一種用于esd保護的快速開啟的scr器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于集成電路的靜電放電(ESD)保護技術領域，尤其涉及一種用于ESD保護的快速開啟的SCR器件，用于提高片上1C的ESD保護的可靠性。
【背景技術】
[0002]靜電放電(Electrostatic Discharge, ESD)現象是指有限的電荷在兩個近距離并具有不同靜電勢的物體之間發生轉移的事件。集成電路的靜電放電現象特指芯片在不上電的情況下，大量電荷從外部或內部經由芯片內部電路泄放的瞬時過程；由于ESD泄放脈沖瞬時、高峰值的特點，會在芯片內部產生大量焦耳熱，從而造成集成電路芯片失效問題。
[0003]娃控整流器(Silicon control Rectifier, SCR)由于其能夠在最小的面積下實現最高的靜電放電魯棒性而成為最有效的ESD保護器件；然而，作為ESD保護器件的SCR存在開啟速度慢的缺點。隨著工藝水平的不斷提高，柵氧化層的厚度越來越薄，柵氧化層的擊穿電壓隨之下降；因此，在遇到ESD事件，特別是在快速充電器件模式(Charged-DeviceModel, CDM)下，為了保護薄柵氧化層不致遭受到致命的損傷或破壞，必須減小ESD保護器件SCR的開啟時間。
[0004]目前，現有的基本的SCR器件結構及其等效電路圖如圖1所示，該SCR器件結構包括:
[0005]p型硅襯底110;
[0006]所述p型硅襯底110上形成阱區，所述阱區包括一個η型阱區120和一個ρ型阱區130，所述阱區120鄰接所述阱區130 ;
[0007]所述η型阱區120內設有η型重摻雜區111，淺槽隔離區102和ρ型重摻雜區112，且所述η型重摻雜區111和ρ型重摻雜區112與陽極相連；
[0008]所述ρ型阱區130內設有η型重摻雜區113，淺槽隔離區104和ρ型重摻雜區114，且η型重摻雜區113和ρ型重摻雜區114與陰極相連；
[0009]所述ρ型硅襯底110和η型阱區120之間跨接淺槽隔離區101 ;
[0010]所述η型阱區120和ρ型阱區130之間跨接淺槽隔離區103 ;
[0011]所述ρ型阱區130和ρ型硅襯底110之間跨接淺槽隔離區105。
[0012]如圖2所示為上述SCR器件沿圖1所示的虛線ΑΑ’的η型阱區120和ρ型阱區130的摻雜濃度分布，其中η型阱區120的摻雜濃度均勻分布，ρ型阱區130的摻雜濃度均勾分布。
[0013]從該SCR器件的等效電路圖能夠看到，該SCR器件是由一個寄生的ρηρ晶體管和一個寄生的ηρη晶體管構成；其中，ρ型重摻雜區112、η型阱區120、ρ型阱區130和ρ型重摻雜區114構成一個ρηρ晶體管，η型重摻雜區113、ρ型阱區130、η型阱區120和η型重摻雜區111形成一個ηρη晶體管，R_nw為η型講區120電阻，R_pw為ρ型講區130電阻。當ESD事件來臨時，η型阱區和ρ型阱區所構成的ρη結反偏；當該反偏電壓大于該ρη結的雪崩擊穿電壓就會產生大量的電子空穴對，電子電流流過η型阱區120并在R_nw上產生壓降，使P型重摻雜區112和η型阱區120形成的ρη結正偏，即寄生ρηρ管的發射結正偏；隨著ρηρ管開啟，ρηρ管的集電極電流流過ρ型講區130電阻R_pw，使η型重摻雜區113和ρ型講區130形成的ρη結正偏，即ηρη管中的發射結正偏，使ηρη管開啟；之后，ρηρ管的集電極電流為ηρη管提供基極電流，且ηρη管的集電極電流為ρηρ管提供基極電流，在寄生ρηρ管與ηρη管之間產生正反饋機制，SCR導通。
[0014]上述的SCR器件的開啟過程需要寄生ηρη和ρηρ晶體管首先開啟，因此所述器件的開啟時間由兩個寄生晶體管的開啟時間決定；而雙極型晶體管的開啟時間與該晶體管的基區少數載流子的基區渡越時間密切相關；因此，本發明提供一種用于ESD保護的快速開啟的SCR器件，通過減小寄生晶體管的基區渡越時間來提高SCR器件的開啟速度。

【發明內容】

[0015]本發明的目的在于針對SCR器件開啟速度慢的問題提供一種新型的SCR結構，該SCR結構通過改變SCR器件的寄生晶體管的基區摻雜濃度的橫向分布，在寄生ρηρ和/或寄生ηρη晶體管的基區內引入少數載流子的加速電場，加速該區少數載流子的擴散運動，以減小該少數載流子的基區渡越時間，最終減少SCR器件的開啟時間，提高其開啟速度。
[0016]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:一種用于ESD保護的快速開啟的SCR器件，包括:第一種導電類型硅襯底，所述硅襯底上形成阱區，所述阱區包括一個第二種導電類型阱區和一個第一種導電類型阱區，所述兩個阱區相鄰接，所述第二種導電類型阱區、第一種導電類型阱區內分別設有第二種導電類型重摻雜區，淺槽隔離區和第一種導電類型重摻雜區；其特征在于，所述第二種導電類型阱區和第一種導電類型阱區內摻雜濃度變化分布，沿著指向兩阱區鄰接處方向逐漸減小。
[0017]進一步的，所述第二種導電類型阱區由多個第二種導電類型子阱區重疊構成，其中至少一個第二種導電類型子阱區內摻雜濃度變化分布，沿著指向兩阱區鄰接處方向逐漸減小；所述第一種導電類型阱區由多個第一種導電類型子阱區重疊構成，其中至少一個第一種導電類型子阱區內摻雜濃度變化分布，沿著指向兩阱區鄰接處方向逐漸減小。
[0018]從原理上講，本發明提供SCR結構同樣由一個寄生的ρηρ晶體管和一個寄生的ηρη晶體管構成，其等效電路圖與圖1所示的SCR器件的等效電路相同，且工作原理相同。所述SCR結構中η型阱區和ρ型阱區內摻雜濃度變化分布，沿著指向η型阱區和ρ型阱區鄰接處方向逐漸減小。η型阱區在室溫下雜質全電離，此時η型阱區內有不能移動的帶正電的電離受主雜質和可以移動的帶負電的電子，且兩者的濃度分布一致；因此，電子濃度分布存在濃度梯度，在該濃度梯度的作用下，電子會從高濃度的區域向低濃度的區域做擴散運動，而電離雜質不能移動，則在η型阱區內帶負電的電子濃度和帶正電的電離雜質濃度之差發生變化，電荷在空間上分離了。在η型阱區遠離鄰接處的一側，帶負電的電子濃度小于帶正電的電離雜質濃度，該區域帶正電；在11型阱區鄰接處一側，帶負電的電子濃度大于帶正電的電離雜質濃度，該區域帶負電；從而在η型阱區內形成了從遠離鄰接處的一側指向鄰接處一側的電場。在該電場的作用下，寄生ρηρ晶體管的基區少數載流子空穴做從遠離鄰接處的一側指向鄰接處一側的漂移運動，漂移運動的方向與原有的擴散運動的方向一致；因此，在變化的摻雜濃度分布下，η型阱區內形成了少數載流子的加速場，在該加速場的作用下，少數載流子既做擴散運動又做漂移運動，基區渡越時間減小，SCR器件的開啟速度加快。所述P型阱區內同理適用。
[0019]綜上，本發明提供的SCR結構通過改變器件內阱區的橫向摻雜濃度分布，在寄生ρηρ和/或寄生ηρη的基區內引入少數載流子的加速電場，減小相應少數載流子的基區渡越時間，最終減少SCR器件的開啟時間，提高其開啟速度。
【附圖說明】
[0020]圖1是現有的SCR器件的結構示意圖和等效電路圖。
[0021]圖2是圖1所示SCR結構沿虛線ΑΑ’的摻雜濃度分布示意圖。
[0022]圖3是實施例1提供的新型的SCR器件結構及其沿虛線ΒΒ’的摻雜濃度分布示意圖。
[0023]圖4是實施例1中用于實現本發明SCR結構的一種條狀版圖。
[0024]圖5是實施例1中用于實現本發明SCR結構的一種孔狀版圖。
[0025]圖6是實施例2中采用兩層同種導電類型的摻雜過程來實現的本發明SCR結構示意圖。
[0026]圖7是實施例1中用于實現本發明SCR結構的一種梯形狀版圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0028]實施例1
[0029]本實施例中一種用于ESD保護的快速開啟的SCR器件，如圖3所示，包括:
[0030]ρ型硅襯底210 ；
[0031]所述ρ型硅襯底210上形成阱區，所述阱區包括一個η型阱區220和一個ρ型阱區230，所述η型阱區220鄰接所述ρ型阱區230 ;
[0032]所述η型阱區220內設有η型重摻雜區211，