CN113421925B - 一种基于scr的新型凹槽结构esd防护器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件，包括衬底，衬底上形成n阱区和p阱区，n阱区的右侧与p阱区的左侧相连，n阱区上从左至右形成n阱接触n+区、p+区，p阱区上从左至右形成n+区、p阱接触p+区，n阱接触n+区接阳极电位，n+区接阴极电位，p阱接触p+区接阴极电位，p+区接阳极电位，n阱区的左上角形成第一隔离槽，n阱区上且位于n阱接触n+区和p+区之间形成第二隔离槽，n阱区和p阱区之间形成第三隔离槽，p阱区上且位于n+区和p阱接触p+区之间形成第四隔离槽，p阱区的右上角形成第五隔离槽，第三隔离槽中填充有凹槽，凹槽接阳极电位。本发明防护器件具有维持电压高、触发电压低的特点。
Description
技术领域
本发明属于微电子学与固体电子技术领域，涉及一种基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件。
背景技术
静电放电(ESD)是一种常见的自然现象，在集成电路领域，静电放电是引起电子产品失效、可靠性降低的主要原因之一。随着半导体集成电路的迅速发展，器件特征尺寸不断缩小，遭受静电损伤的风险也随之增大，因此如何有效进行静电防护变得越来越重要。
常用的ESD防护器件有二极管、双极晶体管、场效应管、可控硅整流器等。这其中可控硅整流器(SCR)由于其优异的单位面积电流泄放能力，在静电防护领域备受推崇。传统的SCR用作ESD器件时，其导通时内部寄生的NPN与PNP管相互提供基区电流形成强的正反馈效应，导致其触发后发生明显的回滞(snapback)现象，因此它的维持电压较低，容易引起电源电压的闩锁(latch up)效应，而由于阱区的低掺杂，也导致传统SCR的触发电压较高。为了更好的满足深亚微米乃至纳米工艺中对于ESD设计窗口的要求，需要对传统的SCR进行改进，降低触发电压、提高维持电压，充分发挥其优势，做到扬长避短。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件，解决了现有SCR用作ESD防护器件的维持电压较低、触发电压较高的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件，包括衬底，衬底上形成n阱区和p阱区，n阱区的右侧边缘与p阱区的左侧边缘相连，n阱区上从左至右形成n阱接触n+区、p+区，p阱区上从左至右形成n+区、p阱接触p+区，n阱接触n+区接阳极电位，n+区接阴极电位，p阱接触p+区接阴极电位，p+区接阳极电位，n阱区的左上角形成第一隔离槽，第一隔离槽的左侧边缘与衬底的左侧边缘相连，n阱区上且位于n阱接触n+区和p+区之间形成第二隔离槽，n阱区和p阱区之间形成第三隔离槽，p阱区上且位于n+区和p阱接触p+区之间形成第四隔离槽，p阱区的右上角形成第五隔离槽，第五隔离槽的右侧边缘和衬底的右侧边缘相连，第三隔离槽中填充有凹槽，凹槽接阳极电位。
本发明的特征还在于，
凹槽为金属材料或者多晶硅。
凹槽的厚度为0.15μm，宽度为0.5μm。
衬底采用Si，厚度为4μm～4.8μm，掺杂类型为B离子，掺杂浓度为1×1016cm-3。
n阱区采用Si，厚度为0.8μm～0.95μm，掺杂类型为As离子，掺杂浓度为1×1017cm-3。
p阱区采用Si，厚度为0.8μm～0.95μm，掺杂类型为B离子，掺杂浓度为1×1017cm-3。
第一隔离槽、第二隔离槽、第三隔离槽、第四隔离槽和第五隔离槽均采用SiO2，宽度为0.6μm～1μm，厚度为0.2μm。
n阱接触n+区和n+区均采用Si，宽度为0.6μm～1μm，厚度为0.2μm；掺杂类型为As离子，掺杂浓度为1×1020cm-3。
p+区和阱接触p+区均采用Si，宽度为1μm，厚度为0.05μm，掺杂类型为B离子，掺杂浓度为1×1020cm-3。
本发明的有益效果是，本发明一种基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件，在第三隔离槽中填充金属或多晶硅凹槽，接阳极电位的凹槽产生的电场叠加在势垒区原有电场之上，改变了n阱区与p阱区反偏pn结电场分布与电场峰值，从而降低SCR的触发电压。
附图说明
图1是本发明一种基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件结构示意图；
图2是常规基于SCR的ESD防护器件结构示意图；
图3是本发明一种基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件触发时电场分布图；
图4是常规基于SCR的ESD防护器件触发时电场分布图；
图5是本发明一种基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件与常规基于SCR的ESD防护器件阱区反偏pn结附近横向电场分布曲线对比图；
图6是本发明一种基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件与常规基于SCR的ESD防护器件阱区反偏pn结附近纵向电场分布曲线对比图；
图7是本发明一种基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件与常规基于SCR的ESD防护器件准静态I-V特性仿真曲线对比图。
图中，1.衬底，2.n阱区，3.p阱区，4.第一隔离槽，5.n阱接触n+区，6.p+区，7.n+区，8.阱接触p+区，9.凹槽，10.第二隔离槽，11.第三隔离槽，12.第四隔离槽，13.第五隔离槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件，结构如图1所示，包括衬底1，衬底1上形成n阱区2和p阱区3，n阱区2的右侧边缘与p阱区3的左侧边缘相连，n阱区2上从左至右形成n阱接触n+区5、p+区6，p阱区3上从左至右形成n+区7、p阱接触p+区8，n阱接触n+区5接阳极电位，n+区7接阴极电位，p阱接触p+区8接阴极电位，p+区6接阳极电位，n阱区2的左上角形成第一隔离槽4，第一隔离槽4的左侧边缘与衬底1的左侧边缘相连，n阱区2上且位于n阱接触n+区5和p+区6之间形成第二隔离槽10，n阱区2和p阱区3之间形成第三隔离槽11，p阱区3上且位于n+区7和p阱接触p+区8之间形成第四隔离槽12，p阱区3的右上角形成第五隔离槽13，第五隔离槽13的右侧边缘和衬底1的右侧边缘相连，第三隔离槽11中填充有凹槽9，凹槽9接阳极电位。
凹槽9为金属材料或者多晶硅。
凹槽9的厚度为0.15μm，宽度为0.5μm。
衬底1采用Si，厚度为4μm～4.8μm，掺杂类型为B离子，掺杂浓度为1×1016cm-3。
n阱区2采用Si，厚度为0.8μm～0.95μm，掺杂类型为As离子，掺杂浓度为1×1017cm-3。
p阱区3采用Si，厚度为0.8μm～0.95μm，掺杂类型为B离子，掺杂浓度为1×1017cm-3。
第一隔离槽4、第二隔离槽10、第三隔离槽11、第四隔离槽12和第五隔离槽13均采用SiO2，宽度为0.6μm～1μm，厚度为0.2μm。
n阱接触n+区5和n+区7均采用Si，宽度为0.6μm～1μm，厚度为0.2μm；掺杂类型为As离子，掺杂浓度为1×1020cm-3。
p+区6和阱接触p+区8均采用Si，宽度为1μm，厚度为0.05μm，掺杂类型为B离子，掺杂浓度为1×1020cm-3。
针对本发明基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件与图2所示的常规基于SCR的ESD防护器件结构进行对比，其中掺杂分布，接触面积，尺寸等参数一致；基于Sentaurus TCAD仿真软件，对电学特性进行对比，仿真中采用金属铝作为凹槽9的填充物，结合图3和图4触发时两种防护器件内部的电场分布可得，凹槽9的引入使得器件内部的电场分布发生变化，接阳极电位的凹槽产生新的电场，其方向和阱区反偏pn结势垒区电场方向一致，这个新产生的电场的叠加使得阱区反偏pn结的击穿不再需要较高的外加反向偏压，从而达到降低触发电压的效果；再结合图5和图6触发时两种防护器件阱区反偏pn结附近横向和纵向电场分布曲线对比图可得，在阱区反偏pn结附近，无论是横向还是纵向电场分布曲线，凹槽的引入使得局部位置电场峰值的强度和位置发生改变，使得在外加反向偏压不高的情况下，阱区反向pn结就已经发生击穿。
本发明一种基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件，在第三隔离槽中填充凹槽，凹槽接阳极电位，目的为：增加阱区反偏pn结的电场强度，改变电场分布，以此降低反偏pn结的外加耐压值，使得SCR在用作ESD防护时，更容易触发，更好的满足窄窗口设计；如图7本发明一种基于SCR的新型凹槽结构ESD防护器件与常规基于SCR的ESD防护器件准静态I-V特性仿真曲线对比图，本发明防护器件在不增加工艺难度的情况下，实现了触发电压的显著降低，触发电压由21.53V降低到8.36V，降低了大约61％。
Claims (8)
1.一种基于SCR的凹槽结构ESD防护器件，其特征在于，包括衬底（1），所述衬底（1）上形成n阱区（2）和p阱区（3），所述n阱区（2）的右侧边缘与p阱区（3）的左侧边缘相连，所述n阱区（2）上从左至右形成n阱接触n+区（5）、p+区（6），所述p阱区（3）上从左至右形成n+区（7）、p阱接触p+区（8），所述n阱接触n+区（5）接阳极电位，所述n+区（7）接阴极电位，所述p阱接触p+区（8）接阴极电位，所述p+区（6）接阳极电位，所述n阱区（2）的左上角形成第一隔离槽（4），所述第一隔离槽（4）的左侧边缘与衬底（1）的左侧边缘相连，所述n阱区（2）上且位于n阱接触n+区（5）和p+区（6）之间形成第二隔离槽（10），所述n阱区（2）和p阱区（3）之间形成第三隔离槽（11），所述p阱区（3）上且位于n+区（7）和p阱接触p+区（8）之间形成第四隔离槽（12），所述p阱区（3）的右上角形成第五隔离槽（13），所述第五隔离槽（13）的右侧边缘和衬底（1）的右侧边缘相连，所述第三隔离槽（11）中填充有凹槽（9），所述凹槽（9）接阳极电位；
所述凹槽（9）为金属材料或者多晶硅。
2.根据权利要求1所述的一种基于SCR的凹槽结构ESD防护器件，其特征在于，所述凹槽（9）的厚度为0.15μm，宽度为0.5μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于SCR的凹槽结构ESD防护器件，其特征在于，所述衬底（1）采用Si，厚度为4μm~4.8μm，掺杂类型为B离子，掺杂浓度为1×1016cm-3。
4.根据权利要求1所述的一种基于SCR的凹槽结构ESD防护器件，其特征在于，所述n阱区（2）采用Si，厚度为0.8μm~0.95μm，掺杂类型为As离子，掺杂浓度为1×1017cm-3。
5.根据权利要求1所述的一种基于SCR的凹槽结构ESD防护器件，其特征在于，所述p阱区（3）采用Si，厚度为0.8μm~0.95μm，掺杂类型为B离子，掺杂浓度为1×1017cm-3。
6.根据权利要求1所述的一种基于SCR的凹槽结构ESD防护器件，其特征在于，所述第一隔离槽（4）、第二隔离槽（10）、第三隔离槽（11）、第四隔离槽（12）和第五隔离槽（13）均采用SiO2，宽度为0.6μm~1μm，厚度为0.2μm。
7.根据权利要求1所述的一种基于SCR的凹槽结构ESD防护器件，其特征在于，所述n阱接触n+区（5）和n+区（7）均采用Si，宽度为0.6μm~1μm，厚度为0.2μm；掺杂类型为As离子，掺杂浓度为1×1020cm-3。
8.根据权利要求1所述的一种基于SCR的凹槽结构ESD防护器件，其特征在于，所述p+区（6）和阱接触p+区（8）均采用Si，宽度为1μm，厚度为0.05μm，掺杂类型为B离子，掺杂浓度为1×1020cm-3。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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