[发明专利]用于ESD防护的低电压触发硅控整流器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于ESD（Electro-Static discharge，静电释放）防护整流器领域，尤其涉及一种用于ESD防护的低电压触发硅控整流器（low voltage triggering silicon controlled rectifier，LVTSCR）。

背景技术

在先进的CMOS制程中，MOS元件都做有LDD(Lightly Doped Drain，轻掺杂漏区)结构，此LDD结构用来减低MOS之漏极在通道下的电场强度分布，以克服因热载流子效应所造成的I-V特性因长时间漂移的问题。这等效在漏极与源极的两端形成了两个“尖端”，MOS元件很容易因LDD结构做 “尖端放电”而被破坏。从而降低了ESD的防护能力。

在0.35um及以下工艺的CMOS制程中，金属硅化物扩散(silicided diffusion)技术属标准配备。金属硅化物扩散的主要目的是降低MOS元件在漏极与源极的串联杂散电阻，使MOS元件的速度可以有效地提升，因而使CMOS技术可以做到更高频率的应用。但用来做输出级的元件时，由于其串联杂散电阻很小，ESD电流瞬间就因LDD做“尖端放电”而把MOS元件破坏掉了，其ESD防护能力大幅度下滑。

为了克服ESD防护能力下降的问题，发展出了二种制程技术以应用于量产制程中。

其中一种制程为ESD注入制程 (ESD Implant Process)。如图1所示，为次微米制程下的标准NMOS元件结构，拥有LDD的源极和漏极。在同一CMOS制程中，做出两种不同的NMOS元件，一种具有LDD结构，给内部电路用；另一种不具有LDD结构，如图2所示，给I/O（输入/输出）使用。要把这两种元件结合在同一制程中，便需要在原先的制程中在加入一层ESD注入制程用的光罩（Mask），利用此ESD注入制程光罩（ESD Implant Process Mask）再加上一些额外的制程处理步骤，便可做出不具有LDD结构的NMOS元件。由于用ESD注入制程光罩做出的元件不具有LDD的结构，其结构就像传统的长沟道（Long channel）制程所做出的元件，故其像早期的NMOS元件一样，能拥有较高的ESD防护能力。ESD注入制程的结构图如图2所示，利用ESD注入制程做出来的NMOS元件拥有较深的接面深度，故其有较严重的横向扩散作用，这导致利用ESD注入制程做出的NMOS元件不能用太短的沟道长度。而且用ESD注入制程做的NMOS元件与LDD结构的NMOS元件不同，故需要额外的处理及设计来抽取这种ESD注入制程 NMOS元件的SPICE参数。这种技术无疑增加了制造成本。

ESD注入制程是在同一CMOS制程中，做出两种不同的NMOS元件，一种具有LDD结构的NMOS元件，给内部电路用；另一种是不具有LDD结构的NMOS元件，给I/O（输入/输出）用。要把这两种元件结构合并在同一制程中，便需要在原来的制程中加入一层ESD注入制程用的光罩。由于用ESD注入制程光罩做出的元件不具有LDD的结构，故能拥有较高的ESD防护能力。

另一种制程为金属硅化物扩散层分隔制程（Silicided —Diffusion Blocking），金属硅化物扩散（silicided diffusion）结构图如图3所示。在金属硅化物扩散层分隔的CMOS制程下，N+扩散（diffusion）的阻值约30—40欧姆/方，但在金属硅化物扩散的先进制程下，其阻值下降到约1—3欧姆/方，当金属硅化物扩散制程的MOS元件被用做输出级的元件时，由于串联杂散电阻都很小，ESD电流很容易便经由焊盘（PAD）传导到MOS元件的LDD结构，一下子就因LDD做“尖端放电”而把MOS元件破坏掉。由于串联杂散电阻可以有效的提升MOS元件对ESD的防护能力，制程上发展出了金属硅化物扩散层分隔制程，其结构有一组实验数据显示，沟道宽度（channel width） W为300um、含LDD结构的NMOS元件在金属硅化物扩散制程下，其HBM（ESD人体模型）的ESD耐压度低于1000V，但若使用金属硅化物扩散层分隔制程技术，在相同的沟道宽度下，其ESD耐压度可提升到约4000V，这显示了金属硅化物扩散层分隔制程用在I/O元件上对ESD防护能力的提升作用。利用金属硅化物扩散层分隔制程消除LDD结构的NMOS元件结构如图4所示，标号1为金属硅化物扩散层分隔区。虽然金属硅化物扩散层分隔制程技术对ESD防护能力有所提升，但除了增加制程复杂度之外，亦会因金属硅化物扩散层的分割处理过程而容易造成污染，这会造NMOS元件低良率的问题。