CN112103286B - 触发电压可调的双向esd保护器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种触发电压可调的双向ESD保护器件及其制备方法，包括：衬底；深N阱；N阱及P阱，N阱包括中心区域及延伸区域，延伸区域与P阱依次交替分布并环绕于中心区域外侧；第一及第二P+注入区，第一P+注入区位于N阱的延伸区域且与P阱不接触，第二P+注入区位于N阱的中心区域且与P阱接触；N+注入区，设置于P阱中且与第二P+注入区不接触。本发明的触发电压可调的双向ESD保护器件及其制备方法将基区浮空的PNP三极管与PN结并联，可有效克服击穿电压低的问题；通过八边形结构并联多个PNP三极管与PN结，大大提高泄放电流的能力，且器件体积小、成本低；通过调整多边形结构的接触边缘尺寸可实现触发电压的调节。

Description

触发电压可调的双向ESD保护器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及静电保护领域，特别是涉及一种触发电压可调的双向ESD保护器件及其制备方法。
背景技术
随着微电子器件向尺寸微缩和功能集成，芯片的静电防护（Electrostaticdischarge，ESD)变得越来越重要。一方面小尺寸器件的栅介质和隔离更薄，导致器件承受静电的能力变弱，从而ESD器件设计的窗口变窄；另一方面越来越多模块集成在同一硅基板上，导致芯片遭受ESD的风险越来越多。ESD保护器件分为非滞回器件和回滞器件。非滞回器件在过了触发电压后，呈现低阻特性，从而泄放ESD冲击电流，如电阻、二极管等。回滞器件内部存在反馈环路，当到达触发电压后，器件电流增大，随后器件压降降低，进入维持滞回状态，形成低阻通路，从而泄放电流，如栅接地NMOS、栅控MOS、双极型晶体管等。相比于非滞回器件，滞回器件具有更强的保护能力和灵活性，但需要根据特定工艺进行设计，且难以进行电路仿真。
由于寄生的二极管能把负信号分流到地，因此大多数ESD器件仅允许单向正信号。然而，在一些应用中，如数字用户线接口、NFC天线等，在输入输出端口，正负信号都存在。因此，在这些环境下，需要一个双向ESD保护器件。现有技术中提出了一些可实现双向ED保护的器件，但是普遍存在击穿电压过低，触发电压难以控制，甚至还会引起其他电路控制和闩锁的问题。
因此，如何解决双向ESD保护器件在高温下易击穿、触发电压难以调节及闩锁等问题，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种触发电压可调的双向ESD保护器件及其制备方法，用于解决现有技术中双向ESD保护器件在高温下易击穿、触发电压难以调节及闩锁等的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种触发电压可调的双向ESD保护器件，所述触发电压可调的双向ESD保护器件至少包括：
位于衬底上的深N阱；
相邻设置于所述深N阱中的N阱及P阱，所述N阱包括中心区域及多个延伸区域，所述N阱的延伸区域与所述P阱依次交替分布并环绕于所述N阱的中心区域外侧；
设置于所述N阱中的第一P+注入区及第二P+注入区，所述第一P+注入区位于所述N阱的延伸区域且与所述P阱不接触，所述第二P+注入区位于所述N阱的中心区域且与所述P阱接触；
设置于所述P阱中的N+注入区，所述N+注入区与所述第二P+注入区之间通过所述P阱隔断；
其中，所述第一P+注入区、所述N阱及所述第二P+注入区形成PNP三极管，所述第二P+注入区、所述P阱及所述N+注入区形成PN结。
可选地，所述触发电压可调的双向ESD保护器件为中心对称结构。
更可选地，所述触发电压可调的双向ESD保护器件的俯视结构中，所述N阱的延伸区域与所述P阱呈环状结构。
更可选地，所述环状结构的内侧及外侧均呈八边形结构。
更可选地，所述第二P+注入区呈八边形结构。
更可选地，调整八边形结构的接触边缘尺寸以实现触发电压的调节。
可选地，所述第一P+注入区、所述第二P+注入区及所述N+注入区分别引出电极。
可选地，所述触发电压可调的双向ESD保护器件中各PNP三极管及各PN结并联。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述触发电压可调的双向ESD保护器件的制备方法，所述触发电压可调的双向ESD保护器件的制备方法至少包括：
提供一衬底，于所述衬底中形成深N阱；
于所述深N阱中形成N阱及P阱；
于所述N阱中形成第一P+注入区及第二P+注入区，于所述P阱中形成N+注入区。
如上所述，本发明的触发电压可调的双向ESD保护器件及其制备方法，具有以下有益效果：
1、本发明的触发电压可调的双向ESD保护器件及其制备方法将基区浮空的PNP三极管与PN结并联，可有效克服击穿电压低的问题。
2、本发明的触发电压可调的双向ESD保护器件及其制备方法通过八边形结构并联多个PNP三极管与PN结，ESD泄放电流时，电流从中心位置通过PNP三极管和PN结向四周流动，大大提高泄放电流的能力，且器件体积小、成本低。
3、发明的触发电压可调的双向ESD保护器件及其制备方法采用多边形结构，通过调整多边形结构的接触边缘尺寸可实现对触发电压的调节。
附图说明
图1显示为本发明的触发电压可调的双向ESD保护器件的俯视结构示意图。
图2显示为本发明的触发电压可调的双向ESD保护器件的AA’向的剖视结构示意图。
图3显示为本发明的触发电压可调的双向ESD保护器件的BB’向的剖视结构示意图。
元件标号说明
1-衬底；2-深N阱；3- N阱；4- P阱；5-第一P+注入区；6-第二P+注入区；7- N+注入区。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1~图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1~图3所示，本发明提供一种触发电压可调的双向ESD保护器件，所述触发电压可调的双向ESD保护器件包括：
衬底1、深N阱2、N阱3、P阱4、第一P+注入区5、第二P+注入区6及N+注入区7。
如图2所示，所述衬底1位于底层。
具体地，所述衬底1的材质包括但不限于蓝宝石、Si、SiC，在此不一一赘述。在本实施例中，所述衬底1为P型轻掺杂衬底。
如图1所示，所述深N阱2（Deep N-Well，DNW）位于所述衬底1上。
具体地，所述深N阱2为N型轻掺杂的深阱。
如图1所示，所述N阱3及所述P阱4位于所述深N阱2中。
具体地，如图1~图2所示，所述N阱3位于所述深N阱2中，所述N阱3包括中心区域31及多个延伸区域32。所述N阱3的中心区域31位于所述第二P+注入区6的下方；多个所述N阱3的延伸区域32以所述N阱3的中心区域31为中心分别向外侧延伸，所述N阱3的延伸区域32一部分露出于器件的表面 ，另一部分位于所述第一P+注入区5的下方。在本实施例中，所述N阱3的中心区域31为正八边形，以此获得足够多的并联器件同时便于接触边缘的面积调整；在实际使用中，所述N阱3的中心区域31可以是任意多边形或不规则图形，可根据需要进行设定。在本实施例中，所述N阱3的延伸区域32为矩形，数量设定为四个，作为示例，各所述N阱3的延伸区域32的一条边分别与所述N阱3的中心区域31的正八边形的一边重合；在实际使用中，所述N阱3的延伸区域32的形状不限，数量可根据所述N阱3的中心区域31的形状进行设定，在此不一一赘述。
具体地，如图1及图3所示，所述P阱4位于所述深N阱2中，多个所述P阱4与多个所述N阱3的延伸区域32依次交替分布并环绕于所述N阱3的中心区域31外侧。在本实施例中，包括四个P阱4，所述P阱4分别与所述N阱3的中心区域31及两个延伸区域32接触，所述P阱4与靠近所述N阱3中心区域31部分的延伸区域32形成八边形环状结构（或其他环状结构，不以本实施例为限），远离所述N阱3中心区域31部分的延伸区域32与所述P阱4不接触，且凸起于八边形环状结构外。
如图1所示，所述第一P+注入区5及所述第二P+注入区6设置于所述N阱3中。
具体地，所述第一P+注入区5位于所述N阱3的延伸区域32中（即位于远离所述N阱3中心区域31的一侧），且与所述P阱4不接触。所述第二P+注入区6位于所述N阱3的中心区域31中，且与所述P阱4接触。在本实施例中，所述第二P+注入区6呈正八边形结构。如图2所示，所述第一P+注入区5、所述N阱3（的延伸区域32）及所述第二P+注入区6形成PNP三极管。
如图1所示，所述N+注入区7设置于所述P阱4中。
具体地，所述N+注入区7设置于所述P阱4中远离所述第二P+注入区6的一侧，所述N+注入区7与所述第二P+注入区6之间通过所述P阱4隔断。如图3所示，所述第二P+注入区6、所述P阱4及所述N+注入区7形成PN结。
需要说明的是，所述第一P+注入区5、所述第二P+注入区6及所述N+注入区7分别引出电极（图中未显示），通过各电极实现器件的互联。所述触发电压可调的双向ESD保护器件中各PNP三极管（基区浮空）及各PN结并联，基区浮空的PNP三极管用以解决双向ESD电流泄放的需求，同时并联PN结解决击穿电压低的问题。
需要说明的是，如图1所示，在本实施例中，所述触发电压可调的双向ESD保护器件为中心对称结构，以此提高各并联PNP三极管、各并联PN结承受电压（电流）的均匀性，最大化利用器件；在实际使用中，所述触发电压可调的双向ESD保护器件也可以为非中心对称结构，不以本实施例为限。作为示例，如图1所示，本实施例中，触发电压可调的双向ESD保护器件的俯视结构中所述N阱的延伸区域与所述P阱呈环状结构，所述环状结构的内侧及外侧均呈八边形结构，各八边形结构的接触边缘尺寸可调，通过调整八边形结构的接触边缘尺寸可实现对触发电压的调节，灵活性大。
所述触发电压可调的双向ESD保护器件的制备方法，包括：
1）提供一衬底1，于所述衬底1中形成深N阱2。
具体地，在本实施例中，所述衬底1为P型轻掺杂衬底，所述深N阱2为N型轻掺杂的深阱。
2）于所述深N阱2中形成N阱3及P阱4。
具体地，于所述深N阱2中形成所述N阱3，所述N 阱3包括中心区域31及多个延伸区域32。在本实施例中，所述N 阱3的中心区域31呈正八边形结构，四个延伸区域32呈矩形，且四个延伸区域32的一边分别与所述中心区域31的正八边形的四条边重合，该四条边间隔分布。
具体地，于所述深N阱2中形成所述P阱4，在本实施例中，所述P阱4包括四部分，分别与四个所述延伸区域32依次交替分布并环绕于所述N阱3的中心区域31外侧。
需要说明的是，形成所述N阱3及所述P阱4的顺序不限，不以本实施例为限。
3）于所述N阱3中形成第一P+注入区5及第二P+注入区6，于所述P阱4中形成N+注入区7。
具体地，在所述N阱3的延伸区域32远离中心区域31的一侧形成所述第一P+注入区5，所述第一P+注入区5与所述P阱4不接触。在所述N阱3的中心区域31内形成所述第二P+注入区6，所述第二P+注入区6与所述P阱4接触。
需要说明的是，形成所述第一P+注入区5、所述第二P+注入区6及所述N+注入区7的顺序不限，不以本实施例为限。
还包括4）于所述第一P+注入区5、所述第二P+注入区6及所述N+注入区7上形成电极的步骤，在此不一一赘述。
综上所述，本发明提供一种触发电压可调的双向ESD保护器件及其制备方法，包括：位于衬底上的深N阱；相邻设置于所述深N阱中的N阱及P阱，所述N阱包括中心区域及多个延伸区域，所述N阱的延伸区域与所述P阱依次交替分布并环绕于所述N阱的中心区域外侧；设置于所述N阱中的第一P+注入区及第二P+注入区，所述第一P+注入区位于所述N阱的延伸区域且与所述P阱不接触，所述第二P+注入区位于所述N阱的中心区域且与所述P阱接触；设置于所述P阱中的N+注入区，所述N+注入区与所述第二P+注入区之间通过所述P阱隔断；其中，所述第一P+注入区、所述N阱及所述第二P+注入区形成PNP三极管，所述第二P+注入区、所述P阱及所述N+注入区形成PN结。本发明的触发电压可调的双向ESD保护器件及其制备方法将基区浮空的PNP三极管与PN结并联，可有效克服击穿电压低的问题；通过八边形结构并联多个PNP三极管与PN结，ESD泄放电流时，电流从中心位置通过PNP三极管和PN结向四周流动，大大提高泄放电流的能力，且器件体积小、成本低；采用多边形结构，通过调整多边形结构的接触边缘尺寸可实现对触发电压的调节。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种触发电压可调的双向ESD保护器件，其特征在于，所述触发电压可调的双向ESD保护器件至少包括：
位于衬底上的深N阱；
相邻设置于所述深N阱中的N阱及P阱，所述N阱包括中心区域及多个延伸区域，所述N阱的延伸区域与所述P阱依次交替分布并环绕于所述N阱的中心区域外侧；
设置于所述N阱中的第一P+注入区及第二P+注入区，所述第一P+注入区位于所述N阱的延伸区域且与所述P阱不接触，所述第二P+注入区位于所述N阱的中心区域且与所述P阱接触；
设置于所述P阱中的N+注入区，所述N+注入区与所述第二P+注入区之间通过所述P阱隔断；
其中，所述第一P+注入区、所述N阱及所述第二P+注入区形成PNP三极管，所述第二P+注入区、所述P阱及所述N+注入区形成PN结；所述触发电压可调的双向ESD保护器件的俯视结构中，所述N阱的延伸区域与所述P阱呈环状结构，所述环状结构的内侧及外侧均呈八边形结构；所述第二P+注入区呈八边形结构，调整八边形结构的接触边缘尺寸以实现触发电压的调节。
2.根据权利要求1所述的触发电压可调的双向ESD保护器件，其特征在于：所述触发电压可调的双向ESD保护器件为中心对称结构。
3.根据权利要求1所述的触发电压可调的双向ESD保护器件，其特征在于：所述第一P+注入区、所述第二P+注入区及所述N+注入区分别引出电极。
4.根据权利要求1所述的触发电压可调的双向ESD保护器件，其特征在于：所述触发电压可调的双向ESD保护器件中各PNP三极管及各PN结并联。
5.一种如权利要求1~4任意一项所述的触发电压可调的双向ESD保护器件的制备方法，其特征在于，所述触发电压可调的双向ESD保护器件的制备方法至少包括：
提供一衬底，于所述衬底中形成深N阱；
于所述深N阱中形成N阱及P阱；
于所述N阱中形成第一P+注入区及第二P+注入区，于所述P阱中形成N+注入区。
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