[发明专利]提高失效电压的双向假栅深阱静电保护器件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种提高失效电压的双向假栅深阱静电保护器件，包括P型衬底；P型衬底中设有N型埋层和高压N阱；高压N阱内设有第一P阱、N阱和第二P阱；第一P阱中设有第一P+注入区、第一N+注入区；第一P阱与N阱之间横跨有第一硼离子注入区；N阱与第二P阱之间横跨有第二硼离子注入区；N阱的表面设有第一多晶硅假栅；第二P阱中设有第二N+注入区、第二P+注入区；第一硼离子注入区、第一多晶硅假栅、第二硼离子注入区构成多晶硅假栅深阱硼离子结构。本发明的多晶硅假栅深阱硼离子结构，能够使得器件的ESD导通路径在N型埋层内泄放，器件能够承受高强度的静电脉冲应力，防止器件结构表面产生额外通路，从而有效避免器件表面的热击穿现象。

技术领域

本发明涉及静电防护领域，特别涉及一种提高失效电压的双向假栅深阱静电保护器件及其制作方法。

背景技术

随着时间的推移，科学技术不断进步，集成电路的发展依旧遵循摩尔定律的规律前进，即器件尺寸的小型化、集成度的增长等。静电放电(ESD)现象是造成集成电路失效的一个主要因素，静电无处不在，与人们的生活息息相关，因此越来越多的人们开始关注ESD的保护，根据相关数据表明，在微电子的大背景下，由于ESD现象造成的电子产品失效高达58％，这个数据充分说明了ESD保护是极其重要的，一个性能优良的ESD保护器件，可以提高电子产品的可靠性、使用寿命等等。在高压环境下，大电流、高电压、强电磁干扰等因素给ESD设计带来了很多麻烦，而且设计ESD保护器件需要占用面积小、抗ESD能力强是目前集成电路设计所需要攻克的挑战。

传统双向LDMOS-SCR是基于LDMOS的硅控整流器，主要应用于高压环境下的ESD保护，该器件通过额外引入的SCR通路，大大增强了LDMOS的泄放能力，并且SCR是被认为单位面积鲁棒性最佳的ESD器件，LDMOS-SCR具有回滞强、漏电低、高面积效率等优点。但是，LDMOS-SCR面对复杂的高压环境，仍然会出现保护能力不足的情况，在相对较大的电流下，仍然会很快发生损坏，并且其维持电压过低，很容易造成器件本身的闩锁效应，直接烧毁。因此，在对LDMOS-SCR进行设计时，应该设法提高其维持电压，防止闩锁产生，并且需要进一步加强其抗ESD能力，提高失效电压，以便应对复杂的高压环境。

传统双向LDMOS-SCR器件结构的剖面图以及等效电路如图1所示。由于双向LDMOS-SCR为对称结构，因此其正反向工作原理相同。双向LDMOS-SCR正向工作时，当阳极和阴极之间的电压差达不到其触发电压时，双向LDMOS-SCR器件等效为一高阻值的电阻，当阳极和阴极之间的电压差达到其触发电压时，N-Well和P+注入区(靠近阴极的P+)发生雪崩击穿，雪崩倍增的载流子流经N-Well的寄生电阻R_N产生压降，当压降达到寄生PNP三极管结构的BE结导通电压时，PNP开启，造成流过P-Well(靠近阴极的P-Well)的寄生电阻R_P1的电流迅速提高，其产生的压降达到寄生NPN₁三极管结构的BE结导通电压时，NPN₁开启，寄生的SCR路径形成，泄放ESD电流。双向LDMOS-SCR反向工作时，当阳极和阴极之间的电压差达不到其触发电压时，双向LDMOS-SCR器件等效为一高阻值的电阻，当阳极和阴极之间的电压差达到其触发电压时，N-Well和P+注入区(靠近阳极的P+)发生雪崩击穿，雪崩倍增的载流子流经N-Well的寄生电阻R_N产生压降，当压降达到寄生PNP三极管结构的BE结导通电压时，PNP开启，造成流过P-Well(靠近阳极的P-Well)的寄生电阻R_P2的电流迅速提高，其产生的压降达到寄生NPN₂三极管结构的BE结导通电压时，NPN₂开启，寄生的SCR正反馈路径形成，泄放ESD电流。这时，双向LDMOS-SCR器件的电压会回滞到维持电压，整体器件工作在低阻区域。当电流最终增加到使双向LDMOS-SCR器件发生热失效时，就会发生二次击穿现象，这时LDMOS-SCR器件结构就彻底失效了。

发明内容