[发明专利]一种非对称带栅双向可控硅静电防护器件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种非对称带栅双向可控硅静电防护器件及其制作方法，包括P型衬底；P型衬底中设有N型埋层；第二N型深阱上有第一N阱，第三N型深阱上有第二N阱；第一N阱和第二N型深阱不等宽，第二N阱和第三N型深阱不等宽；第一P阱上有第一P+注入；第二P阱上有第二P+注入、第一N+注入和第一栅极；第三P阱上有第二栅极、第三栅极和第三P+注入、第二N+注入；第四P阱上有第四栅极和第四P+注入；第一栅极在第二P阱右侧，第二栅极和第三栅极分别在第三P阱左侧和右侧，第四栅极在第四P阱左侧；第一P阱、第二P阱与第四P阱中六个电极均连接在一起作为器件的阴极，第三P阱中四个电极均连接在一起作为器件的阳极。

技术领域

本发明涉及静电防护领域，特别涉及一种非对称带栅双向可控硅静电防护器件及其制作方法。

背景技术

随着半导体制程工艺的进步，ESD造成集成电路芯片以及电子产品失效的情况愈加严重了，对电子产品以及集成电路芯片进行ESD防护成为了产品工程师们面临的主要难题之一。

传统的可控硅器件与其他ESD器件相比，其自身具有双电导调制机构，单位面积泄放效率高，单位寄生电容小，鲁棒性最好，但是由于其触发电压高，维持电压低容易造成闩锁，需要在设计的时候重点考虑，双向可控硅器件是在传统可控硅基础上改良而来的，可以认为是一些反并联连接的普通可控硅的集成，其工作原理与传统单向可控硅相同，可以分别在正反两个方向对电压进行箝位。

传统的双向可控硅静电防护器件的剖面图见图1，其等效电路图见图2，当ESD脉冲加在双向SCR阳极时，N型深阱与第二P阱形成反偏PN结，当这个脉冲电压高于这个PN结的雪崩击穿电压的时候，器件的内部就会产生大量的雪崩电流，电流流经第二P阱，通过寄生电阻流向阴极，第二P阱的寄生电阻两端压降相当于三极管NPN2的基极压降，当这个电压高于纵向NPN2三极管的正向的导通电压的时候，此三极管开启。此三极管开通后，为横向PNP三极管提供基极电流，横向PNP三极管也开启后，也进一步为纵向NPN2三极管提供基极电流，形成一种正反馈机制，使SCR路径完全开启，所以就算之后没有雪崩电流，由于三极管导通，也可以泄放大电流，双向SCR为一个对称结构，当阴极出现ESD脉冲的时候，其工作过程与正向相似，只是雪崩击穿结变为N型深阱与第一P阱，而相应的三极管为NPN1与PNP，双向可控硅能够为工作信号有正负电压的电路提供静电防护，这是传统单向器件做不到的；但是由于在实际版图中，无论是静电器件还是内核电路的器件，往往要添加P型保护环，而如果在双向可控硅周围添加了P型保护环，就会破环器件的双向特性，大电流容易从保护环击穿泄放，即使添加深N阱作隔离，还是会导致器件正反特性曲线不一致的问题，这就会使整体的静电防护能力有所降低，不能充分发挥双向SCR的作用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单的非对称带栅双向可控硅静电防护器件及其制作方法。

本发明实施例提供了一种非对称带栅双向可控硅静电防护器件，包括P型衬底；

所述P型衬底中设有N型埋层；

所述N型埋层上方包括三个N型深阱及两个P型衬底；

所述N型深阱包括第一N型深阱、第二N型深阱和第三N型深阱，其中所述第二N型深阱上有第一N阱，第三N型深阱上有第二N阱；

所述第一N阱在所述第二N型深阱左侧，第二N阱在第三N型深阱左侧，所述第一N阱和第二所述N型深阱不等宽，所述第二N阱和第三所述N型深阱不等宽；

所述P型衬底上有四个P阱，分别为第一P阱、第二P阱、第三P阱和第四P阱；所述第一P阱上有第一P+注入；所述第二P阱上有第二P+注入、第一N+注入和第一栅极；第三P阱上有第二栅极、第三栅极和第三P+注入、第二N+注入；第四P阱上有第四栅极和第四P+注入；

所述第一栅极在所述第二P阱右侧，所述第二栅极和所述第三栅极分别在第三P阱左侧和右侧，第四栅极在第四P阱左侧；