一种具有寄生SCR的双FinESD防护器件

一种具有寄生scr的双fin esd防护器件
技术领域
1.本发明属于集成电路静电放电保护器件技术领域，涉及一种具有寄生scr(silicon controlled rectifier，可控硅)的双fin esd(electrostatic discharge，静电放电)防护器件。


背景技术：

2.mosfet(metal-oxide semiconductor field effect transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)发明至今已经过去六十多年，随着半导体制程工艺的进步，器件的栅极长度也在不断的缩小，从早期的0.18微米工艺逐渐缩小至最新的7纳米工艺。尺寸的缩小，提高了芯片的工作速度，减小了芯片封装后的体积，同时也对mosfet的设计提出了更高的要求。当栅极长度缩小至28纳米以下时，平面mosfet结构由于其较弱的栅控能力，较大的泄漏电流，使得成熟的平面型晶体管技术已经无法满足小尺寸器件的需求。科学家们为了能够让平面型晶体管在小尺寸邻域继续应用，提出了多种优化方案，比如应变硅技术、高k材料代替sio2等，在均未取得理想结果后，提出了一种新型器件架构finfet(fin field-effect transistor，鳍式场效应晶体管)。
3.finfet器件具有特殊的fin状薄硅结构，因而其具有极强的栅控能力以及较小的漏电流，这也使得摩尔定律在一定程度上得以继续遵循。然而，此fin状结构也减小了器件的有效硅体积。当静电放电发生时，可用于泄放的硅体积较小，窄fin中会流过大量的电流，严重的电流聚集效应会使得器件鲁棒性恶化。
4.现有技术中，双fin ggnmos器件通常包括漏端金属电极、薄栅氧化层、多晶硅栅电极、源端金属电极、漏端n型重掺杂区、源端n型重掺杂区以及p型衬底，如图1所示为常见的一种类型。当esd信号来临时，漏端金属电极接esd信号，多晶硅栅电极与源端金属电极并联接地，利用ggnmos中寄生的npn晶体管进行大电流泄放。由于双fin ggnmos器件具有较薄的栅氧化层，使得其在面临静电放电时极易因栅氧击穿而遭受器件损坏。此外，双fin ggnmos器件的窄fin结构中会聚集大量的电流，这使得器件的鲁棒性下降。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有寄生scr的双fin esd防护器件，可满足小尺寸finfet器件的esd防护需求，有效提高小尺寸器件的鲁棒性，并确保器件能够在esd来临时迅速高效的开启。
6.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
7.一种具有寄生scr的双fin esd防护器件，包括一个单fin pnp晶体管、一个单fin npn晶体管、第三场氧隔离区、第四场氧隔离区、第五场氧隔离区、第六场氧隔离区、第一阳极金属电极、第二阳极金属电极、第一阴极金属电极、第二阴极金属电极；所述的第三场氧隔离区设置于单fin npn晶体管右侧的p型衬底和n型阱区上方，所述的第四场氧隔离区和第五场氧隔离区依次设置于单fin npn晶体管和单fin pnp晶体管之间的p型衬底和n型阱
区上方，所述的第六场氧隔离区设置于单fin pnp晶体管左侧的p型衬底和n型阱区上方；所述的第一阳极金属电极设置于第一n型重掺杂区上方，所述的第二阳极金属电极设置于第一p型重掺杂区上方，所述的第一阴极金属电极设置于第二n型重掺杂区上方，所述的第二阴极金属电极设置于第二p型重掺杂区上方；所述的单fin pnp晶体管和单fin npn晶体管沿y轴方向上依次并排放置，组合形成寄生的scr结构。
8.所述的单fin pnp晶体管，包括第一p型重掺杂区、n型阱区、第二场氧隔离区、p型衬底、第二p型重掺杂区；所述的n型阱区设置于p型衬底中，所述的第一p型重掺杂区设置于n型阱区上方，所述的第二p型重掺杂区设置于p型衬底上方，所述的第二场氧隔离区设置于第一p型重掺杂区和第二p型重掺杂区之间。
9.所述的单fin npn晶体管，包括第一n型重掺杂区、n型阱区、第一场氧隔离区、p型衬底、第二n型重掺杂区；所述的第一n型重掺杂区设置于n型阱区上方，所述的第二n型重掺杂区设置于p型衬底上方，所述的第一场氧隔离区设置于第一n型重掺杂区和第二n型重掺杂区之间。
10.进一步的，本发明具有寄生scr的双fin esd防护器件包括一个等效电路，当器件开始泄放时，其内电流的路径为：一部分电流从单fin pnp晶体管q1的发射极流入集电极流出，即电流i
e1
到电流i
c1
；一部分电流从单fin npn晶体管q2的集电极流入发射极流出，即电流i
c2
到电流i
e2
；另有一部分电流在单fin pnp晶体管q1和单fin npn晶体管q2之间形成一条正反馈的电流环路，即电流i
b1
到电流i
c2
和电流i
c1
到电流i
b2
。
11.所述的第一阳极金属电极和第二阳极金属电极相并联，第一阴极金属电极、第二阴极金属电极相并联，构成esd泄放时的金属互连。
12.与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
13.1.本发明防护器件在y轴方向上寄生了scr结构，利用scr开启后的正反馈效应，提高了器件的泄放能力。
14.2.在y轴方向上采用双fin布局，这有利于加强电流的纵向移动，缓解窄fin中的电流聚集效应，从而抑制了窄fin中局部热点的形成。
15.3.采用sti(shallow trench isolation，浅沟槽隔离)技术，改变器件泄放时的电流路径，增加体硅的利用率，提高器件鲁棒性。
16.4.本发明可以根据实际需求直接对器件的版图参数进行调节，以方便对不同的目标场景做单独的设计。
附图说明
17.图1是现有技术的一种双fin ggnmos结构示意图。
18.图2是本发明的一种实施例的结构示意图。
19.图3是本发明一种实施例的等效电路图。
20.其中：01、p型衬底；02、n型阱区；03、第一n型重掺杂区；04、第二n型重掺杂区；05、第一p型重掺杂区；06、第二p型重掺杂区；07、第一场氧隔离区；08、第二场氧隔离区；09、第三场氧隔离区；10、第四场氧隔离区；11、第五场氧隔离区；12、第六场氧隔离区；13、第一阳极金属电极；14、第二阳极金属电极；15、第一阴极金属电极；16、第二阴极金属电极。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
22.如图1所示，现有技术的一种双fin ggnmos器件，包括漏端金属电极、薄栅氧化层、多晶硅栅电极、源端金属电极、漏端n型重掺杂区、源端n型重掺杂区以及p型衬底。当esd信号来临时，漏端金属电极接esd信号，多晶硅栅电极与源端金属电极并联接地，利用双fin ggnmos中寄生的npn晶体管进行大电流泄放。由于双fin ggnmos器件具有较薄的栅氧化层，使其在面临静电放电时极易因栅氧击穿而遭受器件损坏。此外，双fin ggnmos器件的窄fin结构中会聚集大量的电流，会使得器件的鲁棒性下降。
23.如图2所示，本发明的一种具有寄生scr的双fin esd防护器件，包括：一个单fin pnp晶体管、一个单fin npn晶体管、第三场氧隔离区09、第四场氧隔离区10、第五场氧隔离区11、第六场氧隔离区12、第一阳极金属电极13、第二阳极金属电极14、第一阴极金属电极15、第二阴极金属电极16。所述的第三场氧隔离区09设置于单fin npn晶体管右侧的p型衬底01和n型阱区02上方，所述的第四场氧隔离区10和第五场氧隔离区11依次设置于单fin npn晶体管和单fin pnp晶体管之间的p型衬底01和n型阱区02上方，所述的第六场氧隔离区12设置于单fin pnp晶体管左侧的p型衬底01和n型阱区02上方。所述的第一阳极金属电极13设置于第一n型重掺杂区03上方，所述的第二阳极金属电极14设置于第一p型重掺杂区05上方，所述的第一阴极金属电极15设置于第二n型重掺杂区04上方，所述的第二阴极金属电极16设置于第二p型重掺杂区06上方。所述的第一阳极金属电极13和第二阳极金属电极14相并联，第一阴极金属电极15、第二阴极金属电极16相并联，构成esd泄放时的金属互连。
24.单fin pnp晶体管和单fin npn晶体管在器件的宽度(即沿y轴)方向上并排放置，组合形成寄生的scr结构。
25.本发明采用sti技术，将第一n型重掺杂区03和第二n型重掺杂区04利用第一场氧隔离区07间隔开；将第一p型重掺杂区05和第二p型重掺杂区06利用第二场氧隔离区08间隔开。
26.所述的一个单fin pnp晶体管，包括第一p型重掺杂区05、n型阱区02、第二场氧隔离区08、p型衬底01、第二p型重掺杂区06。所述的n型阱区02设置于p型衬底01中，所述的第一p型重掺杂区05设置于n型阱区02上方，所述的第二p型重掺杂区06设置于p型衬底01上方，所述的第二场氧隔离区08设置于第一p型重掺杂区05和第二p型重掺杂区06之间。
27.所述的一个单fin npn晶体管，包括第一n型重掺杂区03、n型阱区02、第一场氧隔离区07、p型衬底01、第二n型重掺杂区04。所述的第一n型重掺杂区03设置于n型阱区02上方，所述的第二n型重掺杂区04设置于p型衬底01上方，所述的第一场氧隔离区07设置于第一n型重掺杂区03和第二n型重掺杂区04之间。
28.如图3所示，本发明的一种具有寄生scr的双fin esd防护器件的等效电路图，当器件开始泄放时，其电流路径如下：一部分电流从单fin pnp晶体管q1的发射极流入集电极流出，即电流i
e1
到电流i
c1
；一部分电流从单fin npn晶体管q2的集电极流入发射极流出，即电流i
c2
到电流i
e2
；还有一部分电流会在单fin pnp晶体管q1和单fin npn晶体管q2之间会形成一条正反馈的电流环路，即电流i
b1
到电流i
c2
和电流i
c1
到电流i
b2
，这使得器件的导通电阻大幅下降，有效的增强器件的泄放能力。
29.总之，本发明所提供的一种具有寄生scr的双fin esd防护器件，与现有技术的双
fin的ggnmos结构相比，一方面，该防护单元在y轴方向上寄生了scr结构，利用scr开启后的正反馈效应，提高了器件的泄放能力；此外y轴方向上的双fin布局能够增强电流的纵向移动，缓解窄fin中的电流聚集效应，抑制了器件局部热点的形成；另一方面，该防护单元采用sti技术，改变器件泄放时的电流路径，增加体硅的利用率，有效提高了器件的鲁棒性。本发明可满足小尺寸finfet器件的esd防护需求，有效提高小尺寸器件的鲁棒性，并确保器件能够在esd来临时迅速高效的开启。