本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种静电放电(electro-staticdischarge，简称为esd)保护器件以及保护电路的方法。
背景技术：
随着mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)器件的尺寸逐渐减小，短沟道效应成为一个关键问题。finfet(finfieldeffecttransistor，鳍片式场效应晶体管)器件对沟道电荷显示出比较好的栅极控制能力，从而可以进一步缩小cmos器件的尺寸。
现有技术中，可以将栅控二极管应用于esd保护器件。目前将finfet技术应用在栅控二极管的制造工艺上，制造出鳍片式栅控二极管。对于鳍片式栅控二极管，其具有比较窄的鳍片(fin)，当其作为esd保护器件工作时，容易出现比较差的散热情况，容易出现比较严重的自身发热问题，从而可能导致器件性能降低。
技术实现要素：
本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。
本发明一个实施例的目的之一是：提供一种esd保护器件。本发明一个实施例的目的之一是：提供一种保护电路的方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种静电放电esd保护器件，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的半导体鳍片，所述半导体鳍片包括：第一区域、第一掺杂区和第二掺杂区，其中所述第一掺杂区和所述第二掺杂区分别与所述第一区域邻接且互相间隔开；以及在所述半导体鳍片上的栅极结构；其中，所述栅极结构与所述第一掺杂区电连接至相同电位。
在一个实施例中，所述第一区域具有第一导电类型；所述第一掺杂区具有所述第一导电类型，其掺杂浓度大于所述第一区域的掺杂浓度；所述第二掺杂区具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型，其掺杂浓度大于所述第一区域的掺杂浓度。
在一个实施例中，所述栅极结构包括在所述半导体鳍片的一部分表面上的栅极绝缘物层、在所述栅极绝缘物层上的栅极以及在所述栅极两侧表面上的间隔物；其中，所述栅极与所述第一掺杂区电连接至相同电位，所述第二掺杂区电连接至接收外部信号的信号输入端。
在一个实施例中，所述第一导电类型为p型，所述第二导电类型为n型，所述栅极与所述第一掺杂区电连接至接地端。
在一个实施例中，所述外部信号为正脉冲电压信号。
在一个实施例中，所述第一导电类型为n型，所述第二导电类型为p型，所述栅极与所述第一掺杂区电连接至电源电压端。
在一个实施例中，所述外部信号为负脉冲电压信号。
在一个实施例中，所述栅极包括：在所述栅极绝缘物层上的功函数调节层以及在所述功函数调节层上的导电材料层。
在一个实施例中，所述第一导电类型为p型，所述第二导电类型为n型，所述功函数调节层为p型功函数调节层。
在一个实施例中，所述p型功函数调节层的材料包括氮化钛或氮化钽。
在一个实施例中，所述第一导电类型为n型，所述第二导电类型为p型，所述功函数调节层为n型功函数调节层。
在一个实施例中，所述n型功函数调节层的材料包括钛铝合金。
在一个实施例中，所述esd保护器件还包括：在所述半导体鳍片上且部分位于所述第一掺杂区中的第一电极，以及在所述半导体鳍片上且部分位于所述第二掺杂区中的第二电极。
在一个实施例中，所述esd保护器件还包括：与所述第一电极接触的第一接触件，以及与所述第二电极接触的第二接触件；其中，所述第一接触件与所述栅极相连，所述第二接触件电连接至接收外部信号的信号输入端。
在一个实施例中，所述半导体鳍片还包括与所述第二掺杂区间隔开的具有所述第一导电类型的第三掺杂区，其中，所述第三掺杂区的掺杂浓度大于所述第一区域的掺杂浓度。
在一个实施例中，所述栅极结构包括：在所述半导体鳍片上位于所述第一掺杂区和所述第二掺杂区之间的第一栅极结构，以及在所述半导体鳍片上位于所述第二掺杂区和所述第三掺杂区之间的第二栅极结构；其中，所述第一栅极结构的栅极、所述第二栅极结构的栅极、所述第一掺杂区和所述第三掺杂区均电连接至所述相同电位。
在一个实施例中，所述esd保护器件还包括：在所述半导体鳍片上且部分位于所述第三掺杂区中的第三电极，以及与所述第三电极接触的第三接触件；其中，所述第三接触件与所述第二栅极结构的栅极相连。
在一个实施例中，所述半导体衬底包括具有所述第一导电类型的第二区域，其中，所述第二区域与所述第一区域邻接，所述第二区域的掺杂浓度与所述第一区域的掺杂浓度相同。
根据本发明的第二方面，提供了一种保护电路的方法，包括：
获得esd保护器件，其中所述esd保护器件包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的半导体鳍片，所述半导体鳍片包括：第一区域、第一掺杂区和第二掺杂区，其中所述第一掺杂区和所述第二掺杂区分别与所述第一区域邻接且互相间隔开；以及在所述半导体鳍片上的栅极结构；
将所述栅极结构与所述第一掺杂区电连接至相同电位；以及
将所述第二掺杂区电连接至接收外部信号的信号输入端；
其中，所述esd保护器件被设置在外部信号要进入的内部电路之前的位置处。
在一个实施例中，所述第一区域具有第一导电类型；所述第一掺杂区具有所述第一导电类型，其掺杂浓度大于所述第一区域的掺杂浓度；所述第二掺杂区具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型，其掺杂浓度大于所述第一区域的掺杂浓度。
在一个实施例中，所述第一导电类型为p型，所述第二导电类型为n型；将所述栅极结构与所述第一掺杂区电连接至相同电位的步骤包括：将所述栅极结构与所述第一掺杂区电连接至接地端；在将所述第二掺杂区电连接至接收外部信号的信号输入端的步骤中，所述外部信号为正脉冲电压信号；其中，当所述正脉冲电压信号大于第一预设阈值时，所述esd保护器件开启，产生从所述第二掺杂区到所述第一掺杂区的电流。
在一个实施例中，所述第一导电类型为n型，所述第二导电类型为p型；将所述栅极结构与所述第一掺杂区电连接至相同电位的步骤包括：将所述栅极结构与所述第一掺杂区电连接至电源电压端；在将所述第二掺杂区电连接至接收外部信号的信号输入端的步骤中，所述外部信号为负脉冲电压信号；其中，当所述负脉冲电压信号小于第二预设阈值时，所述esd保护器件开启，产生从所述第一掺杂区到所述第二掺杂区的电流。
本发明的实施例实现了将栅极结构与第一掺杂区电连接至相同电位。进一步地，本发明的实施例通过将栅极结构与第一掺杂区电连接到相同电位，使得esd保护器件在工作时不开启沟道，使得在有电流通过esd保护器件时，该电流能够在鳍片的较大区域内流过，而不容易形成局部大电流，并且也容易散热，从而可以减小esd保护器件性能下降的可能性。
进一步地，本发明的一些实施例可以使得沟道比较难地开启。在esd保护器件开启的情况下，当沟道很难开启(例如没有开启)时，电流可以在鳍片的较大区域内流过，而不容易形成局部大电流，并且也容易散热，从而可以进一步减小esd保护器件性能下降的可能性，同时也起到保护内部电路的作用。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：
图1是示意性地示出根据本发明一个实施例的esd保护器件的横截面示意图。
图2是示意性地示出根据本发明另一个实施例的esd保护器件的横截面示意图。
图3是示意性地示出根据本发明另一个实施例的esd保护器件的横截面示意图。
图4是示出根据本发明一个实施例的保护电路的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1是示意性地示出根据本发明一个实施例的esd保护器件的横截面示意图。
如图1所示，esd保护器件10可以包括：半导体衬底(例如硅衬底)110，位于该半导体衬底110上的半导体鳍片(例如硅鳍片)120，以及在半导体鳍片120上的栅极结构130。该半导体鳍片可以包括：第一区域125、第一掺杂区121和第二掺杂区122。该第一掺杂区121和该第二掺杂区122分别与该第一区域125邻接且互相间隔开。其中，该栅极结构130与第一掺杂区121电连接至相同电位。该实施例实现了将栅极结构与第一掺杂区电连接至相同电位。
在一个实施例中，第一区域125具有第一导电类型。第一掺杂区121具有第一导电类型，其掺杂浓度大于第一区域125的掺杂浓度。第二掺杂区122具有与第一导电类型相反的第二导电类型，其掺杂浓度大于第一区域125的掺杂浓度。通过将栅极结构与第一掺杂区电连接到相同电位，使得该esd保护器件在工作时不开启沟道，使得在有电流通过esd保护器件时，该电流能够在鳍片的较大区域内流过，而不容易形成局部大电流，并且也容易散热，从而可以减小esd保护器件性能下降的可能性。
在一个实施例中，如图1所示，栅极结构130可以包括在半导体鳍片120的一部分表面上的栅极绝缘物层(例如可以包括硅的氧化物层)131、在栅极绝缘物层131上的栅极132以及在该栅极132两侧表面上的间隔物(例如硅的氧化物和/或硅的氮化物)130。其中，该栅极132与该第一掺杂区121电连接至相同电位，该第二掺杂区122电连接至接收外部信号的信号输入端(图中未示出)。
在一个实施例中，如图1所示，该esd保护器件10还可以包括：在半导体鳍片120上且部分位于第一掺杂区121中的第一电极141，以及在半导体鳍片120上且部分位于第二掺杂区122中的第二电极142。
在一个实施例中，如图1所示，该esd保护器件10还可以包括：与第一电极141接触的第一接触件151，以及与第二电极142接触的第二接触件152。其中，该第一接触件151与栅极132相连，该第二接触件152电连接至接收外部信号的信号输入端(图中未示出)。即栅极132通过第一接触件151和第一电极141与第一掺杂区121相连，第二掺杂区122通过第二电极142和第二接触件152电连接至接收外部信号的信号输入端。
在一个实施例中，如图1所示，该半导体衬底110可以包括具有第一导电类型的第二区域111。其中，该第二区域111与该第一区域125邻接。例如，该第二区域111的掺杂浓度与该第一区域125的掺杂浓度相同。该第二区域111和该第一区域125可以一起作为阱区。
在具体应用中，栅极132与第一掺杂区121电连接至相同电位，第二掺杂区122电连接至接收外部信号的信号输入端(图中未示出)。这里，外部信号可以经信号输入端进入要保护的内部电路。也即，esd保护器件可以设置在外部信号要进入的内部电路之前的位置处。下面结合不同的实施例说明esd保护器件的工作过程。
在一个实施例中，第一导电类型为p型，第二导电类型为n型，栅极132与第一掺杂区121电连接至接地端。所述外部信号可以为正脉冲电压信号。在该实施例中，第一区域125的导电类型例如可以为p型，第一掺杂区121的导电类型例如可以为p+型(这里，“p+型”表示导电类型为p型，且该区域的掺杂浓度大于第一区域的掺杂浓度，以下类似)，第二掺杂区122的导电类型例如可以为n+型(这里，“n+”型表示导电类型为n型，且该区域的掺杂浓度大于第一区域的掺杂浓度，以下类似)。在这种情况下，栅极132与第一掺杂区121电连接至接地端，第二掺杂区122电连接至接收外部信号的信号输入端，这里外部信号为正脉冲电压信号。当外部信号的正脉冲电压大于第一预设阈值(例如该第一预设阈值可以为正值)时，也即第二掺杂区122有过多的正电荷堆积时，esd保护器件开启，产生从第二掺杂区122到第一掺杂区121的电流。由于该栅极132连接至接地端，在第一区域中没有形成沟道，因此产生的电流在鳍片120的较大区域内流过，而不容易形成局部大电流，并且也容易散热，从而可以减小esd保护器件性能下降的可能性，同时也起到保护内部电路的作用。
在另一个实施例中，第一导电类型为n型，第二导电类型为p型，栅极132与第一掺杂区121电连接至电源电压端(vdd)。所述外部信号可以为负脉冲电压信号。在该实施例中，第一区域125的导电类型例如可以为n型，第一掺杂区121的导电类型例如可以为n+型，第二掺杂区122的导电类型例如可以为p+型。在这种情况下，栅极132与第一掺杂区121电连接至电源电压端，第二掺杂区122电连接至接收外部信号的信号输入端，这里外部信号为负脉冲电压信号。当外部信号的负脉冲电压小于第二预设阈值(例如该第二预设阈值可以为负值)时，也即第二掺杂区122有过多的负电荷堆积时，esd保护器件开启，产生从第一掺杂区121到第二掺杂区122的电流。由于该栅极132连接至电源电压端，在第一区域中没有形成沟道，因此产生的电流在鳍片120的较大区域内流过，而不容易形成局部大电流，并且也容易散热，从而可以减小esd保护器件性能下降的可能性，同时也起到保护内部电路的作用。
图2是示意性地示出根据本发明另一个实施例的esd保护器件的横截面示意图。如图2所示，该esd保护器件20包括与图1示出的esd保护器件10类似的结构，这里不再赘述。图2中示出的栅极结构230包括栅极绝缘物层231和间隔物233，分别与图1中示出的栅极绝缘物层131和间隔物133相同或相似，这里不再赘述。如图2所示，栅极结构230还包括栅极232。
在一个实施例中，如图2所示，栅极232可以包括：在栅极绝缘物层231上的功函数调节层2322以及在该功函数调节层2322上的导电材料层2321。该导电材料层2321的材料例如可以包括诸如钨的金属。
在一个实施例中，第一导电类型为p型，第二导电类型为n型，该功函数调节层2322可以为p型功函数调节层。例如，该p型功函数调节层的材料可以包括氮化钛(tin)或氮化钽(tan)。在该实施例中，第一区域125的导电类型例如可以为p型，第一掺杂区121的导电类型例如可以为p+型，第二掺杂区122的导电类型例如可以为n+型。在这样的情况下，与采用n型功函数调节层时的栅极阈值电压相比，该功函数调节层2322采用p型功函数调节层，可以提高栅极的阈值电压vt，例如，可以将栅极阈值电压vt从原来的0.1v～0.4v提高到0.6v～1.2v，从而可以使得沟道比较难地开启。因此在esd保护器件开启的情况下，当沟道很难开启(例如没有开启)时，电流可以在鳍片的较大区域内流过，而不容易形成局部大电流，并且也容易散热，从而可以进一步减小esd保护器件性能下降的可能性，同时也起到保护内部电路的作用。
在另一个实施例中，第一导电类型为n型，第二导电类型为p型，该功函数调节层2322可以为n型功函数调节层。例如，该n型功函数调节层的材料可以包括钛铝合金(tial)。在该实施例中，第一区域125的导电类型例如可以为n型，第一掺杂区121的导电类型例如可以为n+型，第二掺杂区122的导电类型例如可以为p+型。在这样的情况下，与采用p型功函数调节层时的栅极阈值电压相比，该功函数调节层2322采用n型功函数调节层，可以提高栅极的阈值电压vt，例如，可以将栅极阈值电压vt从原来的0.1v～0.4v提高到0.6v～1.2v，从而可以使得沟道比较难地开启。因此在esd保护器件开启的情况下，当沟道很难开启(例如没有开启)时，电流可以在鳍片的较大区域内流过，而不容易形成局部大电流，并且也容易散热，从而可以进一步减小esd保护器件性能下降的可能性，同时也起到保护内部电路的作用。
图3是示意性地示出根据本发明另一个实施例的esd保护器件的横截面示意图。如图3所示，该esd保护器件30包括与图1示出的esd保护器件10以及图2示出的esd保护器件20类似的结构，这里不再赘述。
在一个实施例中，如图3所示，半导体鳍片120还可以包括与第二掺杂区间隔开的具有第一导电类型的第三掺杂区123。其中，该第三掺杂区123的掺杂浓度大于第一区域125的掺杂浓度。
在一个实施例中，如图3所示，栅极结构可以包括：在半导体鳍片120上位于第一掺杂区121和第二掺杂区122之间的第一栅极结构330，以及在半导体鳍片120上位于第二掺杂区122和第三掺杂区123之间的第二栅极结构430。这里，第一栅极结构330和第二栅极结构430分别包括与图2中的栅极结构230相同或相似的结构。例如，第一栅极结构330中的栅极绝缘物层331、栅极332(其包括的功函数调节层3322和导电材料层3321)以及间隔物333分别与图2中的栅极结构230中的栅极绝缘物层231、栅极232(其包括的功函数调节层2322和导电材料层2321)以及间隔物233相同或相似。又例如，第二栅极结构430中的栅极绝缘物层431、栅极432(其包括的功函数调节层4322和导电材料层4321)以及间隔物433分别与图2中的栅极结构230中的栅极绝缘物层231、栅极232(其包括的功函数调节层2322和导电材料层2321)以及间隔物233相同或相似。
在一个实施例中，如图3所示，第一栅极结构330的栅极332、第二栅极结构430的栅极432、第一掺杂区121和第三掺杂区123均电连接至相同电位。
在一个实施例中，如图3所示，该esd保护器件30还可以包括：在半导体鳍片120上且部分位于第三掺杂区123中的第三电极143，以及与该第三电极143接触的第三接触件153。其中，第三接触件153与第二栅极结构430的栅极432相连。
下面结合不同的实施例说明esd保护器件30的工作过程。
在一个实施例中，第一导电类型为p型，第二导电类型为n型，第一栅极结构330的栅极332、第二栅极结构430的栅极432、第一掺杂区121和第三掺杂区123均电连接至接地端。外部信号可以为正脉冲电压信号。在该实施例中，第一区域125的导电类型例如可以为p型，第一掺杂区121和第三掺杂区123的导电类型例如可以均为p+型，第二掺杂区122的导电类型例如可以为n+型。在这种情况下，第一栅极结构330的栅极332、第二栅极结构430的栅极432、第一掺杂区121和第三掺杂区123均电连接至接地端，第二掺杂区122电连接至接收外部信号的信号输入端，这里外部信号为正脉冲电压信号。当外部信号的正脉冲电压大于第一预设阈值时，也即第二掺杂区122有过多的正电荷堆积时，esd保护器件开启，产生从第二掺杂区122分别到第一掺杂区121和第三掺杂区123的电流。由于栅极332和432连接至接地端，在第一区域125中没有形成沟道，因此产生的电流在鳍片120的较大区域内流过，而不容易形成局部大电流，并且也容易散热。而图3所示的这种具有三个掺杂区的结构设计有利于电流更加分散地流过鳍片，从而可以进一步减小esd保护器件性能下降的可能性，同时也起到保护内部电路的作用。
在另一个实施例中，第一导电类型为n型，第二导电类型为p型，第一栅极结构330的栅极332、第二栅极结构430的栅极432、第一掺杂区121和第三掺杂区123均电连接至电源电压端。外部信号可以为负脉冲电压信号。在该实施例中，第一区域125的导电类型例如可以为n型，第一掺杂区121和第三掺杂区123的导电类型例如可以均为n+型，第二掺杂区122的导电类型例如可以为p+型。在这种情况下，第一栅极结构330的栅极332、第二栅极结构430的栅极432、第一掺杂区121和第三掺杂区123均电连接至电源电压端，第二掺杂区122电连接至接收外部信号的信号输入端，这里外部信号为负脉冲电压信号。当外部信号的负脉冲电压大于第二预设阈值时，也即第二掺杂区122有过多的负电荷堆积时，esd保护器件开启，产生分别从第一掺杂区121和第三掺杂区123到第二掺杂区122的电流。由于栅极332和432连接至电源电压端，在第一区域125中没有形成沟道，因此产生的电流在鳍片120的较大区域内流过，而不容易形成局部大电流，并且也容易散热。而图3所示的这种具有三个掺杂区的结构设计有利于电流更加分散地流过鳍片，从而可以进一步减小esd保护器件性能下降的可能性，同时也起到保护内部电路的作用。
图4是示出根据本发明一个实施例的保护电路的方法的流程图。
在步骤s401，获得esd保护器件，其中该esd保护器件包括：半导体衬底；位于该半导体衬底上的半导体鳍片，该半导体鳍片包括：第一区域、第一掺杂区和第二掺杂区，其中该第一掺杂区和该第二掺杂区分别与该第一区域邻接且互相间隔开；以及在该半导体鳍片上的栅极结构。
在步骤s402，将栅极结构与第一掺杂区电连接至相同电位。
在步骤s403，将第二掺杂区电连接至接收外部信号的信号输入端。
其中，该esd保护器件被设置在外部信号要进入的内部电路之前的位置处。上述实施例可以实现对内部电路的保护作用。
在一个实施例中，第一区域具有第一导电类型。第一掺杂区具有所述第一导电类型，其掺杂浓度大于第一区域的掺杂浓度。第二掺杂区具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型，其掺杂浓度大于第一区域的掺杂浓度。
在一个实施例中，第一导电类型可以为p型，第二导电类型可以为n型。将栅极结构与第一掺杂区电连接至相同电位的步骤包括：将该栅极结构与该第一掺杂区电连接至接地端。在将第二掺杂区电连接至接收外部信号的信号输入端的步骤中，该外部信号可以为正脉冲电压信号。其中，当该正脉冲电压信号大于第一预设阈值时，esd保护器件开启，产生从第二掺杂区到第一掺杂区的电流。
在一个实施例中，第一导电类型可以为n型，第二导电类型可以为p型。将栅极结构与第一掺杂区电连接至相同电位的步骤包括：将该栅极结构与该第一掺杂区电连接至电源电压端。在将第二掺杂区电连接至接收外部信号的信号输入端的步骤中，该外部信号可以为负脉冲电压信号。其中，当该负脉冲电压信号小于第二预设阈值时，esd保护器件开启，产生从第一掺杂区到第二掺杂区的电流。
至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。