CN102543999B - 一种提高维持电压的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种提高维持电压的方法，包括：首先利用绝缘层上硅工艺制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的SOI可控硅器件；然后在SOI可控硅器件的寄生晶体管反馈路径中嵌入半导体元件，用于抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。本发明提供的一种提高维持电压的方法，利用SOI工艺制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的SOI可控硅器件，在SOI可控硅器件的寄生晶体管反馈路径中嵌入如二极管、二极管串、晶体管或MOS管等可抑制可控硅正反馈的半导体元件，抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。此高维持电压可控硅作为静电保护器件应用在静电防护领域，具有优异的静电保护性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地说涉及一种提高维持电压的方法。
背景技术
静电在自然界时刻都存在，当芯片的外部环境或者芯片内部累积的静电荷，通过芯片的管脚流入或流出芯片内部时，瞬间产生的电流(峰值可达数安培)或电压，就会损坏集成电路，使芯片功能失效。随着半导体行业的发展，SOI工艺越来越成熟，SOI器件被广泛应用在个领域。由于SOI工艺自身固有限制，SOI静电保护一直是SOI器件生产应用中不可忽视的重要部分。可控硅是理想的静电保护器件，但由于其自身正反馈的特点，器件维持电压被限制在1～2V内难以提升。
发明内容
本发明的目的是，提供一种利用SOI可控硅作为静电保护器件从而提高自身维持电压及静电保护性能的提高维持电压的方法。
本发明提供的一种可控硅器件的提高维持电压的方法，包括：首先利用绝缘层上硅工艺制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的SOI可控硅器件；然后在SOI可控硅器件的寄生晶体管反馈路径中嵌入半导体元件，用于抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。
进一步，所述绝缘层上硅工艺包括：注氧隔离SIMOX或硅片键合反面腐蚀。
进一步，所述具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的SOI可控硅器件包括：
两个或两个以上的寄生晶体管形成正反馈。
进一步，所述可控硅器件寄生晶体管反馈路径包括：
两个或两个以上的寄生晶体管形成的相互间的正反馈路径；
进一步，所述半导体元件是具有电流或者电压负反馈效用的半导体元件，包括二极管、晶体管或MOS管，用于抑制抑制可控硅自身的正反馈。
本发明提供的一种提高维持电压的方法，利用SOI工艺制成具有寄生PNPN、PNPNP、NPNPN结构的SOI可控硅器件，在SOI可控硅器件的寄生晶体管反馈路径中嵌入如二极管、二极管串、晶体管或MOS管等可抑制可控硅正反馈的半导体元件，抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。此高维持电压可控硅作为静电保护器件应用在静电防护领域，具有优异的静电保护性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种SOI高维持电压可控硅器件的剖视图；
图2为图1所示结构的等效电路示意图；
图3为本发明另一实施例提供的一种SOI高维持电压可控硅器件的剖视图；
图4为图3所示结构的等效电路示意图；
图5为图3所示结构的SOI电路静电防护示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述。
本发明提供的一种提高维持电压的方法，包括：首先利用绝缘层上硅工艺(以下简称SOI工艺)制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的SOI可控硅器件；然后在SOI可控硅器件的寄生晶体管反馈路径中嵌入半导体元件，用于抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。
其中，SOI工艺包括：注氧隔离SIMOX或硅片键合反面腐蚀等。具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的SOI可控硅器件包括：两个或两个以上的寄生晶体管形成正反馈。可控硅器件寄生晶体管反馈路径包括：两个或两个以上的寄生晶体管形成的相互间的正反馈路径。在SOI可控硅器件的寄生晶体管反馈路径中嵌入的半导体元件是具有电流或者电压负反馈效用的半导体元件，包括二极管、晶体管或MOS管，用于抑制抑制可控硅自身的正反馈。
本发明提供的制备工艺制备的SOI高维持电压可控硅器件作为静电保护器件应用在静电防护领域，具有优异的静电保护性能。把具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的SOI可控硅应用在在静电防护领域时，通过此工艺提高了其维持器件工作在回滞区域所需的最小电压，减小了器件闩锁风险，提高了器件可靠性。
本发明提供的一种提高维持电压的方法，利用SOI工艺制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的SOI可控硅器件，在SOI可控硅器件的寄生晶体管反馈路径中嵌入如二极管、二极管串、晶体管或MOS管等可抑制可控硅正反馈的半导体元件，抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。此高维持电压可控硅作为静电保护器件应用在静电防护领域，具有优异的静电保护性能。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
实施例一：
如图1所示，使用本发明提供的提高维持电压的方法制成的一种SOI高维持电压可控硅器件包括：10为埋氧层，材料为二氧化硅；11为顶氧层，为制作SOI器件的主要区域。此例中，P型掺杂的顶氧层11中形成适当浓度的N阱12和P阱13。如图示工艺注入P型或N型杂质形成高浓度P+区域或高浓度N+区域，在阳极和阴极间形成了具有PNPN的寄生结构的SOI可控硅器件。通过多晶栅14自对准形成嵌入的PMOS管。此MOS管能抑制寄生PNP和NPN晶体管间的正反馈，提升此可控硅器件作为静电保护器件时的维持电压。
如图2所示，寄生PNP晶体管22和寄生NPN晶体管23构成了可控硅的正反馈回路，阱电阻24为N阱12寄生电阻，阱电阻25为P阱13寄生电阻。当器件开启寄生PNP晶体管22和寄生NPN晶体管23工作时，寄生PNP晶体管22电流使得寄生NPN晶体管23基区电压升高，以致寄生NPN晶体管23集电极电流增加寄生PNP晶体管22基区电压下降，导致寄生PNP晶体管22基区集电极电流进一步增大，形成正反馈过程。通过嵌入寄生PMOS21抑制寄生NPN晶体管23正反馈过程，使得寄生PNP晶体管22与寄生NPN晶体管23开启并工作时所需的维持电压升高，得到高维持电压SOI可控硅器件。
实施例二：
如图3所示，使用本发明提供的提高维持电压的方法制成的一种SOI高维持电压可控硅器件包括：30为埋氧层，材料为二氧化硅；31为顶氧层，为制作SOI器件的主要区域。此例中，P型掺杂的顶氧层31中形成适当浓度的N阱32和P阱33。如图示工艺注入P型或N型杂质形成高浓度P+区域或高浓度N+区域，在阳极和阴极间形成了具有PNPN的寄生结构的SOI可控硅器件。如图示连接制成嵌入二极管或二极管串的高维持电压可控硅，此二极管或二极管串能抑制寄生PNP和NPN晶体管间的正反馈，提升此可控硅器件作为静电保护器件时的维持电压。
如图4所示，寄生PNP晶体管42和寄生NPN晶体管43构成了可控硅的正反馈回路，阱电阻44为N阱14寄生电阻，阱电阻45为P阱13寄生电阻。当器件开启寄生PNP晶体管42和寄生NPN晶体管43工作时，寄生PNP晶体管42电流使得寄生NPN晶体管43基区电压升高，以致寄生NPN晶体管43集电极电流增加寄生PNP晶体管42基区电压下降，导致寄生PNP晶体管42基区集电极电流进一步增大，形成正反馈过程。通过嵌入二极管或二极管串41抑制寄生NPN晶体管43正反馈过程，使得寄生PNP晶体管42与寄生NPN晶体管43开启并工作时所需的维持电压升高，得到高维持电压SOI可控硅器件。
本发明还提供了一种使用SOI高维持电压可控硅器件构成的为工作在5V电压下的SOI电路提供的静电防护模块的实施例，如图5所示包括：SOI高维持电压可控硅50、核心电路53、第一二极管51、第二二极管52、VDD引脚54、信号引脚55及VSS引脚56；SOI高维持电压可控硅50与核心电路53并联，且一端均与VDD引脚54连接，另一端均与VSS引脚56连接；VDD引脚54、信号引脚55及VSS引脚56并联，信号引脚55与核心电路53连接；VDD引脚54与信号引脚55之间通过第一二极管51连接；信号引脚55及VSS引脚56之间通过第二二极管52连接。
当有正电荷冲击信号引脚55时，静电电荷经由第一二极管51流入VDD引脚54；或经由SOI高维持电压可控硅50和第二二极管52流入VSS引脚56。当有负电荷冲击信号引脚55时，静电电荷经由第二二极管52流入VSS引脚56；或经由SOI高维持电压可控硅50和第二二极管52流入VDD引脚54。当有正电荷冲击VDD引脚54时，静电电荷经由SOI高维持电压可控硅50流入VSS引脚56；或经由SOI高维持电压可控硅50和第一二极管51流入信号引脚55。当有负电荷冲击VDD引脚54时，静电电荷经由SOI高维持电压可控硅50流入VSS引脚56；或经由第一二极管51流入信号引脚55。当有正电荷冲击VSS引脚56时，静电电荷经由SOI高维持电压可控硅50流入VDD引脚54；或经由第二二极管52流入信号引脚55。当有负电荷冲击VSS引脚56时，静电电荷经由SOI高维持电压可控硅50流入VDD引脚54；或经由第一二极管51和SOI高维持电压可控硅50流入信号引脚55。由此避免了静电电荷流入核心电路53，使其免于静电损伤。
普通SOI可控硅器件维持电压Vhold被限制在1～2V，当Vhold＜VDD-VSS时电路有闩锁风险。可见对于大部分的3.3V和5V电路，普通SOI可控硅器件是不适用的。本发明提供的SOI高维持电压可控硅维持电压可抬升大于5V，可以应用在3.3V和5V电路而免去闩锁风险。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、工艺及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、工艺或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、工艺或步骤包含在其保护范围内。
Claims (3)
1.一种提高维持电压的方法，其特征在于，包括：
首先利用绝缘层上硅工艺制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的SOI可控硅器件；
然后在SOI可控硅器件的寄生晶体管反馈路径中嵌入半导体元件，用于抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压；
所述可控硅器件寄生晶体管反馈路径包括：两个或两个以上的寄生晶体管形成的相互间的正反馈路径；
所述半导体元件是具有电流或者电压负反馈效用的半导体元件，包括二极管或MOS管，用于抑制可控硅自身的正反馈。
2.如权利要求1所述的提高维持电压的方法，其特征在于，所述绝缘层上硅工艺包括：
注氧隔离SIMOX或硅片键合反面腐蚀。
3.如权利要求1所述的提高维持电压的方法，其特征在于，所述具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的SOI可控硅器件包括：
两个或两个以上的寄生晶体管形成正反馈。
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