[实用新型]嵌有环形栅MOSFET的抗辐射SCR静电防护器件

说明书

技术领域

本专利属于半导体器件领域，尤其涉及一种嵌有环形栅金属氧化物半导体场效应晶体管的硅控整流器静电防护结构设计。

背景技术

随着半导体集成电路的快速发展，静电防护器件在医疗用品辐射灭菌消毒、航天航空、空间科学探测、辐射化工及核工业等领域的电子产品、电子设备中应用广泛。静电放电作为一种常见的近场电磁危害源,其电磁能量通过辐射或传导的方式在电路中产生瞬态感应电压或脉冲电流,干扰电路和器件的正常工作,使电子产品、电子设备的质量与可靠性降低,甚至引发重大工程事故，使全世界每年都蒙受巨大的经济损失，也曾造成众多航天工程项目的巨大损失和灾害。静电放电对集成电路的影响也随之越来越明显，据统计约有37%的芯片失效是由于静电放电（ESD）/过电压力（EOS）引起的。然而电子产品所受的静电放电损伤有90%属于隐形损伤，很难直接通过检测发生，只有进行静电防护，才能减小静电放电对器件产生的危害，才能保证最终产品质量。另一方面，电子产品受到辐射所引起的辐射效应往往会使其寿命降低或者出现故障，严重时甚至直接导致电子产品的损毁，从而使得整台电子设备失效。

为了克服静电放电的危害，各种新型结构的ESD器件应运而生，如栅接地金属氧化物半导体场效应晶体管（GGMOS），二极管结构，硅控整流器（SCR）等结构为电子产品的可靠性与良率保驾护航。为保证半导体集成电路在辐射环境中能稳定安全的工作，必须采取各种技术措施来减少辐照对半导体器件的影响。在抗辐照方面最有效的材料是蓝宝石上硅（SOS）和绝缘体上硅（SOI），也可使用砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等有较强抗辐照性能的新材料，单晶硅材料可通过在PMOS和NMOS晶体管之间增加隔离环，器件采用环形栅结构等方法，在一定程度上可以改善集成电路的抗辐照性能。通过版图加固技术提高抗辐照能力，如增加在阱中P+扩散和衬底上N+扩散之间的距离，尽可能多的增加阱和衬底的接触孔，阻断器件边缘漏电通路，使用环形栅等方式增强ESD器件的抗辐照性能。另一方面改进工艺条件，减小栅氧化层厚度，采用真空封装、涂敷抗辐射涂层进行抗辐射加固。本专利的嵌环形栅金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的SCR器件结构参考以上抗辐照加固方法，采用嵌入环形栅MOS结构，实现提高维持电压和增强抗辐照性能要求。

如图1所示为传统SCR静电防护器件的版图示意图，这种结构具有面积小、静电防护能力强、工艺兼容性好的特点，但限于这种结构的触发电压高、开启速度慢的缺陷在实际应用中需进行相应改进。现有的SCR改进主要在阴极和阳极的边界处嵌入NMOS管或者PMOS管，如图2所示。改进之后的SCR器件虽然可以解决传统SCR触发电压高，开启速度慢的问题，但维持电压和抗辐照问题仍然没有得到解决。针对这一问题，本专利专利是通过版图加固技术采用嵌入环形栅MOSFET的有效措施来提高SCR器件的维持电压、增强SCR静电防护器件的抗辐照性能。

发明内容

本专利的目的是为了解决SCR器件维持电压和抗辐照的问题，对SCR进行了改进，嵌入环形栅MOSFET结构，在制作简单、工艺兼容性好的基础上，进一步降低SCR器件触发电压，提高SCR器件维持电压防止闩锁效应，同时增强SCR器件抗辐照性能。

嵌入的环形栅MOSFET可分为NMOS晶体管和PMOS晶体管，实际应用中，嵌入的环形栅NMOS的栅端和源端通过金属导线连出接阴极，嵌入的环形栅PMOS的栅端和源端通过金属导线连出接阳极。本专利嵌入的环形栅MOSFET可用于以下6种不同结构的SCR静电防护器件。

结构一的版图示意图，如图5所示，在传统SCR结构基础上，在阴极1-1和阳极1-2分界处嵌入NMOS管，环形栅NMOS管的漏端N+注入区1-9置于阴极1-1和阳极1-2的分界面上，环形栅端1-10、源端N+注入区1-5及P+注入区1-6通过金属导线连出接到SCR的阴极1-1，N+注入区1-3和P+注入区1-4通过金属导线连出接到阳极1-2。N+注入1-3区和P+注入区1-4，N+注入区1-5和P+注入区1-6既可以相互接触，也可以存在一定的距离。图5所示1-8为P型轻掺杂衬底。