件的觸發(fā)電壓,使器件更容易開啟。
20、2、為了更好發(fā)揮單向可控硅的性能,本發(fā)明通過在第一n阱嵌入肖特基結(jié)、第一p阱嵌入第二n+注入增大了寄生晶體管pnp和npn的基區(qū)寬度,將會(huì)削弱scr路徑的正反饋效應(yīng),從而抑制閂鎖效應(yīng),因此可提高器件的維持電壓。
21、3、本發(fā)明所述第二p+注入的寬度s1可調(diào),當(dāng)s1增大時(shí),等同于拉寬了寄生三極管npn與寄生三極管pnp的基區(qū)寬度,從而減弱了寄生三極管的發(fā)射極注入效應(yīng),抑制了scr路徑的正反饋效應(yīng),維持電壓增大。
1.一種肖特基二極管觸發(fā)的單向可控硅靜電防護(hù)器件,其特征在于,包括:p型襯底,所述p型襯底上方設(shè)有第一n阱與第一p阱;
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管觸發(fā)的單向可控硅靜電防護(hù)器件,其特征在于,還包括:五個(gè)場(chǎng)氧隔離區(qū);第一場(chǎng)氧隔離區(qū)在第一n+注入和第一p+注入?yún)^(qū)之間,第二場(chǎng)氧隔離區(qū)在第一p+注入和第二p+注入之間,第三場(chǎng)氧在第三p+注入和第四p+注入之間,第四場(chǎng)氧在第四p+注入和第二n+注入之間,第五場(chǎng)氧在第二n+注入和第五p+注入之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的肖特基二極管觸發(fā)的單向可控硅靜電防護(hù)器件,其特征在于,第一場(chǎng)氧隔離區(qū)、第二場(chǎng)氧隔離區(qū)位于第一n阱表面;第三場(chǎng)氧隔離區(qū)在第一n阱和第一p阱之間;第四場(chǎng)氧隔離區(qū)、第五場(chǎng)氧隔離區(qū)位于第一p阱表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管觸發(fā)的單向可控硅靜電防護(hù)器件,其特征在于,當(dāng)高壓esd脈沖到達(dá)器件的陽極,器件的陰極接低電位時(shí),其擊穿面為第一n阱與第一金屬之間;此時(shí)第一n阱和第一金屬構(gòu)成肖特基二極管d1,第一n+注入、第一n阱、第一金屬、第四p+注入、第一p阱、第五p+注入構(gòu)成該器件的觸發(fā)電流路徑一,當(dāng)d1發(fā)生雪崩擊穿導(dǎo)通之后,觸發(fā)電流路徑一將提供觸發(fā)電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管觸發(fā)的單向可控硅靜電防護(hù)器件,其特征在于,當(dāng)高壓esd脈沖到達(dá)器件的陽極,器件的陰極接低電位時(shí),第一p+注入、第一n阱和第一p阱構(gòu)成寄生三極管pnp,第一n阱、第一p阱與第二n+注入構(gòu)成寄生三極管npn,d1發(fā)生雪崩擊穿后形成觸發(fā)電流流過第一p阱中的r2,當(dāng)流過r2電阻的電壓降大于0.7v時(shí),第一p阱、第二n+注入構(gòu)成的pn結(jié)導(dǎo)通,而后右側(cè)寄生三極管npn導(dǎo)通并向左側(cè)的寄生三極管pnp提供基極電流進(jìn)而促進(jìn)其導(dǎo)通,當(dāng)寄生三極管pnp和寄生三極管npn開啟后,構(gòu)成正向scr路徑,形成正反饋效應(yīng),此時(shí)器件被成功觸發(fā)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基二極管觸發(fā)的單向可控硅靜電防護(hù)器件,其特征在于,所述寄生晶體管pnp的基區(qū)寬度s1可調(diào),當(dāng)s1增大時(shí),維持電壓增大。
7.一種肖特基二極管觸發(fā)的單向可控硅靜電防護(hù)器件的制作方法,包括以下步驟:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的肖特基二極管觸發(fā)的單向可控硅靜電防護(hù)器件的制作方法,其特征在于,所述步驟一之前還包括如下步驟:在p型襯底上生長一層二氧化硅薄膜,之后淀積一層氮化硅;旋涂光刻膠層于晶圓上,加掩膜版對(duì)其進(jìn)行曝光以及顯影,形成隔離淺槽;將二氧化硅、氮化硅和隔離淺槽進(jìn)行刻蝕,去除光刻膠層,淀積一層二氧化硅,然后進(jìn)行化學(xué)機(jī)拋光,直到氮化硅層為止,去除掉氮化硅層。