[发明专利]一种具有高维持电压的SCR结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于电子技术半导体集成电路领域，特别涉及一种具有高维持电压的SCR结构及其制作方法。

背景技术

ESD（Electro-Static Discharge）即“静电放电”。当带了静电荷的物体跟其他物体接触时，这两个具有不同电位的物体依据电荷中和的原则，存在着电荷流动，传送足够的电量以抵消电压。这个高速电量的传送过程中，将产生潜在的破坏电压、电流及电磁场，严重时将其中的物体击毁，这就是静电放电。ESD是当今MOS集成电路中最重要的可靠性问题之一。据统计IC失效(包括功能失效和潜在损伤)约40％跟ESD/EOS(Electrical Over Stress)有关。随着集成电路设计步入深亚微米时代，芯片内ESD保护设计面临许多更加复杂、更加难以预料的问题。目前随着器件尺寸的减小和集成电路复杂程度的提高，寻求到占用芯片面积小且泄放效率高的静电防护器件成为了摆在IC设计工程师面前的新的任务和挑战。

晶闸管，又叫可控硅(Silicon controlled rectifier--SCR)，单位面积能够承受很高的ESD电流，作为一种常用的ESD防护器件，具有鲁棒性强、寄生电容小等优点，但是却受限于它本身过高的触发电压和过低的维持电压。二者将使得内部电路得不到有效的保护并且容易引发闩锁问题。尤其是维持电压过低使得电源轨箝位ESD器件的设计不能采用SCR器件，否则会影响芯片内部被保护的电路的功能和安全。设计时应当使得SCR的维持电压高于电源电压才能克服闩锁问题。

传统SCR ESD保护结构的剖面图及等效电路如图1。典型的CMOS工艺下SCR中有三个串接的PN结（P+/N-well、N-well/P-well、P-well/N+）。当外加正向电压较小时，P+-NW结和PW-N+结均为零偏，NW-PW结反偏，SCR处于关断的状态。此时类似于二极管的反向特性，只能通过较小的电流；若外加电压增大到使NW-PW结上的压降到达雪崩击穿电压，NW-PW结发生雪崩击穿。击穿电流流经衬底和阱的寄生串联电阻产生的压降，使P+-NW结和PW-N+结由零偏变为正偏，此刻SCR被触发进入导通阶段，开始泄放ESD电流。内阻的减小导致了SCR电压的下降，表现为负阻效应。SCR的触发对应两个等效双极晶体管都进入正向导通，它们构成的正反馈结构使电流反复放大，不断增加；最终，两个晶体管进入饱和区，SCR的三个结均变为正偏。在这一过程中，SCR始终开启，内阻保持较小的值，因此电压仍维持在很低的水平。当电流最终增大到使器件热失效时，当电流最终增大到使器件热失效时，发生二次击穿，这时SCR ESD器件就彻底失效。

发明内容

为了解决SCR作为静电防护器件时维持电压过低的技术问题，本发明提供一种具有高维持电压的SCR结构及其制作方法。采用环形的阴极（阳极）保护环不仅能够增加改善维持电压的ESD电流泄放路径，也提高了寄生BJT晶体管的基极有效面积，同时环形的形状增大了发射极的扩散系数D_E，从而通过晶体管电流放大系数的影响，抬高SCR结构的维持电压。

本发明解决上述技术问题的解决方案是：一种具有高维持电压的SCR结构，包括P型衬底，P型衬底上设有N阱和P阱，所述P阱上设有条形第一N+注入区，第一N+注入区的周边设有环状的第一P+注入区，第一N+注入区与第一P+注入区之间设有第三场氧隔离区，所述N阱上设有并列的第二N+注入区、第二P+注入区，第二N+注入区与P型衬底之间设有第一场氧隔离区，第二P+注入区与第一P+注入区之间设有第二场氧隔离区，第一P+注入区之间与P型衬底之间设有第四场氧隔离区。

一种具有高维持电压的SCR结构，包括P型衬底，P型衬底上设有N阱和P阱，所述N阱上设有条形第一P+注入区，第一P+注入区的周边设有环状的第一N+注入区，第一P+注入区与第一N+注入区之间设有第二场氧隔离区，所述P阱上设有并列的第二P+注入区、第二N+注入区，第一N+注入区与P型衬底之间设有第一场氧隔离区，第二N+注入区与第一N+注入区之间设有第三场氧隔离区，第二P+注入区与P型衬底之间设有第四场氧隔离区。

一种具有高维持电压的SCR结构的制作方法，包括以下步骤：

在P衬底上注入形成相邻的N阱和P阱；

在P阱内形成环状的第一P+注入区，第一P+注入区环形内部形成条状的第一N+注入区，第一P+注入区与第一N+注入区之间形成场氧隔离层；

在N阱内形成相邻的第二N+注入区、第二P+注入区；

在N阱和P阱之中未进行注入的区域形成场氧隔离层；