具体实施方式
本发明CMOS器件通过在寄生PNP管和NPN管间设置一对阴极相对的二极管,切断了寄生PNP管和NPN管间的正反馈通路,从而避免出现“闩锁效应”。
以下将通过一些具体的实例对本发明CMOS器件的结构及其制造方法进行详细说明。
图3a为本发明CMOS器件的一种实施例示意图。图3b为本发明CMOS器件的另一种实施例示意图。图3c为为对应图3b所示CMOS器件中寄生硅控整流器的等效电路示意图。
参照图3a所示,所述CMOS器件包括:P型衬底Psub;P型衬底中依次间隔的N阱1NW、2NW、NW及P阱1PW、2PW;N阱1NW中的N型重掺杂区1N+以及P型重掺杂区1P+;P阱1PW底部的P型衬底中的深N阱DNW,所述深N阱DNW相对所述P阱1PW底部的面积大于所述P阱1PW底部的面积;P阱1PW中的N型重掺杂区2N+以及P型重掺杂区2P+;N阱2NW中的N型重掺杂区3N+;P阱2PW中的P型重掺杂区3P+。
其中,N阱1NW中的P型重掺杂区1P+作为PMOS管的源极,所述PMOS管的漏极(图未示)通常接于输入输出焊盘(I/O Pad)上。P阱1PW中的N型重掺杂区2N+作为NMOS管的源极,所述NMOS的漏极(图未示)通常接于输入输出焊盘(I/O Pad)上。
N型重掺杂区1N+以及P型重掺杂区1P+接于VDD,N型重掺杂区3N+接于VDD,N型重掺杂区2N+以及P型重掺杂区2P+接于GND。
图3b所示的CMOS器件与图3a所示的CMOS器件的区别在于,P型重掺杂区3P+也接于GND。
以下结合图3b和图3c进一步分析,图3b所示CMOS器件中的寄生硅控整流器包括:N阱1NW中的P型重掺杂区1P+、N阱1NW以及P型衬底Psub构成的纵向寄生PNP管Q1;N阱1NW中的P型重掺杂区1P+、N阱1NW以及P阱2PW构成的横向寄生PNP管Q2;N阱2NW中的N型重掺杂区3N+、P阱1PW以及P阱1PW中的N型重掺杂区2N+构成的横向寄生NPN管Q3;
以及,寄生PNP管Q1与寄生NPN管Q3的基区间的多个二极管,分别是:P型衬底Psub与N阱1NW构成的二极管D1;P型衬底Psub与深N阱DNW构成的二极管D2;P阱1PW与深N阱DNW构成的二极管D3,二极管D3与二极管D2阴极相对;P阱1PW以及P阱1PW中的N型重掺杂区2N+构成的二极管D4。
此外,R2NW、R1NW、RDNW、R1PW、RPsub、R2PW分别表示所述硅控整流器路经N阱2NW、N阱1NW、深N阱DNW、P阱1PW、P型衬底Psub、P阱2PW时的电阻。
N型重掺杂区1N+以及P型重掺杂区1P+作为寄生硅控整流器的阳极,N型重掺杂区2N+以及P型重掺杂区2P+作为寄生硅控整流器的阴极。
所述CMOS器件的寄生硅控整流器中,二极管D2和二极管D3阴极相对,基于二极管单向导通的原理,寄生PNP管Q1和寄生NPN管Q3间的正反馈通路就被切断。因此,即使寄生PNP管Q1由于外部干扰使得其集电极电流瞬时增大而导通,由于寄生PNP管Q1和寄生NPN管Q3间的正反馈通路已被切断,前述的“闩锁效应”也不会发生。
并且,由于已经由二极管D2和二极管D3阴极相对的设计避免了“闩锁效应”,也无需采用前述现有技术的手段,将PMOS管和NMOS管间的距离增加以抑制“闩锁效应”。因此,节省了整个CMOS器件的面积。
图4为本发明CMOS器件的制造方法的一种实施例流程图。参照图4所示,所述CMOS器件的制造过程包括:步骤s1,在P型衬底中形成深N阱;步骤s2,在P型衬底中的深N阱两侧各形成一个深度较浅且与所述深N阱部分相连的N型轻掺杂区,以及在P型衬底的其他位置形成多个N型轻掺杂区;步骤s3,在所述深N阱中以及在其他N型掺杂区间的P型衬底中形成多个P型轻掺杂区;步骤s4,在所述P型衬底的其他位置的其中一个N型轻掺杂区中以及深N阱中的P型轻掺杂区表面形成栅极结构;步骤s5,在栅极结构两侧的N型轻掺杂区中形成P型重掺杂区作为PMOS管的源区和漏区,在其他N型掺杂区间的P型轻掺杂区中以及深N阱中的P型轻掺杂区中形成P型重掺杂区;步骤s6,在栅极结构两侧的P型轻掺杂区中形成N型重掺杂区作为NMOS管的源区和漏区,在其他N型掺杂区中以及深N阱中的P型轻掺杂区中形成N型重掺杂区;步骤s7,将PMOS管的源区接于VDD,将NMOS管的源区接于GND,将与深N阱部分相连的其中一个N型轻掺杂区中的N型重掺杂区接于VDD,将其他N型掺杂区间的P型轻掺杂区接于GND。
以下结合图4所示流程图及具体的工艺实例示意图对制造CMOS器件的过程进一步说明。
结合图4和图5a所示,首先,在P型衬底100中通过n型离子注入形成深N阱101。
结合图4和图5b所示,接着,在所述深N阱101的两侧以及P型衬底100的其他位置再次进行n型离子注入,本次n型离子注入的能量相对于第一次较少,因而形成深度较浅的N阱102~104。
结合图4和图5c所示,分别在所述深N阱101中,以及在N阱103和104之间的P型衬底100中进行p型离子注入,形成P阱105~106。
结合图4和图5d所示,分别在N阱104以及P阱105表面形成栅极结构107、108,所述栅极结构107和108一般包括栅氧化层(图未示)及栅氧化层上的栅电极(图未示)。
结合图4和图5e所示,分别在栅极结构107两侧的N阱104中、P阱106中以及P阱105中进行p型离子注入形成P型重掺杂区109~112。
结合图4和图5f所示,分别在N阱103、104中、栅极结构108两侧的P阱105中进行n型离子注入形成N型重掺杂区113~116。
结合图4和图5g所示,将N阱104中的P型重掺杂区109、N型重掺杂区113共同连接于VDD,将N阱103中的N型重掺杂区116接于VDD,将P阱106中的P型重掺杂区112接于GND,将P阱105中的P型重掺杂区111、N型重掺杂区115共同接于GND。
至此,所形成的CMOS器件结构中的寄生硅控整流器可参照图3c所示的等效电路示意图。
图6为本发明CMOS器件的制造方法的另一种实施例流程图。参照图6所示,所述CMOS器件的制造过程包括:步骤s10,在P型衬底中形成多个N型轻掺杂区;步骤s20,在其中两个N型轻掺杂区间的P型衬底中形成深N阱,所述深N阱的范围扩散至所述两个N型轻掺杂区的部分底部;步骤s30,在所述深N阱中以及在其他N型掺杂区间的P型衬底中形成多个P型轻掺杂区;步骤s40,在所述P型衬底的其他位置的其中一个N型轻掺杂区中以及深N阱中的P型轻掺杂区中形成栅极结构;步骤s50,在栅极结构两侧的N型轻掺杂区中形成P型重掺杂区作为PMOS管的源区和漏区,在其他N型掺杂区间的P型轻掺杂区中以及深N阱中的P型轻掺杂区中形成P型重掺杂区;步骤s60,在栅极结构两侧的P型轻掺杂区中形成N型重掺杂区作为NMOS管的源区和漏区,在其他N型掺杂区中以及深N阱中的P型轻掺杂区中形成N型重掺杂区;步骤s70,将PMOS管的源区接于VDD,将NMOS管的源区接于GND,将与深N阱部分相连的其中一个N型轻掺杂区中的N型重掺杂区接于VDD,将其他N型掺杂区间的P型轻掺杂区接于GND。
图6所示CMOS器件制造方法的实施例与图5所示CMOS器件的制造方法的实施例的区别在于形成深N阱和其他N型轻掺杂区的顺序不同。此处就不再对整个制造过程重复说明了。
此外,上述两个CMOS器件的制造方法实施例中,形成P型重掺杂区和N型重掺杂区的顺序也可交换。
综上所述,本发明CMOS器件中,深N阱与衬底、NMOS管所在掺杂区形成一对阴极相对的寄生二极管,切断了CMOS器件中的寄生PNP管和寄生NPN管间的正反馈通路,从而避免了寄生PNP管和寄生NPN管构成的寄生硅控整流器出现“闩锁效应”。由于无需通过增加NMOS管和PMOS管间的距离来抑制“闩锁效应”,因此节省了面积。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。