[发明专利]一种硅控整流器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种硅控整流器包括：N阱和P阱形成于P型半导体衬底上；第一高浓度P型掺杂区和第一高浓度N型掺杂区形成于N阱上；第二高浓度N型掺杂区和第二高浓度P型掺杂形成于P阱上；第三高浓度P型掺杂区形成于N阱和P阱分界处上方，且与第二高浓度N型掺杂区邻接,第三高浓度P型掺杂区上表面形成有非金属硅化层；第一高浓度P型掺杂区和第一高浓度N型掺杂区之间形成有第一宽度的N阱，第一高浓度N型掺杂区和第三高浓度P型掺杂区之间形成有第二宽度的N阱，第一高浓度N型掺杂区宽度为第三宽度，第三高浓度P型掺杂区宽度为第四宽度。本发明还公开了一种硅控整流器制造方法。本发明降低了寄生NPN三极管的电流增益,进而能减小实现无回滞效应所需保护环宽度，因此能节省版图面积。

技术领域

本发明涉及集成电路生产制造领域，特别是涉及一种无回滞效应硅控整流器。本发明还涉及一种无回滞效应硅控整流器的制造方法。

背景技术

高压电路的防静电保护设计一直是一个技术难题，这是因为构成高压电路的核心：高压器件(例如LDMOS)本身不像普通的低压器件适用于防静电保护设计，因为高压器件的回滞效应曲线所表现出来的特性很差。如图1所示，从常规高压器件回滞效应曲线可以得出以下缺陷：

1)维持电压(Vh)过低，往往大大低于高压电路的工作电压，高压电路正常工作时容易导致闩锁效应；

2)二次击穿电流(热击穿电流,It2)过低，这是因为LDMOS在泄放ESD电流时因为器件结构特性发生局部电流拥堵(Localized Current Crowding)所致。

因而工业界在解决高压电路防静电保护设计的时候，往往采用两种思路来实现：

1)对用于防静电保护模块的高压器件结构进行调整，优化其回滞效应曲线，使之适用于防静电保护设计，但往往因为高压器件本身的结构特性的原因实践起来比较困难；

2)用一定数量的低压防静电保护器件串联起来构成能承受高压的防静电保护电路。因为低压防静电保护器件的特性相对容易调整和控制，所以工业界特别是集成电路设计公司往往比较喜欢用一定数量的低压防静电保护器件串联的方法。

因为高压电路防静电保护设计窗口的需要，这就对低压防静电保护器件的回滞效应特性有一定的要求，往往要求其回滞效应窗口越小越好，最好没有回滞效应，也就是回滞效应的维持电压和触发电压基本保持一致。低压PMOS器件是一种常见的无回滞效应静电防护器件，因为其发生回滞效应时的寄生PNP三极管电流增益比较小，但低压PMOS器件的不足之处是其回滞效应的二次击穿电流(It2)比较小,所以工业界纷纷研究开发一种既没有回滞效应又具有较高的二次击穿电流的防静电保护器件。

工业界于2015年提出新型的无回滞效应硅控整流器(No-Snapback SCR),如图2所示，该新型无回滞效应硅控整流器的实验数据表明，当N+(28)和P+(22)的尺寸(D2)达到一定程度(4um)时，该新型硅控整流器表现出无回滞效应的特性，如图3所示，非常适合低压器件多级串联用于高压电路防静电保护设计的需要。但该新型无回滞效应硅控整流器的缺点是器件尺寸比较大，特别是在需要多级串联的时候，版图面积比较大。

中国专利号：CN108183101B公开了一种新型硅控整流器，如图4所示，其将原先浮接的N+28与阳极直接相连，这使得N+28降低空穴从P+20注入到N阱(N_Well60)并达到N阱/P阱界面的几率进一步降低，也就是N+28其作为保护环的效率进一步提升，所以N+28的宽度可以设计更小，节省版图面积；另外N+28兼具N阱(N_Well60)接出点(Pickup)的作用,所以可以进一步将如图2中的已存在的无回滞效应硅控整流器中的N阱接出点(N+30)去除，进一步节省版图面积。虽然该方案进一步节省了版图面积，但随着器件小型化的趋势，提出了更高的版图面积要求硅控整流器的版图面积有进一步缩小的技术需求。

发明内容